Práctica 5 — Unión neuromuscular (U-NM)

1. Fundamentos fisiológicos previos

1.1 La Unidad motora: unidad funcional del control del movimiento

• La fuerza de contracción de un músculo esquelético no es fija: varía según la tarea. El músculo íntegro no se activa "todo o nada" como una sola fibra: está organizado en unidades funcionales controlables de manera independiente.
• Número de fibras por músculo muy variable: desde unas cuantas (p. ej. tensor del tímpano/estribo del oído medio) hasta varios miles (p. ej. cuádriceps). Un potencial de acción único en una sola fibra produce una contracción débil y corta, incapaz de generar trabajo mecánico útil en un músculo grande.
• Las fibras están inervadas por motoneuronas. El axón (telodendria) de cada motoneurona se ramifica en varias terminales nerviosas, y cada terminal inerva una fibra muscular individual. La activación de una sola motoneurona provoca la contracción simultánea y sinérgica de todas las fibras que inerva.

• Las fibras de una misma unidad motora se distribuyen difusamente dentro de la masa muscular (no agrupadas en un solo sector). Al contraerse simultáneamente generan una contracción proporcional al número de fibras que inerva la unidad: a más fibras por unidad motora, más fuerza.

Tamaño de la unidad motora y precisión del movimiento

Mecanismos de gradación de la fuerza: sumación espacial y temporal

• La preparación neuromuscular (nervio-músculo aislado, como nervio ciático y músculo gastrocnemio de rana) es el modelo experimental clásico para estudiar las propiedades de la unidad motora y de ambos mecanismos de sumación.

2. La unión neuromuscular (U-NM)

• La contracción del músculo esquelético está bajo control estricto del sistema nervioso. El paso de información de la terminal nerviosa al músculo ocurre en una estructura especializada llamada indistintamente: Unión neuromuscular (U-NM) · Unión mioneural · Sinapsis neuromuscular · Placa motora terminal.

2.1 Anatomía de la placa motora

• Normalmente un axón motor establece un único punto de contacto con una fibra muscular esquelética, generalmente hacia la mitad de la fibra. El axón se ramifica en arborizaciones terminales, cuyas terminaciones en bulbo (botones terminales) contactan con la fibra.
• Membrana postsináptica (sarcolema justo debajo de los botones): invaginaciones profundas — pliegues de unión (subneurales) — que aumentan la superficie para receptores. En el fondo de estas invaginaciones se concentra la Acetilcolinesterasa (AChE), que finaliza la señal colinérgica.

2.2 Síntesis y almacenamiento de Acetilcolina (ACh)

• Se sintetiza en el citosol de las terminales sinápticas de las motoneuronas espinales: colina + acetil-coenzima A, catalizada por la colina-acetiltransferasa (ChAT).
• Se empaqueta en vesículas sinápticas; cada vesícula contiene 6,000–10,000 moléculas de ACh.

2.3 Mecanismo molecular de la transmisión neuromuscular

2.4 Terminación de la señal: acetilcolinesterasa

• La AChE (concentrada en los pliegues postsinápticos) degrada rápidamente la ACh en acetato y colina, finalizando su acción, permitiendo que la placa se repolarice y quede lista para un nuevo estímulo. La colina es recaptada por la terminal presináptica para resintetizar ACh.

3. Retardo sináptico de la U-NM

• Retardo sináptico = intervalo desde la llegada del potencial de acción a los botones sinápticos hasta el inicio de la contracción muscular. Dos fases secuenciales:

3.1 Farmacología de la transmisión neuromuscular

4. La d-Tubocurarina: farmacología detallada

4.1 Origen histórico

• Curare: nombre genérico dado por exploradores europeos a diversos venenos de flecha de Sudamérica, usados en la cacería de animales salvajes para consumo humano.
• 1735 — Charles Marie de la Condamine: documentó su uso en cerbatanas y flechas; era más activo recién preparado; al entrar al torrente sanguíneo mataba en cuestión de segundos.
• 1780 — Edward Bancroft: observaciones más precisas; describió distintos tipos de veneno y fue el primero en documentar la preparación del veneno.
• Finales del siglo XIX — Hipólito Ruiz: identificó la planta del curare, del género Strychnos (o Chondrodendron, según la fuente), origen de la d-tubocurarina.

4.2 Mecanismo de acción

• Ejemplo clásico de antagonista competitivo en la U-NM: bloquea los receptores colinérgicos nicotínicos compitiendo con la ACh por el sitio de unión, sin generar despolarización de la placa. Al ocupar el receptor sin activarlo, impide la acción excitatoria de la ACh → no ocurre la contracción → parálisis flácida (relajación muscular).

4.3 Estructura y propiedades farmacocinéticas

• Contiene un átomo de nitrógeno cuaternario → dos cargas positivas permanentes.
• Por esa carga, no atraviesa la barrera hematoencefálica → el SNC no se afecta.
• Es inactivada por los jugos digestivos → sin efecto por vía oral (históricamente, los animales cazados con flechas con curare eran seguros para consumo humano).
• Vía intravenosa: inicio del bloqueo rápido.

4.4 Secuencia clínica de la parálisis

Orden anatómico predecible; la recuperación ocurre en orden inverso:

1. Músculos extraoculares (primeros afectados) → 2. Músculos de las extremidades → 3. Músculos del tronco → 4. Músculos intercostales (su afectación puede causar depresión respiratoria).

• Efectos máximos tras dosis IV suficiente: pueden persistir 35–60 minutos.

4.5 Efectos adversos y toxicidad

• Provoca liberación de histamina → hipotensión por vasodilatación.
• Muerte por tubocurarina: combinación de apnea prolongada + liberación masiva de histamina + colapso cardiovascular.
• Manejo: apnea → respiración artificial; antihistamínicos frenan la liberación de histamina; complicaciones cardiovasculares según presentación clínica.

4.6 Utilidad clínica

• Efecto relajante muscular de la d-tubocurarina (y de bloqueadores modernos como pancuronio, vecuronio y rocuronio): facilita la intubación endotraqueal y la ventilación mecánica; la relajación quirúrgica ya no depende solo de la profundidad de la anestesia general → puede usarse un nivel más ligero de anestesia.

5. Fatiga de la U-NM: Inhibición de Wedensky

• Cuando sinapsis excitadoras (incluida la U-NM) son estimuladas repetidamente a frecuencias elevadas, el número de potenciales de acción postsinápticos (o la fuerza de contracción) es muy alto al inicio; tras un breve periodo, aunque la frecuencia no cambie, la respuesta disminuye progresivamente. Es la fatiga de la sinapsis o Inhibición de Wedensky, dependiente de la frecuencia: a mayor frecuencia, más rápida la fatiga.

5.1 Mecanismos de la fatiga sináptica

1. Agotamiento parcial de las reservas de ACh en las terminales presinápticas: pueden almacenar transmisor para ~10,000 potenciales de acción; con estimulación de alta frecuencia se agotan en segundos a minutos porque la velocidad de liberación y degradación de ACh excede la de su síntesis (fatiga nerviosa/presináptica).
2. Inactivación progresiva de muchos receptores postsinápticos de ACh.
3. Alteraciones progresivas en las concentraciones iónicas en la sinapsis.

• Función protectora: cuando una región del sistema nervioso está sobreexcitada, la fatiga reduce esa sobreexcitabilidad.

5.2 Diferenciar fatiga de la U-NM vs. fatiga muscular (relevancia experimental)

6. Objetivos de la práctica

Caracterizar las propiedades de la U-NM esquelética de la rana:

1. Con estímulos aislados al nervio de intensidad creciente: determinar estímulos subumbrales, umbral, submáximos, máximo y supramáximos (contracciones de fuerza creciente del gastrocnemio).
2. Lo mismo con estímulos aislados directamente al músculo.
3. Medir el retardo sináptico.
4. Caracterizar las respuestas contráctiles al estimular repetitivamente el nervio.
5. Comparar el tiempo de fatiga de la U-NM y el del músculo.
6. Observar los efectos bloqueadores del curare (d-tubocurarina) sobre la U-NM.

7. Material y equipo

• Biológico: rana.
• Equipo: Unidad de Adquisición BIOPAC MP150; computadora con AcqKnowledge ≥ 4.1; transductor de tensión TSD105A; amplificador DA100C; UIM; módulo HLT100C; estimulador STM200; canalizador de pulsos con electrodos de ganchillo y de alfiler (o de pesas); juego de pesas; soporte universal con mesa para rana; tornillo de tensión; estuche de disecciones (disectores de vidrio, estilete, hilo fuerte); jeringas de 1 y 3 mL; cámara fotográfica y guantes de látex.
• Soluciones: Ringer rana a temperatura ambiente (mantiene húmeda la preparación); d-Tubocurarina (Sigma) 1 mg/mL.

8. Protocolo experimental

8.1 Calibración del equipo BIOPAC

1. Calibrar el canal 1 con el transductor de fuerza en el punto de 200 g (rana grande: 500 g).
2. Con una pesa adecuada, calibrar la amplitud a 30 o 50 g/división.
3. Conectar el cable Trigger del STM200 al canal 2 del módulo HLT100C y el Reference Output a la salida 0 de la UIM → registra simultáneamente voltajes aplicados al nervio y músculo, fuerza de contracción, periodo de latencia, retardo sináptico y frecuencia/duración de estímulos.
4. Herramientas de medición: Delta T, Min, Max y P-P.

• Calibración de voltajes del estimulador: ver Práctica 1 - BIOPAC MP150 y AcqKnowledge.

8.2 Preparación neuromuscular (Fig. 3)

1. Destruir cerebro y médula espinal (decapitación/pitiado); colocar en la mesa de disecciones.
2. Cortar circularmente la piel de la porción proximal de un muslo y jalarla hacia abajo (sale "como un calcetín").
3. Con disectores de vidrio, disecar el gastrocnemio en toda su longitud.
4. Amarrar el tendón de Aquiles (porción distal) con hilo doble de ~15 cm, dejando un pequeño espacio entre hilo y extremo del tendón.
5. Mantener húmeda la preparación con Ringer rana todo el experimento.
6. Cortar el tendón entre el nudo y su inserción en el calcáneo; elevar el gastrocnemio.
7. Rana en decúbito ventral; con tijeras finas separar semimembranoso y glúteo; en el fondo aparece el nervio ciático (a lo largo del fémur).
8. Disecar el nervio ciático a todo lo largo del muslo.
9. Verificar la tabla para rana atornillada al soporte. Hilo de cáñamo doble cero alrededor de la rodilla, amarrarlo, pasarlo por la hendidura de la tabla y enrollarlo a la rondana lateral; repetir en la parte distal de la pata.
10. Con el cabo suelto del hilo del tendón hacer un asa, anudarla y montarla en el gancho del transductor de fuerza.
11. Insertar los electrodos de estímulo de alfiler en los extremos distal y proximal de la masa muscular.
12. Montar con cuidado el nervio ciático sobre los electrodos de ganchillo, evitando que toque cualquier otro tejido.

• Velocidad de registro: 20 seg/división antes de iniciar.

8.3 Maniobras experimentales

1) Estimulando al nervio — Sumación espacial

• a) Con el tornillo de tensión ajustar la tensión del músculo. Estimular el nervio con estímulos aislados de 2 mseg y voltaje creciente desde cero hasta observar respuesta mínima (umbral) y máxima (estímulo máximo). Registrar intensidad y fuerza en la Tabla 1 (voltajes umbral, máximo y supramáximos).
• b) Determinar el periodo de latencia entre el estímulo al nervio y el inicio de la contracción.

2) Estimulando al músculo — Sumación espacial

• a) Estímulos únicos de 2 mseg directamente al músculo, voltaje creciente desde cero. Registrar en la Tabla 2 (umbral, máximo y supramáximo).
• b) Determinar el periodo de latencia entre el estímulo al músculo y el inicio de la contracción (acople excitación-contracción).

3) Estímulos repetitivos al nervio — Sumación temporal

• Con el estímulo máximo del nervio, frecuencias de 3, 5, 7.5, 10, 15, 20 y 25 pulsos/segundo, durante 3 segundos cada punto, descanso de 5 segundos entre trenes. Observar la suma de las contracciones y determinar si hay tétanos y fatiga.

4) Fatiga de la U-NM (estímulos repetitivos al nervio)

Con el canalizador conectado al nervio:

1. Estimulador: 2 mseg, frecuencia 0 y voltaje del estímulo máximo del nervio. Aumentar gradualmente la frecuencia hasta una contracción tetánica sostenida. Mantener el tétanos hasta que la fuerza caiga a la mitad de la amplitud máxima; apagar el canalizador.
2. Manteniendo frecuencia y duración, ajustar rápidamente el voltaje al estímulo máximo del músculo y cambiar la palanca para estimular directamente al músculo. Observar cómo se incrementa la amplitud de la contracción tetánica → demuestra que fue la U-NM la que se fatigó, no el músculo.
3. Comprobar: regresar al voltaje máximo del nervio y estimular el nervio: la amplitud disminuirá aún más. Estimular de nuevo el músculo directamente y comprobar que el músculo no se ha fatigado.

• Cambio de preparación: desmontar y montar en la otra pata. Ajustar tensión de reposo para respuesta máxima y reencontrar estímulos máximos de nervio y músculo. Velocidad 10 seg/división.

5) Bloqueo de la U-NM (tubocurarina)

1. En el canalizador seleccionar NERVIO.
2. En el estimulador: voltaje del estímulo máximo al nervio; duración 2 mseg; frecuencia 2/seg.
3. Con jeringa de 1 mL, inyectar 100 µL de tubocurarina en la porción media del músculo. Estimular el nervio con trenes de 3 s de estimulación por 10 s de descanso. Observar la respuesta hasta que ya no haya contracciones.
4. Demostrar que es bloqueo de la U-NM y no fatiga muscular: cambiar a estimulación directa del músculo con su estímulo máximo (la amplitud debe recuperarse). Como control, reestimular el nervio con el mismo voltaje usado en el músculo → bloqueo completo de la U-NM (el músculo responde a estimulación directa, pero no a la del nervio).

9. Registro de resultados (hoja de datos)

9.1 Retardo sináptico

• Latencia estímulo nervio → contracción: ____ mseg
• Latencia estímulo músculo → contracción (acople excitación-contracción): ____ mseg
• Retardo sináptico (resta de ambos): ____ mseg

9.2 Tabla 1 — Respuesta contráctil a la estimulación nerviosa

Registrar voltaje (V) y amplitud de la contracción (g) para identificar estímulos subumbral, umbral, máximo y supramáximo; graficar amplitud (eje Y) contra voltaje (eje X) señalando cada tipo de estímulo.

9.3 Tabla 2 — Respuesta contráctil a la estimulación muscular directa

Mismo procedimiento que la Tabla 1, estimulando directamente el músculo.

9.4 Datos comparativos a completar

• Fuerza máxima de la sacudida simple al estimular el nervio: ____ g
• Fuerza máxima de la sacudida simple al estimular directamente el músculo: ____ g
• Fuerza máxima durante el tétanos al estimular el nervio: ____ g
• Fuerza máxima durante el tétanos al estimular el músculo: ____ g
• Relación tétanos / sacudida simple al estimular el nervio: ____
• Tiempo de fatiga de la U-NM con estímulos repetitivos aislados: ____ s
• Tiempo de fatiga de la U-NM con estímulo tetánico: ____ s

10. Discusión fisiológica de los resultados esperados

10.1 Nervio ciático y gastrocnemio como modelo experimental

• El Nervio ciático es el nervio más largo y grueso del organismo (humanos y rana). Se forma por la unión de fibras de los segmentos medulares L4 a S3 y contiene fibras motoras y sensitivas. Las sensitivas transmiten información de la parte posterior del muslo y la pierna; las motoras inervan semitendinoso, semimembranoso, bíceps femoral, aductor mayor y el gastrocnemio ("los gemelos"), el efector de esta práctica.
• Humano: el nervio tibial (rama terminal del ciático) inerva al gastrocnemio → flexión plantar del pie y flexión de la rodilla (control de la marcha). En la rana, este músculo genera la fuerza del salto. Preparación clásica en neurofisiología de la contracción muscular, con tradición que se remonta a Galvani.
• Anatomía: extremo proximal se inserta en los cóndilos lateral y medial del fémur; porción distal en la parte posterior del calcáneo mediante el tendón de Aquiles (el tendón amarrado al transductor).

10.2 ¿Por qué el umbral del nervio es menor que el del músculo?

• La intensidad de estímulo umbral es menor al estimular el nervio que al estimular directamente el músculo: el tejido nervioso es intrínsecamente más excitable (requiere menor intensidad para alcanzar el umbral de disparo de sus fibras).
• Se explica por sus características estructurales para la conducción rápida: canales de sodio voltaje-dependientes en alta densidad y nodos de Ranvier (conducción saltatoria), que el músculo no posee en la misma proporción. El mismo estímulo se transmite con menor velocidad y eficacia en el músculo que en el nervio.

10.3 Intensidad del estímulo y amplitud de la contracción (sumación espacial)

• Estímulo al nervio: al aumentar la intensidad se reclutan progresivamente más axones motores (cada uno con su umbral) → más unidades motoras → más fibras → mayor amplitud hasta el estímulo máximo (todas las unidades reclutadas). Los supramáximos no aumentan la contracción (ya no hay más fibras que reclutar).
• Estímulo directo al músculo: se reclutan progresivamente más fibras musculares individuales conforme cada una alcanza su propio umbral de despolarización directa, hasta que todas están activadas (estímulo máximo).

10.4 Sumación temporal, tétanos y acople excitación-contracción

• Al incrementar la frecuencia (con intensidad en el estímulo máximo) se obtiene fuerza mayor que la sacudida simple: si el segundo estímulo llega antes de que la fibra se relaje por completo, las tensiones se suman mecánicamente (sumación de sacudidas). Con frecuencia suficientemente alta las contracciones se fusionan en una contracción sostenida de máxima amplitud: el Tétanos.

11. Correlatos clínicos y farmacológicos

11.1 Miastenia gravis

• Enfermedad autoinmune: autoanticuerpos contra los receptores nicotínicos de ACh (anti-nAChR) en la membrana postsináptica (menos frecuente: contra la proteína MuSK, relacionada con el agrupamiento de receptores). Reducen el número de receptores funcionales y aceleran su degradación → ↓ amplitud del potencial de placa terminal.
• Clínica: debilidad muscular fluctuante y fatigabilidad, peor con el ejercicio repetido y con mejoría relativa tras el reposo — recuerda a la fatiga de la U-NM, aunque de origen autoinmune y no metabólico-presináptico. Afecta inicialmente músculos oculares (ptosis, diplopía) y bulbares; riesgo de compromiso respiratorio (crisis miasténica).

11.2 Toxina botulínica (Clostridium botulinum)

• Presináptica: proteasa que escinde las proteínas SNARE (SNAP-25, sintaxina o VAMP/sinaptobrevina, según serotipo) necesarias para acoplamiento y fusión de vesículas. → inhibición irreversible de la liberación de ACh por exocitosis → parálisis flácida de inicio gradual. A diferencia del curare (bloquea el receptor postsináptico), bloquea la liberación.

11.3 Veneno de la viuda negra (Latrodectus mactans) — α-Latrotoxina

• Presináptica, mecanismo opuesto al botulínico: forma poros en la membrana presináptica → liberación masiva y sostenida de ACh (y otros neurotransmisores), independiente de calcio en algunos mecanismos descritos.
• Inicial: hiperactividad neuromuscular (fasciculaciones, calambres, rigidez) → depleción de reservas vesiculares → bloqueo por agotamiento presináptico: ejemplo patológico extremo de fatiga por agotamiento del transmisor.

11.4 Gas mostaza

• Agente vesicante y alquilante del ADN (daño en piel, ojos y vía respiratoria). No actúa primariamente sobre la U-NM; no comparte el mecanismo colinérgico de los otros agentes; se incluye en el cuestionario como referencia de agentes tóxicos de relevancia histórica/militar. Su daño neuromuscular, cuando ocurre, es secundario a la toxicidad sistémica y tisular grave.

11.5 Cuadro comparativo — agentes que afectan la U-NM

12. Cuestionario de la práctica (guía de respuesta)

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