ii. sistema muscular

II. SISTEMA MUSCULAR

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/37/htm/sec_6.htm[24/01/2016 01:36:43 p.m.]

I I . S I S T E M A M U S C U L A R

UNA propiedad muy general de la materia viviente es la habilidad para alterar sutamao o medida por contraccin o expansin de una zona determinada del organismo.En el cuerpo humano existen grupos de clulas especializadas en contraerse o relajarsesin que tenga que cambiar su posicin ni su forma; ciertos grupos celulares se contraeny se relajan bombeando lquidos, como es el caso del corazn; otros fuerzan la comidaa travs del tracto digestivo; etc.; los agregados de estas clulas especializadas sellaman tejidos musculares o simplemente msculos. Un grupo de ellos tiene asignadocomo trabajo el llevar a cabo la locomocin.

Los msculos son transductores (es decir, traductores) que convierten la energaqumica en energa elctrica, energa trmica y/o energa mecnica til. Aparecen endiferentes formas y tamaos, difieren en las fuerzas que pueden ejercer y en lavelocidad de su accin; adems, sus propiedades cambian con la edad de la persona,su medio ambiente y la actividad que desarrolla. Desde el punto de vista anatmico sepueden clasificar de muchas maneras, dependiendo de su funcin, innervacin,localizacin en el cuerpo, etc. Quiz la clasificacin histolgica es la ms sencilla yclara, y distingue dos clases de msculos: lisos y estriados. Los estriados, vistos almicroscopio, parecen alternar bandas oscuras y claras distribuidas en forma regular; lasfibras son largas. Los lisos consisten de fibras cortas que no presentan estras.

El estudio de los msculos desde el punto de vista fsico abarca muchos campos. Aqutrataremos el problema de la locomocin, que corresponde a los msculos estriados,los cuales tienen, en los extremos, sus fibras atadas por tendones que los unen a loshuesos, por lo que se conocen como msculos del esqueleto.

Hablar de locomocin es hablar de movimiento, es decir, de mecnica. Lo primero queharemos ser distinguir entre un cuerpo en movimiento y otro inmvil. Un cuerpoinmvil no cambia de lugar al tanscurrir el tiempo, mientras que uno en movimiento slo hace. Podemos pensar que un cuerpo inmvil est en equilibrio, pero qu es elequilibrio? Cuando hablamos de equilibrio en fsica, lo que estamos diciendo es que nohay fuerza neta actuando sobre el cuerpo, lo que implica que puede estar enmovimiento y su velocidad ser constante; si la velocidad es cero, el cuerpo estarinmvil.

La fuerza neta es cero cuando la suma de las fuerzas que actan sobre el cuerpo escero, lo que se representa como: . F representa a cada una de las fuerzas queactun sobre el cuerpo y tiene carcter vectorial, es decir, posee magnitud, direccin ysentido; en estas tres particularidades deben sumarse las fuerzas.

Para saber si un cuerpo est o no en equilibrio, podemos hacer una representacingrfica de las fuerzas que actan sobre l; por ejemplo, consideremos que las fuerzasque estn actuando sobre el cuerpo estn dadas por: F1, F2, F3 y F4 como se muestraen la figura 4, donde el tamao de cada una es proporcional a su longitud, la direcciny el sentido estn representados por la punta de la flecha. Para sumarlas grficamentelas dibujamos de manera consecutiva, de modo que se forma un polgono; si ste escerrado, entonces la suma de las fuerzas es cero y el cuerpo est en equilibrio; si elpolgono no es una figura cerrada, habr una fuerza neta actuando sobre el cuerpo.

Hay un caso que debe ser considerado: si las fuerzas que actan sobre el cuerpo tienenla misma magnitud y direccin pero sentidos contrarios, la suma vectorial es cero; sinembargo, el cuerpo estar en equilibrio slo si estn aplicadas sobre la misma lnea, deotra forma se produce un giro en el cuerpo. Si esto ocurre, decimos que la fuerza (cada



una) produce una torca t en el cuerpo dada por: t = F.r.sen q, donde F es la magnitudde la fuerza, r la distancia del centro de giro del cuerpo al punto de aplicacin de lafuerza y q es el ngulo que forman r y F.

Figura 4. (a) Cuatro vectores de fuerza actuando sobre un objeto, cuya suma por el mtodogrfico resulta ser diferente del cero, provocan que el cuerpo no est en equilibrio. (b) Cuatrovectores actuando sobre un cuerpo, cuya suma es cero, provocan que el cuerpo est en equilibrio.

Por lo anterior, para garantizar que el cuerpo est en equilibrio, se deben cumplirsimultneamente dos condiciones: que la suma de las fuerzas actuando sobre l seacero y que la suma de las torcas sea cero, es decir: y . Lo primerogarantiza que no hay movimiento de translacin, y lo segundo que no hay giro orotacin.

Una aplicacin de lo anterior, en medicina, es la inmovilizacin de huesos rotos, o ensistemas de traccin como el de Russell, que se aplica en caso de fractura de fmur.



Figura 5. Fuerzas producidas en el antebrazo al sostener un peso P.

Otra aplicacin de las condiciones de equilibrio se da en clculo de la fuerza ejercidapor los msculos, como el bceps mostrado en la figura 5, donde se conoce el peso delantebrazo A=1.5 kgf y el peso que sostiene W=5 kgf. Aplicando la condicin deequilibrio: y considerando que el centro de giro sera la articulacin del codo, setiene:

W (37.5) + A (15) - B (5) = 0

187.5 + 22.5 = 5B

B = 42 Kgf

por lo que: B = 42 Kgf

que es la fuerza ejercida por el bceps. Es frecuente que los msculos ejerzan fuerzasmucho mayores que las cargas que sostienen.

Otro concepto importante, si queremos describir el movimiento del cuerpo, es el decentro de gravedad. ste coincide con el centro geomtrico si el cuerpo esperfectamente simtrico y su masa est uniformemente distribuida; en estos casos esfcil calcularlo. De otra forma, lo ms fcil es localizarlo experimentalmente, para locual basta suspender el cuerpo de tantos puntos como dimensiones tenga, y trazar unalnea vertical cada vez; en el punto donde se intersectan estas lneas se encuentra elcentro de gravedad.

El concepto de centro de gravedad es til en terapia fsica ya que un cuerpo apoyadosobre su centro de gravedad se encuentra en equilibrio y no cambia su posicin amenos que acte una fuerza sobre l. Una persona que est de pie tiene su centro degravedad en la regin plvica, pero si se dobla hacia delante la localizacin del centro



de gravedad variar, haciendo que la persona gire.

Cuando una persona carga un cuerpo pesado, tiende a moverse en el sentido opuestoal que se encuentra el objeto, para equilibrar el centro de gravedad de los dos juntos:as evita caer.

Cuando varias fuerzas actan sobre el cuerpo, una forma de simplificar el problema desu movimiento es considerar que todas se aplican en un solo punto, el centro de masadel cuerpo, que puede estar localizado dentro o fuera de ste. El centro de masa es unpunto donde tericamente se concentra toda la masa del cuerpo y est localizado en unpunto espacial que nos permite describir el movimiento del cuerpo; por ejemplo, unallanta de coche que rodamos sobre una lnea recta: su centro de masa estara ubicadoen el centro, a pesar de no haber masa ah; dicho punto se mueve en lnea rectapermitindonos describir el movimiento de la llanta del modo ms simple posible.

En fsica consideramos tres casos de equilibrio: estable, inestable e indiferente. Elestable es aqul que tiene un cuerpo que al moverse tiende siempre a regresar a suposicin original, como sera el caso del pndulo de un reloj: siempre tiende a volver ala posicin vertical. El inestable corresponde a aquellos cuerpos que al moverse fuerade su posicin de equilibrio no regresan a ella; un ejemplo sera el de un plato sobre unlpiz (malabarismo). El equilibrio indiferente es el de aquellos cuerpos que se muevende su posicin de equilibrio y regresan a la condicin de equilibrio en cualquier otraposicin, por ejemplo, un hombre que camina, cada vez que se detiene est enequilibrio. El equilibrio es importante para todos los seres vivos, est relacionado con laestabilidad y, en el caso del ser humano, el problema se complica ms de lo que puedesuponerse porque no se refiere nicamente a la estabilidad fsica sino tambin a laestabilidad emocional, acarreando graves consecuencias que generalmente abarcantodo el medio ambiente de la persona, con las consecuencias que esto acarrea.

Cuando un msculo es estimulado, se contrae. Si el msculo se mantiene con longitudconstante desarrolla una fuerza, mientras que si mueve un peso se contrae y hacetrabajo. Las dos situaciones ms simples para estudiar son a) longitud constante(isomtrica) y b) fuerza constante (isotnica).

Si el msculo es estimulado por medio de corrientes elctricas, impulsos mecnicos,calor, fro, etc., ocurre una serie de contracciones, separadas por relajamientos entrecada estmulo. Si los estmulos se repiten antes de que ocurra la relajacin, lacontraccin se mantiene estacionaria; esto se conoce como ttano. Eventualmentetodos los msculos sufren de fatiga y su contraccin falla cuando haya un estmulopresente.

Es necesario decir que slo las contracciones isotnicas realizan trabajo. Los msculosestriados en general pueden desarrollar grandes fuerzas para una carga dada, como lovimos anteriormente, en particular los msculos esquelticos desarrollan fuerzasmayores que las cargas que soportan; sin embargo, las cargas pueden moverse muchoms de lo que se contrae el msculo.

Cuando un msculo est trabajando produce cierta cantidad de calor debida a laconversin de energa qumica en trabajo mecnico. Experimentalmente esto se mide atravs del aumento en la temperatura del cuerpo. Por lo anterior, una persona quetiene una gran energa puede desarrollar una gran cantidad de trabajo; para tener unagran energa se debe comer bien, ya que la energa qumica almacenada en losalimentos puede ser completamente transferida al organismo.

La energa de un cuerpo es la capacidad que tiene para desarrollar un trabajo. Desde elpunto de vista de la fsica, existen varias formas de energa: mecnica, qumica,elctrica, magntica, etc.; sin embargo, pueden transformarse de una a otra en unsistema como el del organismo humano, por ejemplo. En un sistema aislado (aqul que



no tiene interaccin con sus alrededores), la energa se transforma sin que existaninguna prdida o ganancia en la cantidad total inicial; es por ello que se dice que laenerga se conserva. ste es, quiz, el principio ms importante de la fsica.

Cuando se aplica una fuerza F a un cuerpo de modo que lo desplace una distancia S, sedice que la fuerza ha desarrollado un trabajo dado por: donde q es elngulo que hace la fuerza F con la lnea de desplazamiento del cuerpo. Si el cuerpo semueve en la misma lnea en la que se aplica la fuerza, se tiene que el trabajo totalrealizado es: medido en N.m (Newtons por metro) o J (Joules).

Si a un cuerpo, inicialmente en reposo, se le aplica una fuerza constante, es decir unaaceleracin constante, ya que la fuerza est dada por el producto de la masa del cuerpopor la aceleracin que se le imprime: F = m.a; al transcurrir un tiempo t habrrecorrido una distancia

dada por de modo que el trabajo estar dado por:

ya que la velocidad se encuentra como v = a.t. A esta cantidad se le conoce comoenerga cintica del cuerpo, la cual claramente es igual al trabajo desarrollado por l.

La cantidad de trabajo desarrollado por los msculos y las piernas

de un corredor est dado por: donde F es la fuerza muscular, S ladistancia recorrida en cada zancada del corredor y m la masa de la pierna. De medidashechas se sabe que la fuerza es proporcional al cuadrado de la longitud de la pierna,L, la distancia es proporcional a L y la masa es proporcional a L de modo que:

este es un resultado interesante ya que nos dice que la velocidad que puede desarrollarun corredor es independiente de su tamao.

Al caer de una altura h, un cuerpo est sujeto a la accin de la gravedad y adquiere

una velocidad que depende de la constante gravitacional , al sustituirla en laecuacin para la energa cintica se tiene:

que es la energa que tena almacenada el cuerpo a la altura h, antes de iniciar sucada, y se la conoce como energa potencial del cuerpo.

Muchos de los msculos y huesos del cuerpo actan como palancas, las cuales seclasifican en tres clases. Las palancas de la primera clase son aquellas en las que elpunto de apoyo se encuentra entre el punto de aplicacin de la fuerza (en este caso dela fuerza muscular) y el punto de aplicacin del peso que se quiere mover; esta clase



de palancas son las que menos se presentan en la realidad. Las de segunda clase sonaquellas en las que el peso se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza muscular;mientras que en las de tercera clase, que son las ms frecuentes, el punto deaplicacin de la fuerza muscular se encuentra entre los puntos de aplicacin del peso ydel apoyo (esto se ilustra en la Figura 6).

Es frecuente que despus de cargar un objeto pesado, se sufra de dolor en la partebaja de la espalda, en la regin lumbar, lo que se debe a la mala posicin que seadopta para levantar el peso. Se han hecho medidas de la presin en los discos queseparan las vrtebras usando un transductor calibrado conectado a una aguja huecaque se inserta en el centro gelatinoso de un disco intervertebral para un adulto quecarga un peso adoptando diferentes posiciones: la posicin erecta que adopta lapersona sin carga extra provoca una presin en el disco lumbar de aproximadamente 5atmsferas; si la carga es de aproximadamente 20 kg, distribuida en igual forma encada mano a los lados del cuerpo, la presin alcanza las 7 atmsferas una vez que lapersona est erecta. Al momento de levantar la carga, si la persona dobla las rodillas,la presin alcanzar 12 atmsferas, mientras que si no las dobla puede llegar hasta 35atmsferas (1 atm es la presin ejercida por la atmsfera terrestre al nivel del mar),por lo que es conveniente doblar las rodillas cada vez que se cargue un peso.

Figura 6. Las tres clases de palancas que se producen en el cuerpo humano. W es una fuerza quepuede ser el peso, M es la fuerza muscular y F la fuerza de reaccin.



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