Contracción del Músculo Liso

Localización, Funciones y Patrones de Contracción del Músculo Liso

Características generales del músculo liso

• Músculo no estriado (i.e., sin estrías en el microscopio)
• Músculos involuntarios que generalmente controlan los órganos internos y los vasos
• Inervado por el sistema nervioso autónomo (SNA)

Localizaciones

El músculo liso se encuentra principalmente en las paredes de estructuras huecas y algunos órganos viscerales, que incluyen:

• Vasos sanguíneos
• Tracto gastrointestinal:
  • Esófago
  • Estómago
  • Intestino delgado y grueso
  • Recto
  • Esfínteres
• Tracto respiratorio:
  • Tráquea
  • Bronquios y bronquiolos
• Aparato reproductor femenino:
  • Útero
  • Trompas de Falopio
  • Vagina
• Tracto urinario:
  • Uréteres
  • Vejiga urinaria
  • Uretra
• Iris del ojo
• Músculos piloerectores en los folículos pilosos

Funciones

• Controlar el diámetro de estructuras huecas o aberturas (e.g., vasos sanguíneos, vías respiratorias, esfínteres, pupilas)
• Provocar movimiento a través de estructuras huecas (e.g., tracto gastrointestinal, trompas de Falopio)
• Expulsión (e.g., orina de la vejiga, feto del útero)

Patrones de contracción, relajación y estados de reposo

Según la función, el músculo liso de diferentes tejidos estará en diferentes estados de contracción en reposo.

• Normalmente contraído:
  • Músculos que normalmente están contraídos y se relajan cuando se estimulan
  • Ejemplo: esfínteres
• Normalmente relajado:
  • Músculos que normalmente están relajados y se contraen cuando son estimulados
  • Ejemplos: vejiga, útero
• Normalmente parcialmente contraído (músculo con tono de reposo):
  • Músculos que se encuentran en estados de contracción parcial, con la capacidad de contraerse o relajarse más dependiendo del estímulo
  • Ejemplos: vasos sanguíneos, vías respiratorias
• Músculos normalmente activos:
  • Músculos en movimiento bastante constante
  • Ejemplo: músculos lisos en el tracto gastrointestinal

Tipos de Músculo Liso

Hay 2 tipos principales de tejido muscular liso: tipos de una sola unidad y de unidades múltiples.

Tipo de unidad individual

Los músculos lisos de tipo una sola unidad también se denominan unidades fásicas:

• Los miocitos están eléctricamente acoplados entre sí a través de uniones comunicantes:
  • Transmite impulsos a los miocitos adyacentes → produce un sincitio funcional (un gran número de células que se contraen como una sola unidad)
  • Permite una contracción lenta y ondulatoria
• Se encuentra en los vasos sanguíneos y en la mayoría de los órganos viscerales, incluidos los del tracto digestivo, respiratorio, urinario y reproductivo
• Más común que el tipo de unidades múltiples
• A menudo forma múltiples capas (e.g., capas circulares y longitudinales en el tracto gastrointestinal)

Tipo de unidad múltiple

Los músculos lisos del tipo de unidades múltiples también se denominan unidades tónicas:

• Las células individuales están separadas por una membrana basal.
• Faltan uniones comunicantes
• Cada célula está inervada por su propia fibra nerviosa → las células se contraen independientemente unas de otras
• Encontrado en:
  • Arterias más grandes y conductos pulmonares
  • Músculos piloerectores de los folículos pilosos
  • Iris del ojo

Estimulación de las Células Musculares Lisas

Posibles estímulos

En el músculo esquelético, el estímulo para que una fibra muscular se contraiga siempre proviene de una neurona motora. Sin embargo, el músculo liso puede estimularse de diversas formas.

• Estimulación a través del SNA
  • Acetilcolina
  • Norepinefrina
• Acoplamiento con otras células musculares lisas a través de uniones comunicantes
• Capacidad intrínseca de marcapasos: ciertas células en el tracto gastrointestinal
• Hormonas:
  • Epinefrina/norepinefrina circulante (liberada por la médula suprarrenal)
  • Oxitocina
  • Histamina
• Factores metabólicos:
  • Niveles de CO2
  • Niveles de O₂
  • Niveles de pH
• Estiramiento mecánico

Uniones difusas

Para el músculo liso que se estimula a través del SNA, los neurotransmisores se liberan de los nervios en las uniones difusas (en lugar de en una unión neuromuscular que se encuentra en el músculo esquelético).

• Varicosidades: abultamientos en forma de cuentas a lo largo de la fibra nerviosa autónoma que contienen vesículas sinápticas con neurotransmisores
• Las fibras nerviosas pasan y corren entre múltiples miocitos diferentes.
• Los neurotransmisores se liberan de las várices → estimulan los receptores, que se encuentran en toda la superficie de la célula muscular
• Unión difusa:
  • Describe la unión entre una varicosidad y los receptores en la superficie de la célula del músculo liso
  • Una sola fibra nerviosa puede tener múltiples uniones difusas diferentes, con múltiples células musculares lisas diferentes

Acoplamiento Excitación–Contracción en el Músculo Liso

Al igual que el músculo esquelético, el músculo liso requiere una entrada de Ca²⁺ en el sarcoplasma para iniciar una contracción. El músculo liso, sin embargo, utiliza diferentes procesos para lograr esta afluencia de Ca²⁺: liberación de Ca inducida por Ca y liberación de Ca mediada por ligando.

Liberación de calcio inducida por calcio

Canales involucrados:

• Canales de liberación de Ca inducida por Ca:
  • Localizados en el retículo sarcoplásmico con la célula muscular
  • Cuando están abiertos, los canales de liberación de Ca inducida por Ca permiten la salida de Ca²⁺ desde el retículo sarcoplásmico hacia el sarcoplasma.
  • Estimulados para abrirse por Ca²⁺ (en el lado del sarcoplasma)
• Canales de Ca tipo L:
  • Canales de Ca ligados a la membrana y dependientes de voltaje
  • Localizados en pequeñas invaginaciones en el sarcolema denominadas caveolas
  • Localizados muy cerca de los canales de liberación de Ca inducida por Ca en el retículo sarcoplásmico

Proceso de liberación de Ca inducida por Ca:

• Un estímulo cambia el potencial de membrana del sarcolema.
• Esto abre los canales de Ca tipo L.
• Pequeñas cantidades de Ca²⁺ entran en la célula.
• Este Ca²⁺ activa los canales de liberación de Ca inducida por Ca en el retículo sarcoplásmico para que se abran.
• Hay una gran salida de Ca²⁺ del retículo sarcoplásmico.
• El Ca²⁺ provoca la unión de actina–miosina.

Liberación de calcio mediada por ligando

• Un estímulo activa una proteína unida a la membrana.
• La proteína unida a la membrana genera un 2do mensajero intracelular.
• El 2do mensajero estimula un canal activado por ligando en el retículo sarcoplásmico para abrir → salida de Ca²⁺
• Ejemplo común:
  • El estímulo activa un receptor acoplado a proteína G
  • El receptor acoplado a proteína G activa la fosfolipasa C.
  • La fosfolipasa C escinde el fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato para producir:
    • Trifosfato de inositol: funciona como 2do mensajero en este caso
    • Diacilglicerol
  • El trifosfato de inositol se une a un canal activado por trifosfato de inositol en el retículo sarcoplásmico → el canal se abre, lo que permite la salida de Ca²⁺

Cómo el Ca intracelular conduce a la interacción actina–miosina en el músculo liso

El músculo estriado se regula mediante cambios en las proteínas reguladoras de actina, mientras que el músculo liso se regula mediante la fosforilación de la miosina.

• En el músculo esquelético:
  • El complejo troponina–tropomiosina cubre los sitios de unión de la miosina en la actina, evitando la interacción actina–miosina.
  • El Ca provoca un cambio conformacional en el complejo troponina–tropomiosina.
  • Este cambio conformacional revela los sitios de unión de la miosina en la actina → la actina y la miosina pueden interactuar
  • Un adenosin trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés) se une a la cabeza de miosina y puede comenzar el ciclo del puente cruzado (lo que conduce a la contracción muscular).
• En el músculo liso:
  • El Ca²⁺ intracelular en el sarcoplasma se une a la calmodulina.
  • La calmodulina es una enzima que activa la quinasa de cadena ligera de miosina.
  • La quinasa de cadena ligera de miosina transfiere un fosfato del ATP a la miosina.
  • La miosina fosforilada activa la miosina ATPasa dentro de la miosina.
  • La miosina ahora puede interactuar con la actina.
  • Un ATP adicional se une a la cabeza de miosina y puede comenzar el ciclo del puente cruzado (lo que lleva a la contracción muscular).
• Miosina fosfatasa:
  • Inhibe la miosina al separar el fosfato requerido para la activación de la miosina en el músculo liso
  • Los inhibidores de la miosina fosfatasa ayudan a activar la miosina (porque el inhibidor está inhibido) e incluyen:
    • Proteína quinasa C
    • Rho-quinasa
• Contracciones graduadas basadas en la cantidad de Ca sarcoplásmico:
  • Más Ca = contracciones más fuertes
  • Menos Ca = contracciones más débiles

Contracción y Relajación del Tejido Muscular Liso

Disposición de actina y miosina en el músculo liso

A diferencia del músculo esquelético, la actina y la miosina no están dispuestas en sarcómeros en el músculo liso. En el músculo liso:

• La actina está unida a masas de proteínas llamadas cuerpos densos, que están:
  • Unidos a (y técnicamente parte de) el citoesqueleto
  • Dispersos por todo el sarcoplasma y en la cara interna del sarcolema (membrana de la célula muscular)
  • Conectados entre sí a través de filamentos intermedios
• No hay líneas Z que conecten la actina
• La miosina se encuentra entre la actina.
• La miosina tira de la actina → la actina tira de los cuerpos densos → los cuerpos densos se acercan unos a otros → la célula muscular entera se encoge = contracción

Ciclo de puente cruzado en el músculo liso

También conocida como la teoría del filamento deslizante de la contracción muscular, el ciclo de puente cruzado es el proceso por el cual la miosina y la actina se mueven entre sí, acortando la célula muscular y provocando la contracción muscular. En el músculo liso, la miosina debe ser fosforilada por la quinasa de cadena ligera de miosina para que comience el ciclo del puente cruzado.

Proceso:

• El ATP se une a la cabeza de miosina.
• La miosina ATPasa hidroliza el ATP → adenosin difosfato (ADP, por sus siglas en inglés):
  • Mueve la cabeza de miosina a una posición de alta energía “amartillada”
  • Este movimiento se conoce como golpe de recuperación.
• La cabeza de miosina amartillada se une a un sitio de unión de miosina en la actina, formando un puente cruzado
• Golpe de potencia:
  • La miosina libera ADP y fosfato.
  • La cabeza de miosina expulsa la energía → vuelve a la posición flexionada, tirando del delgado filamento con ella
  • Dado que muchas cabezas de miosina están unidas simultáneamente, la actina permanece en su nueva posición en lugar de “retroceder” a su posición original.
• La miosina se une a un nuevo ATP, lo que hace que se libere de la actina.
• El ciclo vuelve a empezar.

Relajación

La relajación ocurre cuando el Ca²⁺ es removido del sarcoplasma.

• El Ca²⁺ es removido del sarcoplasma a través de 2 mecanismos:
  • Movilización del Ca²⁺ fuera de la célula a través de proteínas de superficie:
    • Ca²⁺ ATPasa
    • Intercambiador Na⁺–Ca2⁺
  • Secuestro de Ca²⁺ en el retículo sarcoplásmico a través de bombas de Ca-ATPasa de retículo endo/sarcoplásmico
• Sin Ca²⁺, la miosina es desfosforilada por la miosina fosfatasa → la miosina inactiva ya no puede ejecutar golpes de potencia

Estado del puente de pestillo

• Un estado en el que la miosina se desfosforila (ya no puede hacer ciclo de puente cruzado) pero permanece unida a la actina = mantiene algo de tensión
• Permite que el músculo mantenga el tono sin gastar mucha energía
• Ejemplo: en esfínteres, que mantienen la contracción como su estado de “reposo”

Respuesta al estiramiento

El estiramiento puede desencadenar una contracción o una respuesta de tensión-relajación en algunos tejidos del músculo liso.

• Estiramiento que conduce a la contracción:
  • Algunos tejidos contienen canales de Ca²⁺ activados mecánicamente en el sarcolema
  • Esto da como resultado un ↑ en Ca²⁺ intracelular con estiramiento → conduce a la contracción
  • Ejemplos: estiramiento en el esófago o el colon desencadena contracciones peristálticas
• Respuesta estrés-relajación:
  • Algunos tejidos se contraerán y resistirán el estiramiento brevemente antes de relajarse en respuesta al estiramiento.
  • Ejemplo: vejiga urinaria

Diferencias entre la Contracción del Músculo Liso y del Músculo Esquelético