Determinantes Estructurales del Engranaje del Músculo Durante Contracciones Dinámicas

En el músculo esquelético, las interacciones entre los elementos contractiles y de tejido conectivo en múltiples escalas resultan en propiedades emergentes que determinan el rendimiento mecánico. Uno de estos fenómenos es el engranaje arquitectónico, que se cuantifica como la relación entre la velocidad del músculo y la velocidad de las fibras musculares. Muchos músculos penados operan con una relación de engranaje mayor que uno porque los músculos se acortan a través de una combinación de acortamiento de las fibras musculares y rotación de las fibras. Dentro de un músculo, el engranaje es variable a través de las contracciones. Durante contracciones de baja fuerza, los músculos operan en engranaje alto, mientras que los músculos operan en engranaje bajo durante contracciones de alta fuerza. Este engranaje variable tiene un impacto significativo en el rendimiento muscular, ya que los cambios arquitectónicos del músculo favorecen la velocidad del músculo durante contracciones rápidas y la fuerza muscular durante contracciones lentas y de alta fuerza. Hipotetizamos que el engranaje en cualquier contracción dada está determinado por la interacción dinámica de las fuerzas generadas por las fibras, la transmisión de fuerzas a través de fluidos y el comportamiento elástico de los tejidos conectivos intramusculares. Dado que el músculo es isovolumétrico, las fibras musculares deben abultarse radialmente cuando se acortan. El abultamiento radial y las fuerzas generadas por las fibras fuera del eje de la línea de acción del músculo ejercen fuerzas que cargan los tejidos conectivos que envuelven las fibras, los fascículos y todo el músculo. La forma en que las presiones de fluidos y las fuerzas de las fibras interactúan para cargar los tejidos conectivos en tres dimensiones sigue siendo poco comprendida debido a la naturaleza compleja y multiescala de estas interacciones. Aquí revisamos la evidencia del engranaje variable en músculos penados, presentamos un modelo conceptual que describe las interacciones fundamentales que determinan el engranaje y discutimos dónde quedan lagunas en nuestra comprensión de los determinantes y consecuencias del cambio de forma muscular y el engranaje variable.