Músculo - metabolismo energético y contracción

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CAPITULO
20 Músculo: metabolismo energéticoy contracción
John 1/1/. Baynes y M atthew C. Kostek
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Tras leer este capítulo, el lector deberá ser capaz de:
■ Describir la estructura muscular y su función en la producción 
de la fuerza mecánica, incluidas las diferencias entre
los distintos tipos de músculo, esquelético, cardíaco y liso, 
que están relacionadas con sus funciones fisiológicas.
■ Describir la estructura y la composición de proteínas
del sarcómero, el modelo de deslizamiento de filamentos de 
la contracción muscular y el origen del patrón de bandas en el 
músculo estriado. Describir la secuencia de acontecimientos 
en el acoplamiento excitación-contracción, incluidos los 
papeles de la despolarización de la membrana, el retículo 
sarcoplasmático y el detonante del calcio.
■ Identificar los sitios clave de utilización de la energía durante 
la contracción muscular, el papel de la creatina fosfato en el 
músculo esquelético y el impacto del tipo de fibras musculares 
esqueléticas en la utilización de sustratos y la función muscular.
■ Describir los cambios en la masa y el metabolismo del 
músculo esquelético con la edad, en respuesta a un ejercicio 
agudo y prolongado, y en enfermedades como la sarcopenia, 
el síndrome metabólico y enfermedades debilitantes.
INTRODUCCIÓN
Hay tres tipos de músculo: esquelético, cardíaco y liso, 
cada uno con un papel fisiológico singular
La función común de los músculos es convertir la energía química 
en energía mecánica, pero cada músculo se distingue por el meca­
nismo de inicio de la contracción, la velocidad del desarrollo de la 
fuerza, la duración de la contracción, la capacidad para adaptarse 
al entorno y la utilización de los sustratos. El músculo representa 
alrededor del 40% de la masa corporal total y la actividad muscular 
es uno de los principales determinantes del metabolismo global 
tanto en estado basal como en estado activo. Al realizar actividad 
física se producen cambios en el metabolismo del músculo esque­
lético. Estos cambios están directamente relacionados con la fuerza 
requerida y la duración de la actividad. Dichos factores también 
afectan a la utilización que el músculo hace de glucosa y ácidos 
grasos como combustible. Además de la locomoción, el músculo es­
quelético también es fuente de calor corporal, aporta aminoácidos 
para la gluconeogénesis hepática durante el ajamo y es un lugar 
importante para la eliminación de la glucosa y los triglicéridos des­
pués de una comida. Por su papel fundamental en la regulación del 
flujo del combustible sistémico y el metabolismo, la pérdida de masa 
muscular tiene un efecto importante en el metabolismo global. La
vejez, la sepsis y las enfermedades debilitantes, como el SIDA y el 
cáncer, son procesos asociados a pérdida de masa muscular, que a 
su vez se asocia a una mayor morbimortalidad.
El principal tema de este capítulo es el músculo esquelético, 
junto con una explicación de las similitudes y diferencias de la 
estructura, la función y el metabolismo del músculo esquelético, 
cardíaco y liso. El capítulo se inicia con una descripción del meca­
nismo de la contracción muscular, continúa con la señalización 
que inicia el proceso contráctil y luego examina el metabolismo 
energético básico para la contracción.
ESTRUCTURA MUSCULAR
El sarcómero: la unidad funcional contráctil 
del músculo
Una característica común de los miocitos cardíacos, las células 
del músculo liso y las miofibras esqueléticas es que su citoplasma 
está lleno de proteína contráctil. Esta proteína se dispone en series 
lineales de unidades de sarcómero en las miofibras esqueléticas 
y los miocitos cardíacos, dando a estos músculos un aspecto es­
triado; de ahí el término músculo estriado. La proteína contráctil 
en las células de músculo liso no se organiza en una estructura 
sarcomérica y este tejido se describe como músculo no estriado. La 
estructura jerárquica del músculo esquelético (fig. 20 .1 ) consiste 
en haces (fascículos) de células fibrosas multinucleadas alargadas 
(miofibras). Las células de las miofibras contienen haces de miofi- 
brillas que, a su vez, están compuestas de proteínas miofilamen- 
tosas, principalmente actina y miosina, que forman el sarcómero 
(tabla 20.1). El análisis del músculo mediante microscopía elec­
trónica muestra un patrón repetitivo de regiones claras y oscuras 
en las miofibrillas (fig. 20 .2). Estas regiones se conocen como 
bandas I (isotrópicas) y A (anisotrópicas), respectivamente. En el 
centro de la banda I se observa una línea Z más oscura, mientras 
que en el centro de la banda A existe una zona H de tinción más 
clara con una línea M central. La unidad contráctil, el sarcómero, 
está centrado en la línea M, que se extiende de una línea Z a la 
siguiente. El músculo liso carece de una línea Z definida.
Filamentos gruesos y finos
La actina y la miosina constituyen más del 75% 
de la proteína m uscular
El sarcómero puede acortarse alrededor del 70% en longitud 
durante la contracción muscular (v. fig. 20.2). Los componentes
CONCEPTOS CLÍNICOS
DISTROFIAS MUSCULARES
La madre de un joven le lleva al hospital porque ha observado que 
camina como un pato. La exploración física confirmó la existencia 
de debilidad muscular, especialmente en las piernas, aunque los 
músculos de las pantorrillas eran anchos y firmes. Se observó una 
elevación de 20 veces en la actividad sérica de la creatina fosfocina- 
sa (CK), identificada como la isoenzima MM (músculo). Las pruebas 
histológicas revelaron pérdida muscular, cierto grado de necrosis y 
aumento en el volumen de tejido conectivo y en el de grasa muscular. 
El diagnóstico preliminar de distrofia muscular de Duchenne (DMD) se 
confirmó mediante análisis inmunoelectroforético, que demostraba 
que el músculo carecía de distrofina, la proteína del citoesqueleto.
Comentario. Aunque hay numerosas variantes de distrofias mus­
culares, algunas genéticas y otras adquiridas, la DMD es la distrofia 
genética más frecuente y es mortal. La distrofina es una proteína 
del citoesqueleto de peso molecular elevado que refuerza la mem­
brana plasmática de la célula muscular y actúa en la interacción con 
la matriz extracelular. En su ausencia, la membrana plasmática de las 
células musculares se altera durante el proceso contráctil, provocando 
la muerte de la célula muscular.
El gen de la distrofina se localiza en el cromosoma X y consta de 
cerca de 2 ,5x106 pares de bases de largo. Las mutaciones espontá­
neas en este gen son relativamente frecuentes, siendo la frecuencia 
de la DMD de alrededor de 1 de cada 3.500 varones nacidos vivos. 
La DMD es una enfermedad miodegenerativa progresiva, que en 
general provoca el confinamiento en una silla de ruedas hacía la 
pubertad, hasta que hacia los 30 años la insuficiencia respiratoria o 
cardíaca causan la muerte. En los pacientes con DMD, la distrofina 
es completamente inexistente. Una variante de esta enfermedad, 
conocida como distrofia muscular de Becker, se manifiesta mediante 
síntomas más leves y se caracteriza por la expresión de una proteína 
de distrofina alterada y una supervivencia más larga, que alcanza 
hasta la quinta década de la vida. Aunque actualmente no existe 
tratamiento para la DMD, la terapia génica aún mantiene cierta 
esperanza y las tecnologías más novedosas que utilizan «saltos de 
exones» (exon skipping) están permitiendo a las células saltar sobre 
los exones mutados y, por lo tanto, traducir un producto proteico 
ligeramente menor, pero todavía funcional. La distrofina de menor 
tamaño produce síntomas parecidos a los de la distrofia de Becker 
en animales de experimentación, y esto podría traducirse en el doble 
de supervivencia de los seres humanos si los resultados pudieran 
reproducirse en ellos.
con efecto en la contracción son los filamentos gruesos y finos. El 
filamento grueso se compone de miosina y la proteína titi- 
na, el filamento ñno se compone principalmente de actina, 
con proteínas asociadas,tropomiosina y troponinas. Los
filamentos finos también tienen cierta interacción con la titina. 
Los filamentos gruesos y finos se extienden en direcciones opues­
tas desde ambos lados de las líneas M y Z, respectivamente, y se 
solapan y se deslizan unos sobre otros durante el proceso contráctil 
(v. fig. 20.2). Las líneas M y Z son, en efecto, placas base para el an­
claje de los filamentos de actina y miosina. En el músculo estriado, 
la mayor superposición de filamentos gruesos-finos durante la 
contracción provoca un encogimiento de la zona H (sólo miosina) 
y de las bandas I (sólo actina). En el músculo liso, los filamentos
gruesos y finos están anclados en estructuras llamadas cuerpos 
densos que, a su vez, están anclados por filamentos intermedios. 
Aunque los tres tipos musculares contienen las mismas proteínas, 
cada uno de ellos expresa isoformas tisulares específicas; la actina 
y troponina cardíacas, por ejemplo, se diferencian ligeramente de 
las del músculo esquelético.
Proteínas del sarcómero
Miosina
La interacción entre la actina y la miosina durante 
la contracción m uscular depende de la concentración 
de Ca2+ citoplasmática
La miosina es una de las proteínas más grandes del cuerpo, con una 
masa molecular de aproximadamente 500 kDa y además representa 
más de la mitad de la proteína muscular (tabla 20.2). Al microscopio 
electrónico la miosina se ve como una proteína alargada con dos 
cabezas globulares. Es el componente principal del filamento grueso 
en el músculo. Cada molécula de miosina está formada por dos 
cadenas pesadas (~ 200 kDa) y cuatro cadenas ligeras (~ 20 kDa). 
La cadena pesada puede subdividirse en las regiones de la cola heli­
coidal y la cabeza globular; las cuatro cadenas ligeras están unidas a 
las cabezas globulares. El análisis estructural por proteólisis limitada 
indica que hay dos regiones bisagra flexibles en la molécula de 
miosina (fig. 20.3): una donde la cabeza globular se une a la región 
helicoidal y la otra en la región helicoidal. Los filamentos de miosina 
se asocian a través de sus regiones helicoidales y se extienden más 
allá de la línea M hacia la línea Z de cada miofibrilla (v. figs. 20.2 
y 20.3). Las regiones bisagra permiten la interacción de las cabezas 
de miosina con la actina y proporcionan la flexibilidad necesaria 
para que se produzcan interacciones y cambios conformacionales 
reversibles durante la contracción muscular.
La miosina posee varias características que son esenciales para 
dicha contracción:
Las cabezas globulares de miosina tienen sitios de unión 
para el ATP y sus productos de hidrólisis, ADP y fosfato (Pi). 
Las cabezas globulares de miosina tienen una actividad 
ATPasa dependiente del Ca2+.
La miosina se une de forma reversible a la actina en función 
de las concentraciones de Ca2+, ATP y ADP + Pi.
La unión del calcio y la hidrólisis del ATP provocan cambios 
importantes en la conformación de la molécula de miosina y 
su interacción con la actina.
La actividad ATPasa de la miosina, las interacciones 
miosina-actina y los cambios estructurales están integrados 
en el modelo de deslizamiento de filamentos de la contracción 
muscular (v. a continuación). También explican el desarrollo 
de la rigidez cadavérica. El aumento de Ca2+ en el citoplasma 
del músculo (sarcoplasma) y el descenso de ATP después de 
la muerte dan lugar a una fuerte unión entre la miosina y la 
actina, formando el tejido muscular rígido.
Actina
La actina está formada por subunidades de 42 kDa conocidas 
como a c tin a G (globular), que polimerizan en una forma
Fig. 1 Estructura jerárquica del 
músculo esquelético. Se observa una 
vista desplegada de los fascículos, fibras 
musculares y miofibrillas, así como de las 
proteínas miofilamentosas. Localización 
de la banda I (filamentos de actina finos 
que se extienden desde la línea Z) y la 
banda A (filamentos de miosina gruesos 
que se extienden desde la línea M), con 
tinción más oscura de las regiones de la 
banda A que corresponde a la región de 
solapamiento de los filamentos de actina 
y miosina.
Tabla 1 Los elementos estructurales del músculo esquelético 
se ordenan en orden decreciente de tamaño
Unidad microscópica Fascículo: haz de células musculares
Unidad celular Miofibra: célula multinudeada larga
Unidad subcelular Miofibrilla: compuesta por proteínas 
miofilamentosas
Unidad funcional Sarcómero: unidad contráctil, unidad repetida 
de la unidad de la miofibrilla
Componentes 
del miofilamento
Proteínas: principalmente actina y miosina
filamentosa (actina F). Dos cadenas de polímeros se enrollan 
entre sí para formar el miofilamento de actina F (v. fig. 20.3). 
La actina F es el principal componente del filamento fino e 
interacciona con la miosina en el complejo actomiosina. Las 
cadenas de actina F se extienden en direcciones opuestas desde 
la línea Z, superponiéndose con las cadenas de miosina que se 
extienden desde la línea M. Cada filamento grueso que contiene 
miosina está rodeado por seis filamentos finos que contienen 
moléculas de actina. Cada filamento fino interacciona con tres 
filamentos gruesos que contienen miosina (v. fig. 2 0 .1 para un 
corte transversal).
Tropomiosina y troponinas
Las troponinas modulan la interacción entre actina 
y miosina
La activación de la contracción muscular en el músculo estria­
do por el calcio implica a proteínas asociadas a los filamentos 
finos, la tropomiosina y las troponinas. La tropom iosina es 
una proteína fibrosa que se extiende a lo largo de los surcos de la 
actina F; cada molécula contiene 7 subunidades de actina G. La 
tropomiosina interviene en la estabilización de la actina F y en 
la coordinación de los cambios conformacionales de las subuni­
dades de actina durante la contracción. En ausencia de Ca2+, la 
tropomiosina bloquea el lugar de unión de la miosina a la actina.
Un complejo de troponinas se une a la tropomiosina: Tn-T (de 
unión a tropomiosina), Tn-C (de unión a calcio) y Tn-I (subunidad 
inhibidora). La unión de calcio a la Tn-C, una proteína de tipo 
calmodulina, induce cambios en laTn-I, que modifican la interac­
ción entre tropomiosina y actina, exponiendo el sitio de unión a la 
miosina en la actina F y permitiendo interacciones actina-miosina. 
Véase una descripción del uso diagnóstico de las determinaciones 
de las troponinas cardíacas en el cuadro “Aplicaciones clínicas: 
Diagnóstico del infarto de miocardio”, pág. 261.
Titina
La titina modula la tensión pasiva del músculo
La titina es la proteína más grande del cuerpo humano, con más 
de 34 .000 aminoácidos y una masa de unos 3.800 kDa. Desde el
Fascículo 
(haz de fibras 
musculares)
Sarcómero
Miofibrilla
Proyecciones transversales
Z ------------ Sarcómero------------- Z
Línea M Tabla 2 Proteínas musculares y sus funciones
Proteína Función
Miosina Actividad ATPasa dependiente de Ca2+
Proteína C Ensamblaje de la miosina en filamentos gruesos
Proteína M Unión de los filamentos de miosina a las líneas M
Actina La actina G polimeriza en actina F filamentosa
Tropomiosina Estabilización y propagación de los cambios 
estructurales de la actina F
Troponinas C, 1 yT Modulación de las interacciones actina-miosina
Actininas a y (3 Estabilización de la actina F y anclaje a la línea Z
Nebulina Posible función en la determinación de la 
longitud de los filamentos de actina F
Titina Control de la tensión de reposo y longitud 
del sarcómero
Desmina Organización de las miofibrillas en las células 
musculares
Distrofina Refuerzo del citoesqueleto y de la membrana 
plasmática de la célula muscular
La actina y la miosina representan alrededor del 90% de las proteínas 
musculares, pero se requieren diversas proteínas asociadas para el 
ensamblaje y la función del complejo de actomiosina.
Fig. 2 Estructura esquemática del sarcómero, que indica la dis­
tribución de la actina y la miosina en las bandas A e I. (A) Sarcómero 
relajado. (B) Sarcómero contraído. (C) Detalle del sarcómero contraído, 
que ilustra la polaridad enla disposición de las moléculas de miosina. 
El incremento del solapamiento de los filamentos de actina y miosi­
na durante la contracción, junto con una disminución en la longitud de 
las zonas H y bandas I, ilustra el modelo de desplazamiento de filamen­
tos de la contracción muscular.
punto de vista estructural, la titina se extiende hasta la mitad de 
la longitud del sarcómero, con su extremo N-terminal anclado en 
la línea Z, y su extremo C-terminal al filamento grueso en la línea M. 
La titina posee un dom inio PEVK elástico y extensible (rico 
en prolina, glutamina, valina y lisina) que contribuye a la tensión 
pasiva del músculo esquelético y miocárdico, y un dominio cinasa 
que participa en la señalización intracelular. Dependiendo del 
músculo esquelético, la titina puede ser responsable de más de la 
mitad de la tensión pasiva del músculo, y contribuye a la propiedad 
de resorte del sarcómero; cuando un músculo se estira, la energía 
potencial se almacena en el dominio PEVK, que recula durante la 
relajación. Las mutaciones en una región de la titina pueden oca­
sionar una enfermedad genética cardíaca (p. ej., miocardiopatía 
hipertrófica), mientras que una mutación en cualquier punto del 
gen provoca solamente una enfermedad del músculo esquelético 
(p. ej., distrofia muscular de las cinturas escapular y pelviana).
Actina F y filamento fino
Tropomiosina
I 11-1 I I M I I l-U
Monómeros de actina G
Fig. 3 Polimerización de la miosina y la actina en filamentos 
gruesos y finos. HMM, meromiosina pesada; LMM, meromiosina ligera; 
Tn-C, troponina fijadora de calcio; Tn-I, subunidad inhibidora de tropo- 
nina; Tn-T, troponina fijadora de tropomiosina.
PROCESO CONTRÁCTIL
Modelo de deslizamiento de filamentos 
de la contracción muscular
El modelo de deslizamiento de los filam entos describe 
cómo una serie de cambios químicos y estructurales 
en el complejo actomiosina pueden inducir 
a un acortamiento del sarcómero
La respuesta contráctil depende de la formación reversible y 
dependiente de Ca2+ de enlaces (o puentes) cruzados entre la 
cabeza de miosina y su sitio de unión a la actina. Después de la
CONCEPTOS CLÍNICOS
ATROFIA MUSCULAR DURANTE 
LA SEPSIS
El músculo esquelético afecta a la morbimortalidad durante la sepsis. 
La sepsis constituye la principal causa de mortalidad en las unidades 
de cuidados intensivos (UCI) no coronarias y es la décima causa de 
muerte global en EE.UU. La incidencia de sepsis grave en EE.UU. es 
de aproximadamente 700.000 casos al año, con un crecimiento anual 
del 8%. Este aumento está potenciado por numerosos factores (p. ej., 
edad creciente de la población, sobreuso de antibióticos). La sepsis 
puede definirse como una regulación inapropiada de la respuesta 
inmunitaria y fisiológica ante un patógeno. Normalmente, el cuerpo 
responde ante una infección erradicando el patógeno la primera 
vez que entra en contacto con las células inmunitarias. Cuando este 
sistema se ve sobrepasado, altera la homeostasia de la totalidad del 
cuerpo y a menudo da lugar a un fallo multiorgánico.
De hecho, la tasa de mortalidad de las formas de sepsis más graves 
es >50%. El objetivo terapéutico fundamental es controlar la res­
puesta inflamatoria y erradicar al patógeno, y el músculo esquelético 
desempeña un cometido importante en el pronóstico del cuadro. La 
sepsis provoca una atrofia muscular intensa y los pacientes con una 
masa muscular escasa tienen más probabilidades de fallecer de sepsis. 
La vía de la degradación muscular es activada por citocinas inflama­
torias, como IL-6 y TNF-a liberados en la respuesta inmunitaria incon­
trolada. La degradación de las proteínas musculares y la liberación 
de aminoácidos a la sangre son parecidas a las que se observan en la 
inanición. Sin embargo, están implicadas vías moleculares diferentes; 
el incremento de la nutrición o de la ingesta proteica no es tan eficaz, 
ya que las vías de señalización anabólicas no responden. Dado que la 
pérdida muscular contribuye a la morbimortalidad de los pacientes 
y afecta a los resultados de la recuperación a largo plazo, adquiere 
una relevancia importante considerar la implantación de métodos 
para atenuar la pérdida muscular asociada a la sepsis. Hay varias 
vías de degradación proteica relacionadas con la atrofia muscular, 
pero parece que la vía más importante que se activa durante la 
sepsis es la vía de la ubiquitina-proteasoma (UbP) (v. los detalles en 
el cap. 34). Las proteínas de las miofibríllas son más susceptibles y la 
3-metilhistidina, un aminoácido modificado postraduccionalmente 
que se encuentra en la actina y la miosina, aumenta en sangre y 
en orina como consecuencia del recambio de proteínas. La vía UbP 
es en la actualidad la diana de fármacos en desarrollo que podrían 
usarse de forma específica para tratar la pérdida de músculo durante 
la sepsis y mejorar las tasas de mortalidad.
formación de los enlaces cruzados tiene lugar un cambio confor- 
macional en las regiones bisagra de la miosina que proporciona el 
golpe de potencia (o de fuerza) para la contracción muscular 
(fig. 20.4). Este cambio conformacional, la relajación de la forma 
de alta energía de la miosina, se acompaña de la disociación de 
ADP y Pi. Una vez completado el golpe, la unión e hidrólisis del 
ATP restablecen la estructura de alta energía. La estabilidad del 
estado contraído se mantiene por interacciones actina-miosina 
múltiples y continuas dependientes del Ca2+, de forma que se 
minimiza el deslizamiento hasta que se elimina el calcio del sarco- 
plasma, permitiendo la disociación del complejo actomiosina y la 
relajación muscular.
La mayor actividad miosina-ATPasa aumenta el ciclo de enlaces 
cruzados, lo que permite aumentar la velocidad de la contracción. 
Diferentes isoformas de miosina tienen diversos grados de activi­
dad ATPasa; los músculos rápidos tienen una actividad miosina- 
ATPasa más alta. También se encuentran isoformas de actina y 
miosina en el citoesqueleto de células no musculares, donde in­
tervienen en diversos procesos como la migración celular, el 
transporte de vesículas durante la endocitosis y la exocitosis, el man­
tenimiento o cambio de la forma celular y el anclaje de proteínas 
intracelulares a la membrana plasmática.
Acoplamiento excitación-contracción: 
despolarización de la membrana 
muscular
Los túbulos T transmiten señales electroquímicas 
para una contracción m uscular eficiente
La contracción del músculo esquelético se inicia mediante es­
timulación neuronal en la placa neuromuscular. Como se ha 
descrito antes (v. fig. 8.4), este estímulo causa la despolarización 
del gradiente electroquímico a través de la membrana plasmática 
del músculo (sarcolema). La despolarización, causada por la en­
trada de Na+, se propaga rápidamente a lo largo de la membrana 
del sarcolem a y señala una liberación de calcio dependiente del 
voltaje del retículo sarcoplasm ático (SR), un compartimento 
rodeado de membrana que secuestra calcio en el interior de la 
célula muscular. El paso de Ca2+ del SR al sarcoplasma inicia 
la formación de enlaces cruzados y el acoplamiento excitación- 
contracción. En el músculo estriado, la despolariza­ción se 
transmite a la fibra muscular por invaginaciones de la mem­brana 
plasmática llamadas túbulos transversos (túbulo T) (fig. 20.5). La 
transmisión de la despolarización a través de la red de túbulos T 
sumamente ramificada, que interacciona estrecha­mente con el 
SR, da lugar a una liberación rápida y concertada de calcio del SR 
al sarcoplasma. Para que vuelva a ocurrir la des­polarización, el 
sodio debe ser bombeado activamente fuera del citosol por 
bombas Na+/K+-ATPasa localizadas en el sarcolema. La tasa de 
repolarización muscular se ve afectada por la velocidad y 
densidad de estas bombas. Se encuentra actividad Na+/K+-ATPasa 
más intensa en músculos de contracción rápida y un aumento 
de la densidad de la bomba Na+/K+-ATPasa es una adaptación 
importante al ejercicio.
El mecanismo de estimulación neuraldel músculo esquelético, 
cardíaco y liso es diferente. Éstos tienen diferentes adaptaciones
M Actina F TropomiosinaTroponinas Z
Fig. 4 Estadios propuestos en la contracción muscular siguiendo el 
modelo de deslizamiento de filamentos. (1) En el músculo relajado, 
en reposo, la concentración de calcio es ~10'7 mol/l. El grupo de cabeza 
de las cadenas de miosina contiene ADP y Pi unidos, y se extiende desde 
la hélice de miosina en una conformación de alta energía. A pesar de 
que el complejo miosina-ADP-Pi tiene una afinidad elevada por la actina, 
la unión de la miosina a la actina está inhibida por la tropomiosina, que 
bloquea el lugar de unión de la miosina sobre la actina a concentraciones 
bajas de calcio. (2) Cuando se estimula el músculo, el calcio penetra en 
el sarcoplasma a través de los canales de calcio dependientes de voltaje 
(v. cap. 8). La unión del calcio a la Tn-C provoca un cambio estructural 
en la Tn-I, que es transmitido a través de la Tn-T a la tropomiosina. El 
movimiento de la tropomiosina expone el lugar de unión de la actina a la 
miosina. El complejo miosina-ADP-Pi se une a la actina formando un enlace 
cruzado. (3) La liberación de Pi, y después de ADP, de la miosina durante la 
interacción con la actina se acompaña de un gran cambio conformacional 
de la miosina, produciendo «el golpe de potencia» que mueve la cadena 
de actina alrededor de 10 nm (100 Á) en dirección opuesta a la cadena de 
miosina, incrementando su solapamiento y provocando la contracción 
muscular. (4) La captación de calcio desde el sarcoplasma y la unión del ATP 
a la miosina provocan una disociación del enlace cruzado de actomiosina. 
El ATP es hidrolizado y la energía libre de la hidrólisis del ATP se consen/a 
en forma de una conformación de miosina de alta energía, fijando la 
etapa para una contracción muscular continuada en respuesta al siguiente 
aumento de la concentración de Ca2+ en el sarcoplasma.
Fig. 5 Vista lateral de la trama tubular transversa en las células 
musculares esqueléticas. Los túbulos transversos son invaginaciones 
del sarcolema que están en íntimo contacto con el retículo sarcoplas- 
mático (SR) mediante canales proteicos. El SR es un compartimento 
tubular continuo en estrecha asociación con las miofibrillas. Los túbu­
los transversos son extensiones del sarcolema alrededor de la línea Z. 
Transmiten la despolarización del impulso nervioso a las regiones 
terminales del SR, coordinando la liberación de calcio y la contracción 
de la miofibrilla.
estructurales para propagar la despolarización. La contracción del 
músculo esquelético es voluntaria y las fibras están inervadas por 
placas motoras que se originan en la médula espinal; la acetilcolina 
actúa de neurotransmisor (v. cap. 41). La unión neuromuscular 
es una estructura especial característica del músculo esquelético 
que no se encuentra ni en el músculo cardíaco ni en el liso. Cada fi­
bra individual está inervada por un único nervio motor y todas las 
fibras inervadas por un nervio se definen como unidad motora. 
El control de la unidad motora y la sincronización es la base de 
la contracción coordinada de todo el músculo. Los calambres del 
músculo esquelético son contracciones musculares involuntarias 
como resultado de alteraciones en el control neuromuscular y 
desequilibrios electrolíticos, o de ambos, después de una pérdida 
excesiva de líquido, con frecuencia durante un ejercicio físico en 
condiciones de calor y humedad.
El músculo cardíaco es estriado y se contrae rítmicamente 
bajo control involuntario. El mecanismo general de contracción 
del músculo cardíaco es similar al del músculo esquelético; sin 
embargo, el retículo sarcoplasmático está menos desarrollado y 
la red de túbulos transversos está más desarrollada en el cora­
zón. El corazón depende en mayor grado del calcio extracelular 
y de hecho lo requiere para su respuesta contráctil (v. fig. 8.4); 
la entrada de calcio extracelular aumenta la liberación de Ca2+ 
del SR. Careciendo de contacto nervioso directo, los miocitos 
cardíacos propagan la despolarización desde un nodo aislado,
Unidad contráctil
el nodo SA, a través de todo el miocardio. La despolarización 
se transmite de célula a célula a lo largo de estructuras mem­
branosas especializadas denominadas discos intercalados. 
El músculo cardíaco también responde más a la regulación 
hormonal. Por ejemplo, las proteína cinasas dependientes de 
AMPc fosforilan proteínas de transporte y a la Tn-I, median­
do los cambios en la fuerza de contracción en respuesta a la 
adrenalina.
El músculo liso puede responder tanto a factores nerviosos como 
a circulantes. A diferencia del músculo esquelético, las aferencias 
nerviosas al músculo liso inervan haces de células musculares que 
producen contracciones fásicas (rítmicas) y tónicas (sostenidas) 
del tejido. El músculo liso también puede ser despolarizado por 
interacciones ligando-receptor en el sarcolema. Esto se denomina 
acoplamiento farmacomecánico, y es la base para numerosos 
fármacos que se centran en la contracción o la relajación del 
músculo liso. Los donantes de óxido nítrico, como el nitrito de 
amilo y la nitroglicerina, usados para el tratamiento de la angina, 
relajan los músculos lisos vasculares y aumentan el flujo de sangre 
al miocardio.
Acoplamiento excitación-contracción: 
la señal de calcio
El contenido de calcio del sarcoplasma normalmente es muy bajo, 
de 10 ‘7 mol/1 o menos, pero aumenta rápidamente multiplicándose 
por 100 en respuesta a la estimulación neural. El retículo sar- 
coplasmático, un orgánulo especializado derivado del retículo 
endoplasmático liso, es rico en una pro teína de unión al Ca2+, la 
calsecuestrina, y es el sitio de secuestro de calcio dentro de la 
célula. En el músculo estriado, la despolarización de los túbulos T 
abre los canales de Ca2+ en el SR (v. fig. 20.5). La entrada de Ca2+ 
en el sarcoplasma desencadena las interacciones actina- 
miosina y la actividad miosina-ATPasa, causando la con­
tracción muscular. Las troponinas no se expresan en el músculo 
liso. En este caso, el calcio desencadena la contracción por unión 
a la calmodulina y la activación de la cinasa de la cadena ligera 
de miosina. La fosforilación de la miosina potencia la interacción 
miosina-actina.
El aumento de calcio intracelular activa más enlaces cruzados 
y acorta el sarcómero por activación de la miosina-ATPasa. Por 
tanto, concentraciones de calcio mayores aumentan la fuerza 
J contráctil muscular hasta que se alcanza la saturación. Los 
-S antagonistas de los canales del calcio utilizados para tratar la 
£ hipertensión, como nifedipino, inhiben el flujo de Ca2+ en el 
g SR, limitando, por tanto, la fuerza de contracción de los miocitos 
cardíacos. Mientras que la contracción muscular se desencadena 
'§ por un aumento del calcio, la relaj ación muscular depende de que 
§ el calcio sea bombeado de forma activa de nuevo hacia el SR. La
I velocidad de la relaj ación muscular está directamente relacionada 
•| con la actividad Ca2+-ATPasa del SR. El SR es rico en Ca2+-ATPasa, 
| que mantiene el calcio citosólico en el sarcoplasma a concen- 
c2 traciones submicromolares (~ 10 '7 mol/1). Con la reducción de 
las concentraciones de calcio intracelular, el número de enlaces 
cruzados activos también disminuye, así como la fuerza contráctil 
© muscular.
CONCEPTOS CLÍNICOS
HIPERTERMIA MALIGNA
Alrededor de 1 de cada 150.000 pacientes tratados con el anestésico 
halotano (halocarbono gaseoso) o con relajantes musculares responde 
con rigidez excesiva del músculo esquelético y con hipertermia grave 
y súbita, con un incremento de temperatura de hasta 2°C en 1h.
Si no se tratan rápidamente, las alteraciones cardíacas pueden 
poner en peligro la vida; la mortalidad por esta situación supera el 
10%. Esta enfermedad genética se debe a una liberación excesiva
o prolongada de Ca2+ desde el SR, la mayoría de las veces debida a 
mutaciones en genes que codifican los canales de liberación de Ca2+ 
del SR.La liberación excesiva de Ca2+ condiciona un incremento 
prolongado de la concentración de Ca2+ sarcoplasmático. La rigidez 
muscular se debe al consumo de ATP dependiente de Ca2+, y la hiper­
termia se debe al incremento del metabolismo para regenerar el ATP.
Al volverse anaerobio el metabolismo muscular, pueden desarro­
llarse lacticidemia y acidosis. Las alteraciones cardíacas se deben a 
la hiperpotasemia, causada por la liberación de iones de potasio del 
músculo; al agotarse los suministros de ATP, el músculo es incapaz de 
mantener los gradientes iónicos a través de su membrana plasmática. 
El tratamiento de la hipertermia maligna consiste en la administración 
de relajantes musculares, como dantroleno, un inhibidor del canal de 
Ca2+ sensible a la rianodina, para inhibir la liberación de Ca2+ desde el 
SR. El tratamiento sintomático consiste en medidas de enfriamiento, 
oxígeno, corrección del pH sanguíneo y del desequilibrio electrolítico, 
así como el tratamiento de las alteraciones cardíacas.
METABOLISMO ENERGÉTICO 
DEL MÚSCULO
Recursos energéticos en la célula muscular
El músculo es la localización principal de la eliminación de glucosa 
(captación desde la circulación) en el cuerpo y, por lo tanto, constitu­
ye una diana natural para el tratamiento de la hiperglucemia de la 
diabetes. El transportador de glucosa GLUT-4 es transportado hasta 
la superficie celular, no sólo en respuesta a la insulina o a productos 
farmacéuticos, sino también en respuesta al estado de energía celular 
y por contracciones musculares. De este modo, el ejercicio actúa 
como regulador de los valores de glucemia, y de hecho, el ejercicio es 
una excelente modalidad terapéutica en este contexto. El contenido y 
la actividad de la hexocinasa del músculo también aumentan con el 
ejercicio, tanto de forma aguda (unas 3 horas después de la primera 
sesión) como crónica (tras varias semanas de entrenamiento). Los 
estudios en modelos animales han demostrado que el ejercicio y 
los fármacos activan cascadas de señalización bioquímicas tanto 
similares como diferentes en el músculo; de este modo, parece que 
ambos tratamientos son complementarios.
El ATP se utiliza para la contracción muscular
Se necesitan tres ATPasas para la contracción muscular: 
Na+/K+-ATPasa, Ca2+-ATPasa y miosina-ATPasa. Un descenso 
de la disponibilidad de ATP o una inhibición de alguna de estas
ATPasas hará que descienda la producción de fuerza muscular. 
Sin embargo, la concentración intracelular de ATP no cambia de 
forma espectacular durante el ejercicio. El músculo que se con­
trae activamente depende de la rápida resíntesis de ATP a partir 
del ADP. Los sistemas de energía que sintetizan ATP para la con­
tracción muscular son la lanzadera creatina fosfato, la glucólisis 
anaerobia a partir de la glucosa plasmática o del glucógeno, y el 
metabolismo aerobio de la glucosa y los ácidos grasos a través de 
la fosforilación oxidativa. Los sistemas de energía que sintetizan 
ATP no son equivalentes y afectan directamente a la cantidad y 
duración de la producción de potencia del músculo que se contrae.
Contracciones de corta duración y de alta 
producción de potencia
La creatina fosfato es un tampón de fosfato de alta energía 
para la regeneración rápida de ATP en el músculo
Una realidad metabólica del músculo esquelético es que la fuerza 
intensa sólo puede mantenerse durante un período breve. Las con­
tracciones a máxima potencia (o casi máxima) dependen de una 
elevada actividad miosina-ATPasa y una resíntesis rápida de ATP 
por fosforilación a nivel del sustrato utilizando el compuesto de alta 
energía, creatina fosfato (creatina-P). La creatina (v. tabla 9.2) se 
sintetiza a partir de arginina y glicina y es fosforilada de forma 
reversible a creatina-P por la creatina (fosfo)cinasa (CK o CPK) 
(fig. 20.6). La CK es una proteína dimérica de la que existen tres 
isoenzimas: las isoformas MM (músculo esquelético), BB (cerebro) 
y MB. El tejido cardíaco es rico en la isoforma MB.
La concentración de creatina-P en el músculo en reposo es varias 
veces superior a la de ATP (tabla 20.3). Por tanto, la concentración 
de ATP permanece relativamente constante durante los estadios
nh; 
i 3 
ch2
coo-
Glicina
Arginina ©
“ V
Ornitina
HN NH2
V
I
NH C00- 
► XCHo —
HN „ NH,
V
0 CH3-N coo- - ► nch2S-adenosil
metionina Creatina
Fig. 6 Síntesis y degradación de la creatina fosfato (creatina-P). La 
creatina se sintetiza a partir de los precursores glicina y arginina. La 
creatina-P es inestable y sufre una degradación lenta y espontánea a Pi 
y creatinina, la forma anhídrido cíclica de la creatina, que se excreta 
desde el músculo hacia el plasma y después a la orina.
Tabla 3 Cambios en las fuentes energéticas del músculo en 
actividad: concentraciones de metabolitos energéticos en el 
músculo de la pierna del ser humano durante 
un ejercicio en bicicleta
Metabolito Concentración de metabolito (mmol/kg de peso seco)
Reposo 3 min 8 min
ATP 27 26 19
Creatina-P 78 27 7
Creatina 37 88 115
Lactato 5 8 13
Glucógeno 408 350 282
Estos experimentos se llevaron a cabo durante ejercicio isquémico, que 
exacerba el descenso en la concentración de ATP. Ilustran el descenso 
rápido de creatina-P y el incremento de lactato procedente de la glucólisis 
anaeróbica del glucógeno muscular.
Datos adaptados de Timmons JA, etal. i Clin Invest 1998;101:79-85.
iniciales del ejercicio. Se repone no sólo por la acción de la CK, sino 
también por la adenilato cinasa (miocinasa) de la siguiente forma:
Creatina fosfocinasa: creatina - P + ADP —> creatina + ATP 
Adenilato cinasa: 2 ADP ̂ ATP+ AMP
Los depósitos de creatina fosfato disminuyen rápidamente durante 
el primer minuto de una contracción muscular de producción de 
alta potencia. A medida que se reducen los depósitos de creatina 
fosfato, el músculo se vuelve incapaz de mantener la potencia 
alta y la fuerza contráctil disminuye con rapidez. En este punto, la 
glucogenólisis muscular pasa a ser la principal fuente de energía. 
La entrada de calcio hacia el músculo, aparte de su papel en la 
activación de la contracción dependiente de miosina-ATPasa, 
origina también la formación del complejo Ca2+-calmodulina, que 
activa la fosforilasa cinasa, catalizando la conversión de fosforilasa b 
a fosforilasa a. El AMP también activa alostéricamente la fos­
forilasa muscular y la fosfofractocinasa-1 , acelerando la glucólisis 
a partir del glucógeno muscular.
La fuerza sigue reduciéndose por la acumulación gradual de 
piruvato y lactato en el músculo en contracción, causando un 
descenso del pH muscular. La fuerza se reducirá hasta un nivel 
que puede mantenerse por el metabolismo aerobio de los ácidos 
grasos. La máxima potencia aerobia es un 20% de la producción 
máxima de potencia, y puede mantenerse alrededor del 50-60% 
de la potencia aerobia máxima durante períodos largos.
Contracciones de baja intensidad 
y larga duración
Los ácidos grasos son la principal fuente de energía 
en el músculo durante el ejercicio prolongado
La disponibilidad y utilización de oxígeno en el trabajo muscular 
son limitaciones importantes para mantener una actividad física
continua. La actividad contráctil de larga duración requiere una 
liberación adecuada de oxígeno y la capacidad del músculo de 
utilizarlo. La liberación de oxígeno al músculo es alterada por las 
concentraciones de eritrocitos y de hemoglobina en sangre, el 
número de capilares en el músculo y la capacidad de la bomba car­
díaca. El músculo sumamente oxidativo tiene una densidad capilar 
más alta que el músculo glucolítico, y la densidad capilar muscular 
aumenta con el entrenamiento físico de resistencia. La utilización 
del oxígeno muscular también está directamente relacionada con 
el número y el tamaño de las mitocondrias musculares. Los mús­
culos sometidos a una actividad contráctil continua, como los 
músculos posturales, tienen más mitocondrias que el músculo 
que no se contrae con frecuencia. Una observación estándar en 
el músculosometido a mayores demandas contráctiles es una 
elevación de la actividad enzimática oxidativa.
En reposo y en ejercicios físicos de baja intensidad, el oxígeno 
está fácilmente disponible y la oxidación aeróbica de los lípidos 
predomina como principal fuente de síntesis de ATP. Sin embargo, 
a mayores intensidades de trabajo, la disponibilidad de oxígeno y la 
utilización de lípidos pueden ser limitantes y, por tanto, la tasa de 
trabajo del músculo disminuye. Durante los primeros 15-30 min 
de ejercicio hay un cambio gradual de la glucogenólisis y la glu­
cólisis aerobia al metabolismo aerobio de los ácidos grasos. Quizá 
sea una respuesta evolutiva para hacer frente al hecho de que el 
lactato, producido durante la glucólisis, es más ácido y menos 
difusible que el C02. Al continuar el ejercicio, la adrenalina con­
tribuye a la activación de la gluconeogénesis hepática, aportando 
una fuente exógena de glucosa para el músculo. Los lípidos se 
convierten de forma gradual en la principal fuente de energía en el 
músculo durante un ejercicio prolongado y de menor intensidad, 
en el que el oxígeno no es limitante.
El rendimiento muscular mantenido (fondo 
o resistencia) depende de las concentraciones
de glucógeno muscular
Las grasas se queman en la llama de los hidratos de carbono; 
se necesita glucógeno para que el metabolismo de los 
lípidos en el músculo sea eficiente
Los corredores de maratón generalmente «se topan con el muro» 
cuando el glucógeno muscular alcanza una concentración signifi­
cativamente baja. El glucógeno es la forma de almacenamiento de 
glucosa en el músculo esquelético, y su concentración muscular 
puede modificarse con la dieta, por ejemplo, con una carga de 
hidratos de carbono antes de correr un maratón. La fatiga, que 
puede definirse como la incapacidad de mantener la producción 
de potencia deseada, aparece cuando la velocidad de utilización 
del ATP es mayor que su síntesis. Para una síntesis eficaz de ATP 
existe un requerimiento continuo de un valor basal de glucógeno, 
del que se conoce poco, incluso cuando existe glucosa plasmática 
y cuando las grasas son la principal fuente de energía muscular. El 
metabolismo de los hidratos de carbono es una fuente importante 
de piruvato, que es convertido a oxaloacetato por la reacción ana- 
plerótica de la piruvato carboxilasa. El oxaloacetato es necesa­
rio para mantener la actividad del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, 
para la condensación del acetil-CoA procedente de las grasas. Hasta
cierto punto, el glucógeno muscular se puede ahorrar y aumentarse 
el tiempo de rendimiento durante una actividad física vigorosa 
prolongada aumentando la disponibilidad de glucosa circulante, 
ya sea mediante la gluconeogénesis o por la ingestión de hidratos 
de carbono, como pan o bebidas isotónicas. La mayor utilización de 
ácidos grasos durante las primeras fases del ejercicio es una adap­
tación importante al entrenamiento de una actividad física intensa 
regular, que también sirve para ahorrar las reservas de glucógeno.
El músculo se compone de dos tipos 
de células de músculo estriado: las fibras 
glucolíticas rápidas y las oxidativas lentas
Las células musculares estriadas en general se clasifican por sus 
propiedades fisiológicas contráctiles (rápidas frente a lentas) y por 
el tipo principal de metabolismo (oxidativo frente a glucolítico). El 
tipo muscular está estrechamente relacionado con la función mus­
cular en el músculo esquelético y esta comparación puede verse
CONCEPTOS AVANZADOS
SARCOPENIA
La sarcopenia es la pérdida de masa muscular esquelética que se 
desarrolla gradualmente en los seres humanos después de la quinta 
década de la vida y puede producir debilidad y pérdida de la capa­
cidad funcional- Además de la merma de calidad de vida, la pérdida 
de masa muscular esquelética también incrementa el riesgo de 
mortalidad y morbilidad. La causa de la sarcopenia parece estar 
relacionada con una disminución gradual de la actividad física y con 
la pérdida de la capacidad regenerativa. La inervación de la fibra 
muscular por las motoneuronas raquídeas es fundamental para el 
desarrollo y mantenimiento de las fibras musculares (células). Con la 
edad disminuye el número de motoneuronas raquídeas, posiblemente 
por el daño oxidativo acumulado en estas células posmitóticas. La 
pérdida de motoneuronas parece desencadenar una pérdida sus­
tancial (>40%) en el número de fibras musculares, que constituye 
el determinante fundamental de la sarcopenia dependiente de la 
edad, y se acompaña de un aumento del tamaño de la unidad mo­
tora y de una disminución de la habilidad motora fina. La sarcopenia 
también se ha relacionado con cambios sistémicos inducidos por la 
edad en los sistemas endocrino, cardiovascular e inmunitario, cuyas 
funciones son básicas para mantener la masa muscular esquelética.
Comentario. Los datos científicos son claros: la mayoría de ancianos 
puede aumentar su fuerza y masa muscular con un programa regular 
de ejercicio de resistencia. Los tratamientos farmacológicos también 
se han explorado en individuos que no pueden realizar ejercicio con 
regularidad. Actualmente no se dispone de tratamiento alguno para la 
pérdida de motoneuronas raquídeas. Los tratamientos farmacológicos 
centrados en el músculo han tenido diversos grados de éxito, pero en 
general están limitados por los efectos adversos. Estos tratamientos 
consisten en terapias sustitutivas hormonales con hormonas sexuales 
masculinas o femeninas y el tratamiento con hormona del crecimiento. 
La medicación antiinflamatoria también se emplea para permitir a los 
sujetos participar en programas de actividad física. Una de las mejores 
defensas frente a la sarcopenia podría ser practicar ejercicio regular 
para mantener la masa muscular durante la vida adulta.
CONCEPTOS CLÍNICOS
SÍNDROMES DE ATROFIA 
MUSCULAR
Muchos pacientes con trastornos como el VIH y numerosos cánceres 
sufren una pérdida de peso importante, y dicho cuadro se denomina 
caquexia. Los pacientes que muestran caquexia a menudo son incapa­
ces de tolerar tratamientos de radio o quimioterapia y tienen una mor- 
bimortalidad mayor. Esta pérdida de peso a menudo es independiente 
de la ingesta calórica y no se asocia sólo a la inanición. Los estimulantes 
del apetito con frecuencia son ineficaces. La pérdida de peso se asocia a 
la pérdida de músculo y tejido adiposo. Los problemas de salud pueden 
aumentar en individuos caquécticos por la alteración metabólica que 
acompaña a la pérdida de tejido adiposo y muscular. También parece 
ser un efecto del tipo de fibras musculares que se pierden, que puede 
estar relacionado con el metabolismo. Las fibras musculares glucolíticas 
rápidas sufren una mayor pérdida de proteínas que las fibras musculares 
oxidativas lentas. Esta pérdida preferente de fibras glucolíticas rápidas 
con atrofia es contraria a la observada en el músculo con períodos 
prolongados de desuso (atrofia por desuso).
Las fibras oxidativas lentas se atrofian con preferencia por el de­
suso muscular. Aunque se desconocen los mecanismos exactos que 
producen la atrofia, los principales candidatos en muchos síndromes 
de atrofia incluyen la señalización inflamatoria sistémica por citocinas, 
como el TNF-a y la IL-6 . La señalización inflamatoria inducida por la 
patología puede activar la degradación de proteínas musculares, inhibir 
la síntesis de proteínas musculares e inducir lipólisis del tejido adiposo. 
Mantener o evitar una pérdida grave de peso en numerosos estados 
patológicos puede mejorar las opciones terapéuticas, la supervivencia y 
la calidad de vida de los pacientes. Anabolizantes como la testosterona 
han resultado beneficiosos en el mantenimiento de la masa muscular 
en pacientes con SIDA, y se usan con frecuencia en la práctica clínica. 
En otras enfermedades debilitantes, la investigación en modelos ani­
males ha demostrado que la inhibición de la señalización inflamatoria 
puede inhibir la atrofia. Es necesario seguir investigando antesde 
aplicar extensamente este enfoque a las poblaciones humanas.
APLICACIONES CLÍNICAS
DETERMINACIÓN DE CREATININA 
PARA EVALUAR LA FUNCIÓN RENAL 
Y LA DILUCIÓN DE ORINA
Dado que la concentración de creatina fosfato es relativamente cons­
tante por unidad de masa muscular, la producción de creatinina 
(v. fig. 20-6) también lo es a lo largo del día. La creatinina se elimina 
en la orina en una cantidad relativamente constante por hora, sobre 
todo por filtración glomerular y, en menor grado, por secreción tubular. 
Dado que su concentración en la orina varía con la dilución de la misma, 
las concentraciones de metabolitos en muestras aleatorias de orina a 
menudo se normalizan con la concentración urinaria de creatinina. 
Si no se hiciese así, se necesitaría obtener la orina de 24 horas para 
evaluar la excreción diaria de un metabolito. La concentración normal 
de creatinina en el plasma es de ~20-80 mmol/l (0,23-0,90 mg/dl). 
Los incrementos en la concentración de creatinina plasmática se 
emplean frecuentemente como un indicador de insuficiencia renal. 
El cociente albúmina/creatinina en una muestra aleatoria de orina, 
un indicador de la selectividad de la filtración de proteínas por el 
glomérulo, se emplea como medida de la microalbuminuria para 
evaluar la progresión de la nefropatía diabética.
grasos para la síntesis de ATP, para lo que requieren mitocondrias. 
El músculo cardíaco, que está contrayéndose de forma continuada, 
tiene varias características contráctiles y metabólicas similares a 
las del músculo esquelético oxidativo lento. El músculo cardíaco 
está bien irrigado, es rico en mitocondrias y depende en gran medida 
del metabolismo oxidativo de los ácidos grasos circulantes. La 
pechuga de ganso, que permite vuelos migratorios largos, es una 
carne bastante grasa y oscura en comparación con la pechuga de 
pollo, y tiene muchas de las características del músculo cardíaco.
con facilidad en los músculos cuya contracción es infrecuente y 
para actividades bruscas frente a los músculos utilizados conti­
nuamente para mantener la postura (antigravedad). Los dos tipos 
de músculo estriado se distinguen claramente por la coloración. 
El músculo glucolítico rápido utilizado para una actividad brus­
ca tiene un aspecto blanco (como la pechuga de pollo; los pollos 
graznan mucho, pero no pueden volar lejos) por tener menos flujo 
sanguíneo, menor densidad mitocondrial y un contenido reducido 
de mioglobina en comparación con el músculo oxidativo de con­
tracción lenta, que es rojo. Las fibras glucolíticas rápidas también 
tienen mayores depósitos de glucógeno y menor contenido graso; 
dependen del glucógeno y de la glucólisis anaerobia para con­
tracciones breves y bruscas cuando se necesita una fuerza mus­
cular adicional, como en la respuesta de «lucha o huida» frente al 
estrés. Estas fibras musculares no pueden mantener la contracción 
durante períodos largos. En cambio, las fibras oxidativas lentas 
de los músculos posturales (y en la pechuga de ganso, los gansos 
son aves migratorias) están bien perfundidas con sangre, son 
ricas en mitocondrias y mioglobina. Este tipo de músculo tiene la 
capacidad de mantener contracciones de baja intensidad durante 
largos períodos. El músculo lento utiliza la oxidación de los ácidos
INGENIERÍA GENÉTICA Y REPOSICIÓN 
MUSCULAR
A medida que han ido lográndose avances en el campo de la in­
geniería genética, el tejido muscular ha pasado a ser uno de los 
objetivos experimentales principales para lograr hacer crecer un 
órgano fuera del cuerpo humano. El músculo procede de células 
proliferativas que se originan en la capa germinal mesenquimal en 
el embrión en desarrollo. Estas células están «determinadas» hacia 
el linaje muscular y posteriormente se convierten en mioblastos. 
Los mioblastos abandonan el ciclo celular y se diferencian en una 
célula muscular multinucleada madura. Las células del músculo 
esquelético están completamente diferenciadas, pero el músculo es­
quelético contiene una población pequeña (< 5% de mionúcleos) de 
precursores de células musculares indiferenciadas, las células 
satélites. La proliferación y diferenciación de las células satélite 
son pasos cruciales para el crecimiento y la reparación muscular 
posnatal, como por ejemplo en respuesta al ejercicio, y para la 
regeneración tras una lesión. El músculo esquelético es uno de 
los pocos tejidos humanos que puede autorregenerarse en gran 
parte después de una lesión extensa. El músculo es un candidato 
ideal para la «reposición» tisular después de una lesión grave, ya
APLICACIONES CLÍNICAS
DIAGNÓSTICO DEL INFARTO 
DE MIOCARDIO
El infarto de miocardio (IM) ocurre cuando se bloquea el aporte de 
sangre al corazón. El daño hístico provoca una salida de enzimas 
intracelulares hacia la sangre (fig. 20.7). Entre ellas se encuentran 
enzimas glucolíticas, como la LDH (cap. 12); sin embargo, para el 
diagnóstico y tratamiento del IM se utilizan normalmente las medi­
ciones de mioglobina, CK plasmática total e isoenzimas CK-MB. La 
mioglobina es una proteína pequeña (17 kDa) que aumenta muy 
rápidamente en el plasma, en las primeras 2 horas tras el IM. Aunque 
es muy sensible, esta prueba carece de especificidad para el tejido 
cardíaco. Se elimina con rapidez por filtración renal y vuelve a la 
normalidad en 1 día. Dado que la mioglobina plasmática también 
aumenta después de un traumatismo muscular esquelético, no sería 
útil en el diagnóstico del IM, por ejemplo tras un accidente de tráfico. 
La CK plasmática total y la isoenzima CK-MB comienzan a elevarse 
en la sangre a las 3-10 horas del IM y alcanzan un valor máximo 
de alrededor de 25 veces el valor normal después de 12-30 horas; 
pueden mantenerse elevadas durante 3-5 días. La CK total tam­
bién puede aumentar como consecuencia de un daño esquelético mus­
cular, pero la medición de la CK-MB es específica de la lesión cardíaca.
Comentario. Hoy día, en el diagnóstico y tratamiento del IM se 
recomiendan los análisis de inmunoadsorción ligada a enzimas (ELISA) 
para detectar troponinas miocárdicas. Estas pruebas dependen de la 
presencia de isoformas específicas de subunidades de troponina en el 
corazón adulto. La concentración de Tn-T en el plasma aumenta a las 
pocas horas del infarto, alcanzando un máximo 300 veces superior a 
las concentraciones plasmáticas normales y permaneciendo elevada 
durante 1 -2 semanas. Una prueba para una isoforma específica del cora­
zón adulto, la Tn-T2, tiene una sensibilidad prácticamente del 100% 
en el diagnóstico del IM y una tasa de resultados falsos positivos 
menor del 5% . Los aumentos significativos de Tn-T2 en el plasma se 
detectan incluso en pacientes con angina inestable y episodios 
transitorios de isquemia cardíaca. Las troponinas se suelen utilizar 
como componente de un algoritmo para diferenciar los pacientes 
con riesgo elevado y bajo que necesitan una intervención invasiva 
inmediata. La reciente definición del IM se basa en las concentracio­
nes séricas de troponinas observadas.
que se adapta con rapidez a su entorno mecánico y químico. Los 
músculos esqueléticos están sumamente especializados para su 
localización y su cometido concreto. Las cirugías de reposición 
muscular usando músculo donante para la mano han demos­
trado la necesidad de tener en cuenta las diferencias morfológicas 
y bioquímicas en el momento de seleccionar tejido muscular para 
trasplante. Como el músculo muestra una adaptación considerable 
(fantástica plasticidad), es probable que el músculo esquelético sea 
uno de los primeros tejidos (junto con la piel) para poder ser ge­
nerado mediante técnicas de ingeniería genética fuera del cuerpo 
para su trasplante.
Los mioblastos completamente diferenciados en el corazón se 
denominan miocitos cardíacos; estas células permanecen con 
uno o dos núcleos toda su vida. El corazón tiene una capacidad de 
regeneración muy limitada, de manera que los efectos del infarto 
de miocardio son muy prolongados. Los mioblastos del músculo 
liso sediferencian en células de músculo liso (CML) maduras,
Mioglobina
Días desde el inicio del dolor torácico
Fig. 7 Cambios en las concentraciones de enzimas séricas des­pués 
de un infarto de miocardio (IM). Varios marcadores enzimáticos 
aumentan en el plasma después del IM. Se siguen utilizando para el 
diagnóstico del IM, pero la prueba recomendada actualmente es la 
medición de la concentración de troponina sérica. CK, creatina fosfoci- 
nasa; CK-MB, isoenzima cardíaca de la CK; LDH, lactato deshidrogenasa. 
Adaptado de Pettigrew AR, Pacanis A. Diagnosis of myocardial infarction. 
En Dominiczak MH (ed.). Seminars in Clinical Biochemistry. University of 
Glasgow Computer Publishing Unit, Glasgow, 1997.
pero a diferencia del músculo cardíaco o esquelético, no están 
diferenciadas del todo. El fenotipo de las CML también es variable, 
en función de su localización y su función. Se encuentran por 
todo el cuerpo en la pared vascular, y conservan su capacidad 
para proliferar, como por ejemplo en respuesta a la hipertensión 
o durante la angiogénesis.
EFECTO DEL EJERCICIO
El entrenamiento de fuerza aumenta 
la masa muscular
Un cambio en la utilización diaria del músculo esquelético tendrá 
un efecto notorio sobre su capacidad funcional. Tanto el aumento 
como la disminución del grado de actividad diaria pueden modi­
ficar la estructura muscular, la capacidad de producir fuerza y la 
fatigabilidad. Desde un punto de vista bioquímico, estos cambios 
se deben principalmente a cambios en la perfusión tisular y en 
enzimas metabólicas, y por tanto en la capacidad del músculo 
para captar glucosa, utilizar las grasas como fuente de energía 
y generar ATP. La magnitud y la intensidad de la actividad física 
diaria es un proceso continuo y el músculo se adapta a ello en 
respuesta al estrés concreto al que se ve sometido. Para simplifi­
carlo, y debido a que ésta es la razón del diseño de la mayoría de 
los estudios experimentales, podemos dividir el aumento del uso 
(entrenamiento físico) en dos categorías: entrenamiento de fuerza y 
aerobio. La finalidad principal del entrenamiento de fuerza es 
incrementar la capacidad de un músculo concreto, o de un grupo 
muscular, para generar fuerza. Esto se suele llevar a cabo a través 
de una serie de repeticiones de un movimiento concreto contra una 
resistencia que únicamente le permite al músculo contraerse a lo 
largo del arco de movimiento un número muy limitado de veces 
(p. ej., 6 a 8 repeticiones de mancuernas con el bíceps). El objetivo
del entrenamiento aerobio, denominado también entrenamiento 
de resistencia, es aumentar la resistencia y disminuir la fatiga 
durante una actividad física prolongada, pero de intensidad baja, 
como correr o caminar. Esto se consigue mediante una serie alta de 
repeticiones de contracciones musculares a una resistencia baja. 
Cada contracción muscular en el entrenamiento de fuerza podría 
ser del 75-90% , mientras que en el entrenamiento aerobio po­
dría ser del 15-20% de la producción de fuerza voluntaria máxima 
de dicho músculo. Los cambios bioquímicos en respuesta a estos ti­
pos de ejercicio son diferentes.
El entrenamiento de fuerza tiene efectos mínimos sobre la bio­
química del músculo. El incremento en la capacidad de producción 
de fuerza que se produce con el entrenamiento de fuerza se debe 
al aumento de tamaño de la célula, es decir, a su hipertrofia. La 
hipertrofia de células musculares individuales se debe al aumento 
en las proteínas estructurales y sarcoméricas. Al aumentar las 
miofibrillas y los sarcómeros (unidades contráctiles del músculo), 
la capacidad de producir fuerza aumenta. Cuando se examinan 
las enzimas glucolíticas y se normalizan frente al incremento del 
tamaño de la célula, no se aprecia cambio con el entrenamiento de 
fuerza. Cuando se normaliza la actividad enzimática mitocondrial 
con respecto al aumento de tamaño de la célula del entrenamiento 
de fuerza suele haber un descenso leve, lo que sugiere que aunque 
aumenta la capacidad de producción de fuerza, la capacidad de 
producción de ATP (al menos basándose en el tamaño de la célula) 
disminuye ligeramente. En términos de velocidad de contracción y 
de ciclos de enlaces cruzados del sarcómero, esto está determinado 
sobre todo por la actividad de la miosina-ATPasa, la cual perma­
nece relativamente invariable en respuesta al entrenamiento de 
resistencia.
El entrenamiento de resistencia o aerobio aumenta 
la capacidad metabólica oxidativa del músculo
En respuesta al entrenamiento aerobio, el principal cambio 
bioquímico es un incremento en la capacidad de metabolizar 
grasas, apoyada por el aumento en el número, en el tamaño y en 
las enzimas mitocondriales. Todas los tipos de fibras musculares 
(rápidas y lentas) aumentarán su concentración y multiplicarán 
por 2 o por 3 la actividad de la citrato sintasa y la del citocromo 
c, con lo que aumenta la producción de ATP para una carga de 
trabajo concreta (es decir, intensidad de ejercicio), de manera que 
el músculo puede depender más de la oxidación de las grasas y 
menos del metabolismo anaerobio. Este desplazamiento hacia 
el metabolismo aerobio retrasa la fatiga muscular; el entrena­
miento aerobio solamente tiene efectos menores en las enzimas 
glucolíticas y los efectos sobre el tamaño celular secundarios a 
dicho entrenamiento también son mínimos. También pueden 
producirse pequeños cambios en la composición de la miosina- 
ATPasa, dando lugar a un fenotipo muscular más lento (for­
mación más lenta de enlaces cruzados durante la contracción) 
debido al entrenamiento aerobio. El aumento de la utilización 
de glucosa como resultado del incremento en la expresión del 
GLUT-4 y la hexocinasa también se desarrollan más en respues­
ta al entrenamiento aerobio, a diferencia del entrenamiento de 
fuerza, pero es fácil de ver cómo disminuye la glucemia en una 
persona diabética con un programa de ejercicio, considerando 
la cantidad de músculo esquelético del cuerpo. Hay que señalar 
que casi todas estas adaptaciones se producen a la inversa en
respuesta a cualquier forma de desacondicionamiento, tanto las 
debidas a la interrupción de un programa de ejercicios como por 
el reposo en cama debido a una enfermedad o una lesión. La dis­
minución de la utilización del músculo disminuye su eficiencia 
metabólica; por desgracia, este desacondicionamiento se eviden­
cia en pocos días tras el cese del ejercicio. Otros factores inducidos 
por el entrenamiento de resistencia son modificaciones en el 
gasto cardíaco, aumento de la densidad capilar e incrementos en 
las reservas de glucógeno. Un aspecto de vital importancia para 
la salud y la medicina es la continuidad con la que se producen 
estas adaptaciones, y el hecho de que cambios pequeños pueden 
influir en numerosas enfermedades crónicas, como la diabetes, 
la ateroesclerosis y la caquexia neoplásica. Además, como los 
cambios ocurren en relación con la situación original del mús­
culo, las personas sedentarias y de edad avanzada verán res­
puestas en la bioquímica muscular comparables a las observadas 
en las personas más jóvenes. De este modo, independientemente 
de la edad, los individuos sedentarios que inician un programa 
de ejercicio, aunque sea moderado, es probable que aprecien 
adaptaciones bioquímicas sustanciales y beneficios para la salud. 
Están en marcha varios estudios en estos campos para intentar 
comprender la genética molecular y las vías de señalización que 
dan pie a estas respuestas y para comprender cómo podrían mo­
dificarse después de una enfermedad o una lesión.
RESUMEN
■ El músculo es el principal consumidor de combustibles 
y de ATP del cuerpo. La glucogenólisis, la glucemia,
la glucólisis y el metabolismo lipídico son esenciales para
que la actividad muscular sea óptima. La dependencia 
de estas vías productoras de energía varía con el tipo 
de músculo y su actividad contráctil previa.
■ Los músculos esquelético, cardíaco y liso tienen
un complejo contráctil de actomiosina común, pero 
difierenen la inervación, la disposición de las proteínas
APRENDIZAJE ACTIVO
1. Cuando se asusta a los pollos, pían mucho, pueden dar grandes 
saltos y volar distancias cortas, pero son incapaces de alzar el 
vuelo y volar distancias largas, ya sea normalmente o para es­
capar del peligro. Por el contrario, los gansos tienen la capacidad 
de volar grandes distancias, por ejemplo durante las migraciones 
semestrales. Comparar los tipos de fibras musculares y las fuentes 
energéticas de la pechuga de los pollos y de los gansos y explicar 
cómo las diferencias en el tipo de fibras son compatibles con la 
capacidad de volar de estas aves.
2. Exponer el impacto de la deficiencia de glucógeno fosforilasa 
muscular (enfermedad de McArdle) y de la deficiencia de carnitina
o de carnitina palmitoil transferasa-l en el rendimiento muscular 
durante el ejercicio de corta y larga duración.
3. Revisar las ventajas de la autotransfusión, las sobrecargas de hi­
dratos de carbono y el suplemento de creatina para potenciar el 
rendimiento muscular durante una maratón.
contráctiles, la regulación de la contracción por el calcio 
y la propagación de la despolarización de célula 
a célula.
El sarcómero es la unidad fundamental de contracción 
del músculo estriado y está definido por las líneas Z 
y el solapamiento de los filamentos gruesos y finos.
La contracción se describe por un modelo de 
«deslizamiento de filamentos», en el cual la hidrólisis 
del ATP es catalizada por una entrada de Ca2+ 
hacia el sarcoplasma y está acoplada a cambios 
en la estructura de la miosina. La relajación de la 
conformación de alta energía de la miosina durante 
la interacción con la actina produce un «golpe 
de potencia», que desencadena un incremento del 
solapamiento de los filamentos de actina-miosina 
y un acortamiento del sarcómero.
El ATP producido en el músculo impulsa el mantenimiento 
de los gradientes iónicos, el restablecimiento de los valores 
intracelulares de calcio y el proceso contráctil.
El músculo glucolítico rápido depende en gran medida 
del glucógeno y de la glucólisis anaerobia para los 
despliegues de actividad muscular breves y de alta 
intensidad.
El músculo oxidativo lento es un tejido aerobio; 
en reposo, utiliza las grasas como fuente de energía 
principal. Durante las fases iniciales del ejercicio, 
depende de la glucogenólisis y de la glucólisis, pero 
posteriormente pasa a depender del metabolismo 
de las grasas para producir energía a largo plazo. Desde 
el músculo se liberan enzimas y proteínas en respuesta 
a una agresión.
Las mediciones de la actividad de la CK-M B plasmática 
y de la concentración de troponina se utilizan como 
biomarcadores de lesión del músculo cardíaco y se utilizan 
normalmente en el diagnóstico y el tratamiento del infarto 
de miocardio.
El ejercicio es una buena medicina; aumenta la sensibilidad 
a la insulina y el consumo de glucosa, y facilita el 
mantenimiento de la masa muscular y de su función 
durante el envejecimiento.