Arquitectura muscular

La arquitectura muscular es la disposición física de las fibras musculares a nivel macroscópico que determina la función mecánica de un músculo . Existen varios tipos de arquitectura muscular, entre ellos: paralela, pennada e hidrostática. La producción de fuerza y ​​la transmisión varían según diferentes parámetros musculares, como la longitud del músculo, la longitud de la fibra, el ángulo de penación y el área de sección transversal fisiológica (PCSA). ^{[ 1 ]}

Las fibras paralelas y pennadas (también conocidas como pinnadas) son dos tipos principales de arquitectura muscular. También se puede considerar una tercera subcategoría: los hidrostáticos musculares . El tipo de arquitectura está determinado por la dirección en la que las fibras musculares se orientan con respecto al eje generador de fuerza . La fuerza producida por un músculo dado es proporcional al área de la sección transversal, o al número de sarcómeros paralelos presentes. ^{[ 2 ]}

Pennado

A diferencia de los músculos paralelos, las fibras de los músculos pennados están en ángulo con respecto al eje generador de fuerza (ángulo de penación) y generalmente se insertan en un tendón central. ^{[ 3 ] [ 8 ]} Debido a esta estructura, se pueden encontrar menos sarcómeros en serie, lo que resulta en una longitud de fibra más corta. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Esto también permite que haya más fibras presentes en un músculo dado; sin embargo, existe una compensación entre el número de fibras presentes y la transmisión de fuerza. ^{[ 3 ] [ 8 ]} La fuerza producida por los músculos pennados es mayor que la fuerza producida por los músculos paralelos. ^{[ 3 ]} Dado que las fibras pennadas se insertan en ángulo, el área de sección transversal anatómica no se puede utilizar como en los músculos de fibras paralelas. En cambio, se debe utilizar el área de sección transversal fisiológica (PCSA) para los músculos pennados. Los músculos pennados se pueden dividir además en uni-, bi- o multipennados.

Unipennado

Los músculos unipenniformes son aquellos en los que las fibras musculares están orientadas en un ángulo de fibra con respecto al eje generador de fuerza y ​​se encuentran todas en el mismo lado de un tendón. ^{[ 1 ]} El ángulo de penación en los músculos unipenniformes se ha medido a diversas longitudes de reposo y suele variar de 0° a 30°. ^{[ 1 ]} El gastrocnemio lateral es un ejemplo de esta arquitectura muscular.

Bipennado

Los músculos que tienen fibras a ambos lados de un tendón se consideran bipenniformes. ^{[ 1 ]} El músculo estapedio del oído medio humano, así como el recto femoral del cuádriceps, son ejemplos de músculos bipenniformes.

Multipennado

El tercer tipo de subgrupo pennado se conoce como arquitectura multipennada. Estos músculos, como el deltoides en el hombro humano, tienen fibras orientadas en múltiples ángulos a lo largo del eje generador de fuerza. ^{[ 1 ]}

La arquitectura muscular influye directamente en la producción de fuerza a través del volumen muscular, la longitud de las fibras, el tipo de fibra y el ángulo de penación.

El volumen muscular está determinado por el área de sección transversal. El área de sección transversal anatómica es

${\displaystyle CSA={\frac {V}{l}}}$

dónde

• ${\displaystyle \textstyle V}$representa volumen
• ${\displaystyle \textstyle l}$representa la longitud

En los músculos, una medida más precisa del área de sección transversal (CSA) es el área de sección transversal fisiológica (PCSA), que tiene en cuenta el ángulo de las fibras.

${\displaystyle PCSA={\frac {m\cdot \cos \theta }{l\cdot \rho }}}$

dónde

• ${\displaystyle \textstyle m}$representa la masa muscular
• ${\displaystyle \textstyle \theta}$representa el ángulo de la fibra
• ${\displaystyle \textstyle l}$representa la longitud de la fibra
• ${\displaystyle \textstyle \rho}$representa la densidad muscular

El PCSA relaciona la fuerza producida por el músculo con la suma de las fuerzas producidas a lo largo del eje generador de fuerza de cada fibra muscular y está determinado en gran medida por el ángulo de penación. ^{[ 3 ] [ 8 ]}

La longitud de la fibra también es una variable clave en la anatomía muscular. La longitud de la fibra es el producto del número de sarcómeros en serie en la fibra y sus longitudes individuales. A medida que una fibra cambia de longitud, los sarcómeros individuales se acortan o se alargan, pero el número total no cambia (excepto en escalas de tiempo prolongadas después del ejercicio y el acondicionamiento). Para estandarizar la longitud de la fibra, esta se mide en el pico de la relación longitud-tensión (L0), asegurando que todos los sarcómeros tengan la misma longitud. La longitud de la fibra (en L0) no afecta la generación de fuerza, al igual que la resistencia de una cadena no se ve afectada por la longitud. De manera similar, un aumento en la sección transversal de la fibra o la presencia de múltiples fibras incrementan la fuerza, como si se tuvieran múltiples cadenas en paralelo. La velocidad se ve afectada de manera inversa : debido a que los sarcómeros se acortan a un cierto porcentaje por segundo bajo una determinada fuerza, las fibras con más sarcómeros tendrán velocidades absolutas (pero no relativas) más altas. ^{[ 11 ]} Los músculos con fibras cortas tendrán una PCSA mayor por unidad de masa muscular, por lo tanto, una mayor producción de fuerza, mientras que los músculos con fibras largas tendrán una PCSA menor por unidad de masa muscular, por lo tanto, una menor producción de fuerza. Sin embargo, los músculos con fibras más largas se acortarán a velocidades absolutas mayores que un músculo similar con fibras más cortas. ^{[ 2 ]} 

El tipo de fibra muscular se correlaciona con la producción de fuerza. Las fibras de tipo I son oxidativas lentas, con un aumento lento de la fuerza y ​​una producción de fuerza general baja. Las fibras de tipo I tienen un diámetro de fibra menor y presentan una contracción lenta. Las fibras de tipo IIa son oxidativas rápidas, lo que se traduce en una contracción rápida y un aumento rápido de la fuerza. Estas fibras tienen tiempos de contracción rápidos y mantienen parte de su producción de fuerza, aunque no en gran medida, con la actividad repetida debido a su moderada resistencia a la fatiga. Las fibras de tipo IIb son glucolíticas rápidas, lo que también se traduce en una contracción rápida y un aumento rápido de la fuerza. Estas fibras muestran una producción de fuerza extremadamente alta, pero se fatigan fácilmente y, por lo tanto, no pueden mantener la fuerza durante más de unas pocas contracciones sin descanso.

La relación de engranajes arquitectónicos (AGR) relaciona la velocidad de contracción de un músculo completo con la velocidad de contracción de una sola fibra muscular. La AGR está determinada por las demandas mecánicas de un músculo durante el movimiento. Los cambios en el ángulo de penación permiten una relación de engranajes variable en los músculos peniformes. ^{[ 12 ]} El ángulo de penación variable también influye en la geometría del músculo completo durante la contracción. El grado de rotación de la fibra determina el área de sección transversal durante el movimiento, lo que puede resultar en aumentos del grosor o ancho del músculo. ^{[ 12 ]} El ángulo de penación se puede modificar mediante intervenciones de ejercicio. ^{[ 13 ]}

Una relación de engranaje alta se produce cuando la velocidad de contracción de todo el músculo es mucho mayor que la de una fibra muscular individual, resultando en una relación de engranaje mayor que 1. Una relación de engranaje alta dará lugar a contracciones de baja fuerza y ​​alta velocidad de todo el músculo. El ángulo de penación aumentará durante la contracción acompañado de un aumento del grosor. El grosor se define como el área entre las aponeurosis del músculo. Una relación de engranaje baja se produce cuando la velocidad de contracción de todo el músculo y de las fibras individuales es aproximadamente la misma, resultando en una relación de engranaje de 1. Las condiciones que dan lugar a una relación de engranaje baja incluyen la contracción de alta fuerza y ​​baja velocidad de todo el músculo. El ángulo de penación normalmente muestra poca variación. El grosor del músculo disminuirá.