Muscular System Contraction of Whole Muscle

Summary

El video explora los factores que influyen en la tensión muscular, comenzando con una contracción muscular única llamada 'twitch'. Se analizan tres elementos clave: la frecuencia de estimulación, la cantidad de unidades motoras reclutadas y el grado de estiramiento muscular. También se examinan conceptos como la teoría de los filamentos deslizantes, la suma temporal, el tétanos incompleto y completo, y la fatiga muscular. Finalmente, se demuestra cómo el estiramiento óptimo de los músculos permite la máxima tensión muscular, destacando la importancia del reclutamiento y la longitud inicial del músculo en la fuerza de la contracción.

Takeaways

• 💪 Las contracciones musculares muestran variaciones en la tensión según la frecuencia de estimulación, el número de unidades motoras reclutadas y el grado de estiramiento muscular.
• ⚡ Un solo estímulo provoca una contracción llamada contracción muscular o 'twitch', que se divide en tres fases: periodo latente, periodo de contracción y periodo de relajación.
• ⏳ Durante el periodo latente, se despolarizan el sarcolema y los túbulos T, se liberan iones de calcio, pero no hay un acortamiento visible del músculo.
• 🏋️ La fase de contracción involucra el acortamiento del sarcómero debido al ciclo de puentes cruzados de miosina, influenciado por el tipo de fibra muscular (rápida o lenta).
• 🔄 El periodo de relajación ocurre cuando los iones de calcio disminuyen, lo que reduce el ciclo de puentes cruzados y la tensión muscular.
• 🌊 La suma temporal o sumación de ondas ocurre cuando se aplica un segundo estímulo antes de que el músculo se relaje completamente, lo que aumenta la tensión muscular.
• 📈 La estimulación repetida del músculo provoca varios fenómenos, como trep, sumación temporal, tétanos incompleto, tétanos completo y fatiga.
• 🧠 El reclutamiento de unidades motoras adicionales por el sistema nervioso central aumenta la fuerza de contracción en función del número de unidades reclutadas.
• ⚙️ La relación longitud-tensión determina la fuerza de contracción muscular según el grado de estiramiento: un estiramiento óptimo maximiza la formación de puentes cruzados y la tensión.
• 🫀 En el músculo cardíaco, el sobreestiramiento puede llevar a una contracción débil, contribuyendo a condiciones como la insuficiencia cardíaca congestiva.

Q & A

¿Qué es una contracción muscular en respuesta a un solo estímulo?

Una contracción muscular en respuesta a un solo estímulo de fuerza adecuada se llama contracción muscular o 'twitch' muscular.

¿Cuáles son las tres fases de una contracción muscular completa?

Las tres fases de una contracción muscular completa son: período latente, período de contracción y período de relajación.

¿Qué ocurre durante el período latente de una contracción muscular?

Durante el período latente, la sarcolema y los túbulos T se despolarizan, se liberan iones de calcio en el citosol y comienzan a ciclar los puentes cruzados, aunque no hay un acortamiento visible del músculo.

¿Cómo afecta el peso de la carga levantada a la velocidad de la fase de contracción?

La velocidad de la fase de contracción depende del peso de la carga levantada y del tipo de fibras musculares que se están contrayendo, ya sean de contracción lenta o rápida.

¿Qué es la 'sumación temporal' en el contexto de la contracción muscular?

La sumación temporal ocurre cuando un segundo estímulo es aplicado al músculo antes de que finalice el período de relajación, lo que resulta en una mayor tensión muscular.

¿Cómo influye el intervalo entre estímulos en la altura de la segunda contracción?

A medida que se reduce el intervalo entre estímulos, la altura de la segunda contracción aumenta debido a la sumación temporal y la mayor cantidad de iones de calcio disponibles.

¿Qué es el efecto escalera o 'treppe' en las contracciones musculares?

El efecto escalera ('treppe') se refiere al aumento gradual de la fuerza de contracción en las primeras contracciones, incluso cuando la relajación es completa. Se cree que es causado por el aumento de la temperatura muscular y la eficiencia de las enzimas.

¿Qué sucede durante el 'tétanos completo' en una contracción muscular?

Durante el tétanos completo, las contracciones musculares se fusionan en una contracción continua y suave sin relajación cíclica, debido a la alta disponibilidad de calcio intracelular.

¿Qué causa la fatiga muscular durante una estimulación rápida y continua?

La fatiga muscular ocurre debido a la acumulación de compuestos ácidos que afectan las proteínas, la falta relativa de ATP y los desequilibrios iónicos que resultan de la actividad de las membranas.

¿Qué factores afectan la fuerza de contracción de un músculo?

Los factores que afectan la fuerza de contracción incluyen la frecuencia de estimulación, el número y tamaño de las unidades motoras reclutadas, y el grado de estiramiento inicial del músculo.

Outlines

00:00

💪 Contracción muscular: Variaciones en la tensión

Este párrafo describe cómo un músculo puede generar diferentes niveles de tensión, como levantar objetos ligeros o pesados, como una papa frita o un paquete de soda. Se presentan los objetivos del aprendizaje: entender la relación entre la tensión muscular, la frecuencia de estimulación, el reclutamiento de unidades motoras y el grado de estiramiento muscular. También se mencionan temas clave, como la teoría del deslizamiento de los filamentos y la diferenciación entre fibras de contracción rápida y lenta, que se pueden revisar a través de enlaces interactivos. Además, se señala que, a diferencia de las células musculares individuales, un músculo completo puede mostrar variaciones en la fuerza de contracción dependiendo de estos factores.

05:09

⚡ Respuesta a un estímulo único: El Twitch Muscular

En este párrafo se introduce el concepto de 'twitch muscular', que es la respuesta de un músculo a un solo estímulo de intensidad adecuada. Se detalla cómo un twitch muscular completo se divide en tres fases: periodo latente, periodo de contracción y periodo de relajación. Durante el periodo latente, ocurre la despolarización y la liberación de iones de calcio, pero no se observa una contracción visible. El periodo de contracción involucra el acortamiento de los sarcómeros debido al ciclo de los puentes cruzados de miosina. Durante el periodo de relajación, el calcio disminuye y la tensión muscular se reduce. También se explica el fenómeno de la sumación temporal, donde la aplicación de un segundo estímulo antes de que termine la relajación puede aumentar la tensión muscular.

10:09

📈 Sumación temporal y tetania muscular

Aquí se analiza cómo la frecuencia de los estímulos afecta la contracción muscular. Se describe la sumación temporal, donde estímulos sucesivos generan una mayor tensión en el músculo. Si los estímulos son lo suficientemente rápidos, se puede alcanzar una tetania incompleta, donde las contracciones no se relajan completamente, o una tetania completa, donde las contracciones se fusionan en una contracción continua. Con una estimulación rápida y continua, el músculo puede llegar a la fatiga debido a la acumulación de compuestos ácidos y desequilibrios iónicos. Se invita al lector a explorar gráficamente cómo el músculo responde en estas fases.

15:11

🏋️‍♂️ Reclutamiento de unidades motoras

Este párrafo explora la relación entre la cantidad de unidades motoras reclutadas y la fuerza de contracción. El número y tamaño de las unidades motoras que se activan determina la fuerza generada por un músculo. En condiciones de laboratorio, se ajusta el voltaje de estimulación para activar más unidades motoras, lo que a su vez aumenta la fuerza de contracción. El párrafo invita a realizar una simulación que muestra el efecto del reclutamiento de unidades motoras al aumentar el voltaje.

📏 Relación longitud-tensión en la contracción muscular

Este último párrafo se enfoca en la relación entre el grado de estiramiento de un músculo antes de la contracción y la cantidad de tensión que puede generar, conocida como la relación longitud-tensión. Se describe cómo un músculo que comienza en una longitud óptima (posición B) genera la máxima tensión, mientras que un músculo no estirado (posición A) o sobreestirado (posición C) produce contracciones más débiles. En situaciones como la insuficiencia cardíaca congestiva, el estiramiento excesivo del músculo cardíaco puede resultar en contracciones débiles. Finalmente, se ofrece un resumen de los factores que afectan la tensión muscular: frecuencia de estimulación, número de unidades motoras reclutadas y la longitud inicial del músculo.

Keywords

💡Teoría del filamento deslizante

La teoría del filamento deslizante describe cómo se produce la contracción muscular a nivel molecular. Según esta teoría, los filamentos de actina y miosina en las fibras musculares se deslizan entre sí para acortar el sarcómero, lo que provoca la contracción del músculo. Esta teoría es fundamental para entender cómo los músculos generan fuerza y movimiento, un tema central en el video.

💡Fibras de contracción lenta

Las fibras de contracción lenta, o fibras tipo I, son un tipo de fibra muscular que se contrae de manera más lenta pero que tiene mayor resistencia a la fatiga. Son ideales para actividades de resistencia, como correr largas distancias. El video las menciona en el contexto de la relación entre la velocidad de contracción y el tipo de fibras involucradas.

💡Fibras de contracción rápida

Las fibras de contracción rápida, o fibras tipo II, se contraen rápidamente pero se fatigan con mayor facilidad. Son importantes para movimientos explosivos como el levantamiento de pesas. En el video, se explican al discutir cómo la velocidad de contracción varía según el tipo de fibra que está activada.

💡Unidad motora

Una unidad motora es un conjunto de una neurona motora y todas las fibras musculares que inerva. Es la unidad funcional básica del control del músculo, y el video lo menciona para explicar cómo la activación de diferentes números de unidades motoras afecta la fuerza de contracción.

💡Reclutamiento de unidades motoras

El reclutamiento de unidades motoras se refiere al proceso por el cual se activan más unidades motoras para generar una contracción muscular más fuerte. El video menciona cómo este reclutamiento aumenta la tensión muscular al estimular un mayor número de fibras musculares.

💡Relación longitud-tensión

La relación longitud-tensión describe cómo la longitud inicial de un músculo antes de la contracción afecta su capacidad para generar fuerza. El video explica que hay una longitud óptima en la que se produce la mayor tensión, debido a la superposición ideal de los filamentos de actina y miosina.

💡Tétanos completo

El tétanos completo ocurre cuando una serie de estímulos rápidos provoca una contracción sostenida del músculo sin relajación entre ellos. En este estado, las contracciones individuales se fusionan en una contracción continua y suave. El video lo utiliza para explicar cómo la frecuencia de estimulación puede llevar a este estado máximo de tensión.

💡Sumación temporal

La sumación temporal es el aumento de la fuerza de contracción muscular cuando se aplican estímulos repetidos antes de que el músculo tenga tiempo de relajarse completamente. Esto da lugar a contracciones más fuertes debido al aumento de calcio en el citosol. El video lo ejemplifica cuando describe cómo una segunda contracción puede sumar su efecto a la primera.

💡Fatiga muscular

La fatiga muscular ocurre cuando un músculo ya no puede mantener su nivel de tensión debido a factores como el agotamiento de ATP, la acumulación de compuestos ácidos y los desequilibrios iónicos. El video explica que tras una estimulación continua, el músculo entra en fatiga, lo que reduce su capacidad de contracción.

💡Trep

El efecto Trep, también conocido como efecto escalera, es el fenómeno por el cual las primeras contracciones de un músculo son más débiles, pero a medida que continúa la estimulación, la fuerza de contracción aumenta, incluso cuando hay relajación completa entre contracciones. El video lo menciona como una forma de aumentar la eficiencia muscular a través de la mejora enzimática y el calentamiento del músculo.

Highlights

Contractions of whole muscles show variations in the development of tension, such as lifting a potato chip versus a six-pack of soda.

The sliding filament theory explains how muscle contractions occur, involving the interaction of slow and fast twitch fibers.

A whole muscle exhibits variations in contraction force based on frequency of stimulation, motor unit recruitment, and muscle stretch.

A single muscle twitch consists of three phases: latent period, contraction period, and relaxation period.

During the latent period, calcium ions are released, and cross-bridges begin to cycle, but no visible muscle shortening occurs.

Temporal summation occurs when a second contraction is added to a previous contraction, resulting in increased muscle tension.

The staircase effect, or treppe, shows that muscle contractions can increase in strength with repeated stimulation, even with complete relaxation between contractions.

Incomplete tetanus occurs when muscle contractions show some relaxation between stimuli, while complete tetanus shows sustained, smooth contractions.

Fatigue sets in when muscles can no longer sustain tension due to a build-up of acidic compounds, lack of ATP, and ionic imbalances.

The strength of muscle contraction depends on the number and size of motor units recruited, which is controlled by motor neuron stimulation.

In the laboratory, stimulation voltage is used to recruit more motor units to increase muscle contraction strength.

The length-tension relationship describes how muscle contraction strength changes based on the starting length of the muscle.

Optimal muscle tension is achieved at a moderately stretched length, allowing for maximum cross-bridge cycling and contraction strength.

Congestive heart failure results from overstretched heart muscles, which weakens contractions.

Maximum muscle tension occurs when there is optimal overlap of thick and thin filaments, allowing for all cross-bridges to participate.

Transcripts

contractions of a whole muscles show

variations in the development of tension

for example the same muscles that can

lift a potato chip

can also lift a six-pack of soda

your goals for learning are to examine

the component parts of a single muscle

contraction to understand the

relationship between muscle tension and

frequency of stimulation motor unit

recruitment and degree of muscle stretch

here's what you need to know the sliding

filament theory of muscle contraction

the definitions of slow twitch fibers

and fast twitch fibers the definitions

of motor unit and recruitment to review

any of these three subjects click the

appropriate link button if you use a

link button you can return to the page

you started from by clicking the Return

button to see definitions of terms click

the bold red words

although single muscle cells respond to

stimulation in an all-or-none fashion a

whole muscle shows variations in the

development of tension or force of

contraction in this topic we will

examine three factors which affect

muscle tension one frequency of

stimulation to number of motor units

recruited and three degree of muscles

stretch

we will begin our study of whole muscle

contraction by looking at how a muscle

responds to a single stimulus a muscle

contraction in response to a single

stimulus of adequate strength is called

a muscle twitch click the stimulator

button to elicit a muscle twitch

you

the graph shows a tracing of the muscle

contraction the short vertical line

marks the time when the stimulus was

applied to the muscle if you would like

to see this animation again click the

stimulator button

you

a complete muscle twitch is divided into

three phases latent period contraction

period and relaxation period the actual

time periods for the three phases shown

here may vary with a specific muscle

being studied click each region of the

graph for more information

during the latent period the sarcolemma

and t-tubules depolarize calcium ions

are released into the cytosol and the

cross bridges begin to cycle but the

number of these cycling cross bridges is

not sufficient to bring about a visible

shortening of the muscle this phase

usually lasts less than five

milliseconds

during the contraction phase the

sarcomere shortened as a result of

myosin crossbridge cycling the

contraction period starts with the onset

of shortening and continues until the

peak of developing tension the speed

with which this phase occurs depends on

the weight of the load being lifted and

the type of fibers contracting slow

twitch fibers or fast twitch fibers

during the period of relaxation the

level of calcium ions in the cytosol

rapidly decreases as calcium ions are

actively transported back into the

terminal cisternae due to the decrease

in calcium crossbridge cycling decreases

and ends

thus tension is reduced allowing the

muscle to return to its original length

when a second stimulus of the same

intensity is applied to a muscle before

the completion of the relaxation period

a second contraction occurs adding its

effect to the contraction resulting from

the first stimulus this is known as

temporal summation or wave summation and

results in increased muscle tension the

stimulator has been set to give two

stimuli to this muscle click once on the

stimulator button to see the response to

a double stimulation

notice that the second peak is higher

than the first since the muscle is

already partially contracted from the

first stimulus the additional influx of

calcium ions promotes a second

contraction which is added to the first

contraction

you

now predict how the time interval

between stimuli will affect the height

of the second contraction click and drag

the slider bar to each time interval

make your prediction and then click the

stimulator button to see the effect

you

now select another time interval but

before you click the stimulator predict

how the height of the second contraction

will change

now select another time interval

you

what do you think will happen if you

wait 110 milliseconds before stimulating

a second time the height of the curve

will be the same as at 90 milliseconds

the height of the curb will be less than

the first contraction the height of the

curve will be equal to the first

contraction

now observe the following situation a

muscle is repeatedly stimulated the

interval between stimuli is gradually

decreased all stimuli are of equal

intensity or voltage the stimulator has

been set to send a series of stimuli to

the muscle

click the stimulator to see how the

muscle responds

you

the resulting graph shows several

aspects of the mechanical activity of

muscles when the frequency of

stimulation is altered the phases of

this graph include trep temporal

summation incomplete tetanus complete

tetanus and fatigue click each region of

the graph for more information

you

the first few contractions demonstrate

trap or the staircase effect look

closely to see that even though the

strength of contraction increased

relaxation was complete

this shows that temporal summation was

not responsible for this effect the

increase in tension may result from

increased muscle warming and efficiency

of enzymes click the stimulator to see

muscle activity during trip then click

another region of the graph

after the first five stimuli the

frequency was increased which caused

temporal summation notice that this

resulted in a continual increase in

tension as one contraction was added to

the previous contraction the increase in

tension may result from increased

availability of intracellular calcium

click the stimulator to see muscle

activity during temporal summation then

click another region of the graph

with increased frequency of stimulation

the muscle exhibits shorter contraction

relaxation cycles this condition is

called incomplete or unfused tetanus

note that some degree of relaxation is

visible after each contraction click the

stimulator to see muscle activity during

incomplete tetanus then click another

region of the graph

with rapid multiple stimulation the

contractions fuse into a smooth

continuous total contraction without

evidence of any cyclical relaxation the

muscle is now in a state of complete or

fused tetanus abundant intracellular

calcium provides continual availability

of binding sites on actin for

crossbridge cycling click the stimulator

to see muscle activity during complete

tetanus then click another region of the

graph

with continued rapid simulation fatigue

becomes apparent as the muscle is no

longer able to sustain its level of

tension but gradually elongates fatigue

is due to multiple factors buildup of

acidic compounds which affect protein

functioning a relative but not total

lack of ATP and ionic imbalances

resulting from membrane activities with

rest and adequate blood supply fatigue

conditions are corrected and the muscle

will again be ready to respond to

stimulation click the stimulator to see

muscle activity during fatigue then

click another region of the graph or if

you have seen all parts of the graph

click the forward arrow to proceed

we have just examined how the frequency

of stimulation affects the development

of muscle tension we will now explore

the relationship between the number of

motor units recruited and the strength

of contraction

the strength of a muscle contraction is

determined and not only by the frequency

of stimulation but also by the number

and size of motor units recruited in

vivo the number of motor units that are

recruited is determined by the number of

motor neurons that are stimulated by the

central nervous system by varying the

number and size of recruited motor units

the nervous system can control the

degree of contraction of a particular

muscle click the button to begin a

demonstration on this concept

to see the relationship between number

of motor units recruited and strength of

contraction first click one of the black

weight bars to be lifted

next click and drag the slider bar to

recruit different numbers of motor units

then click the thigh muscles to see

their response to each level of workload

and recruitment

you

hmm

hmm

hmm

in the laboratory the number of motor

neurons being stimulated to recruit

motor units cannot be easily controlled

instead the stimulation voltage is

increased to recruit more motor units to

see a simulation of this procedure

follow this protocol first increase the

voltage by clicking once on the up arrow

next to the voltage indicator next click

the stimulator button and watch the

effect of this voltage on the muscle

read the explanation of the muscles

response repeat these steps to see the

effect of increasing voltage on muscle

contraction

at point the minimum we have now

explored habit of

element of muscle tension is affected by

both the frequency of stimulation and

the recruitment of additional motor

units next we will examine the

relationship between the degree of

muscles stretch and the strength of

contraction this third factor is also

called the length tension relationship

in addition to the frequency of

stimulation and number of motor units

recruited the strength of a muscle

contraction can also be altered by

changing the starting length of the

muscle this is called the length tension

relationship click position a B or C as

the starting length of this muscle at

position a the muscle is in an

unstretched condition in the diagram

note the overlapping thin filaments

click the stimulator the unstretched

muscle produces a relatively weak

contraction the overlapping thin

filaments from opposite ends of the

sarcomere interfere and conflict with

each other this restricts productive

cross bridge binding and less tension

develops now select position B or C

at position B the muscle is in a

moderately stretched condition note in

the diagram the position of the thin

filaments relative to the myosin cross

bridges click the stimulator to see the

amount of tension this muscle generates

at position C the muscle is

overstretched note in the diagram that

the thick and thin filaments are

overlapping only slightly

click the stimulator to see the amount

of tension this muscle generates

in muscles that are overstretched the

thin filaments are pulled almost to the

ends of the thick filaments where a

little tension can be developed this

situation rarely occurs in skeletal

muscles in vivo because of bony

attachments but is critically important

in heart muscle congestive heart failure

occurs when heart muscle is over

stretched resulting in weak contractions

now select position A or B

at position B the must maximum tension

is developed when there is optimum

overlap of thick and thin filaments as

in this moderately stretched muscle so

that all cross bridges can participate

in the contraction now select position a

or C

here's a summary of what we've covered a

single muscle twitch is composed of

latent contraction and relaxation

periods these are the factors that

affect muscle tension 1 the frequency of

stimulations increasing the frequency

provides temporal summation and

increased muscle tension - the number of

motor units recruited stimulation of

more motor units produces increased

muscle tension 3 the starting length of

the muscle optimum stretch permits

maximum binding of cross-bridges for

maximum muscle tension to test your

knowledge click the quiz button to go to

the self quiz

you