El movimiento y el sistema musculoesquelético

Los seres vivos necesitan moverse para sobrevivir. Encontrar comida e ingerirla, manipular objetos, desplazarse o defenderse son algunas de las actividades de supervivencia básicas que implican movimiento.

El movimiento es el resultado de un proceso complejo y coordinado en el que participa principalmente el sistema osteomuscular, es decir, el conjunto de músculos, huesos y articulaciones del organismo, y que es responsable también de dotar al cuerpo de su forma característica, de proporcionarle soporte y de proteger a los órganos internos.

Para que los músculos se contraigan, y en consecuencia se produzca el movimiento, es necesario que les llegue una señal que se origina en el sistema nervioso. Los nervios que transmiten estas señales se denominan motores.

El movimiento muscular puede ser voluntario, como por ejemplo el que se realiza al correr, o involuntario, como el del intestino. La distinción entre ambos tipos se debe fundamentalmente a la estructura de las fibras que forman parte de los músculos implicados y a si éstos reciben la inervación del sistema nervioso central (contracción voluntaria) o del sistema nervioso autónomo (contracción involuntaria). Dentro de los músculos de contracción voluntaria se encuentran los que mueven los huesos (los esqueléticos) mientras que al grupo de contracción involuntaria pertenecen, por ejemplo, los de la pared del estómago.

El ser humano dispone de más de 600 músculos esqueléticos, de distinta forma y tamaño según la función que realicen. Se unen a los huesos directamente, a veces por medio de amplias superficies de inserción, o indirectamente, a través de estructuras especiales que se llaman tendones. Habitualmente trabajan por parejas con funcionamientos opuestos (un músculo se contrae mientras el otro se relaja) y permiten realizar movimientos tan distintos como caminar o correr, guiñar un ojo, masticar un alimento, etc.

Vistas anterior y posterior de los principales músculos estriados del cuerpo humano.

Vistas anterior y posterior de los principales músculos estriados del cuerpo humano.

Los huesos y las articulaciones desempeñan también una función clave en el movimiento. Los huesos constituyen el soporte estructural (esqueleto) para los distintos procesos mecánicos. Además, se encargan de ofrecer protección a órganos vitales como, por ejemplo, el cráneo, que protege una estructura tan sensible como el cerebro, o las vértebras y las costillas, que forman la caja torácica en la que se encuentran los pulmones y el corazón. Por otra parte, los huesos albergan en su interior un tejido especializado que se denomina médula ósea (no debe confundirse con la médula espinal, perteneciente al sistema nervioso) y que es el lugar donde se forman los distintos componentes celulares de la sangre. Los huesos están formados por minerales (principalmente calcio y fósforo) y constituyen una reserva de estos elementos para el organismo. Las articulaciones son las estructuras que mantienen unidos los diferentes huesos del esqueleto y que permiten determinados movimientos según sus distintas características.

Los músculos

Los músculos podrían definirse como el tejido contráctil del organismo cuya función es el movimiento. Guardan estrecha relación con las fibras nerviosas y obtienen la energía necesaria para su actividad de los procesos metabólicos que tienen como sustrato los nutrientes que se ingieren en la alimentación.

Los músculos se dividen en tres tipos, atendiendo a su estructura microscópica y también a la posibilidad de controlar su activación: estriados voluntarios (los esqueléticos), estriado involuntario (el cardiaco) y lisos involuntarios.

Los músculos del primer grupo están unidos casi en su totalidad al esqueleto y suponen la mayor parte del tejido muscular total. Según su localización en el organismo se agrupan en músculos de las extremidades y músculos del esqueleto axial (del tronco y de la cabeza). Los primeros intervienen en el movimiento de los brazos, las piernas, las manos y los pies y los segundos son los responsables del mantenimiento de la postura. Los músculos estriados, controlados por el sistema nervioso central, se unen a los huesos mediante los tendones, unas estructuras alargadas y dotadas de cierta elasticidad gracias a unas proteínas llamadas colágeno y elastina.

El músculo cardiaco, aunque de estructura estriada, se mueve de una manera rítmica controlado por una especie de marcapasos nervioso, el nódulo sinusal. Su movimiento es involuntario (por ejemplo, una persona no puede frenar a su voluntad el número de latidos que el corazón produce en un minuto) aunque está regulado por el sistema nervioso autónomo.

Vista posterior de los músculos responsables del movimiento de la cabeza.

Los músculos lisos se encuentran, entre otros lugares, en las paredes de las vísceras, de los vasos sanguíneos, de las vías respiratorias y en la piel. Sus movimientos dependen de una parte del sistema nervioso autónomo, que está fuera del control voluntario. Gracias a ellos y a sus movimientos el organismo puede llevar a cabo acciones tan importantes como hacer pasar el alimento a lo largo de todo el aparato digestivo, permitir la salida del feto en el momento del parto mediante las contracciones uterinas o controlar el flujo de sangre a lo largo del sistema circulatorio. Los músculos lisos de la piel son los responsables de, por ejemplo, la erección del vello en respuesta a determinados estímulos.

El trabajo muscular y el movimiento

Como ya se ha comentado, los músculos se encargan del movimiento de las distintas partes del cuerpo y de mantener la postura general. En muchos animales es el tejido más extenso; así, por ejemplo, en numerosos peces y mamíferos supone alrededor de la mitad del peso corporal total.

Vista anterior de los principales músculos que intervienen en el movimiento del tórax. Estos músculos participan también en el proceso respiratorio.

Los músculos están formados por unas estructuras que se llaman fibrillas (también se denominan filamentos o miofilamentos) y que varían en grosor y composición. Las más gruesas están formadas por una proteína llamada miosina; las fibras más finas por otras proteínas denominadas actina, tropomiosina y troponina. Las fibrillas se agrupan para formar fibras, que tienen forma cilíndrica y un diámetro aproximado de 0,02 a 0,08 milímetros. La disposición final de estas estructuras dentro del músculo dependerá de la función del mismo. Así, en los músculos esqueléticos, los filamentos se colocan de modo longitudinal, mientras que en los denominados lisos las fibrillas se disponen de modo irregular.

El trabajo de un músculo consiste en la alternancia de fases de contracción o acortamiento y fases de relajación, con recuperación de la longitud y el estado iniciales. Cuando un músculo se contrae, unas fibrillas se deslizan sobre otras, lo que permite que la longitud muscular disminuya. El proceso de contracción es muy similar en los músculos estriados y en los lisos; sin embargo la velocidad a la que efectúan su trabajo es muy diferente (por ejemplo, el músculo liso de los vasos sanguíneos se contrae 50 veces más despacio que el más rápido de los estriados).

En la fase de contracción del trabajo muscular, se produce un acortamiento del músculo activado, que recupera posteriormente su longitud normal cuando se entra en la fase de relajación.

Para que el músculo pueda desarrollar su actividad necesita la energía que se obtiene a partir del alimento. Durante el trabajo muscular parte de esta energía se pierde en forma de calor, algo que resulta fundamental para el correcto mantenimiento de la temperatura del organismo.

A los músculos llegan vasos sanguíneos y nervios. Los primeros suministran sangre y, con ella, el necesario aporte de oxígeno y nutrientes; la sangre también se encarga de retirar el dióxido de carbono y los desechos provenientes del trabajo muscular.

Los nervios motores son los principales responsables de transmitir a los músculos las señales enviadas por el sistema nervioso para iniciar la contracción, aunque el movimiento muscular también responde a la acción de hormonas producidas por glándulas del sistema endocrino (por ejemplo, la adrenalina producida por la glándula suprarrenal), que inician reacciones específicas. Para informar al sistema nervioso del trabajo que realiza, cada músculo presenta unas estructuras sensoriales que se llaman receptores de alargamiento, que valoran el estado del músculo, es decir, detectan sus cambios de longitud y la velocidad del movimiento producido. Con la transmisión de esta información se completa un circuito que permite al sistema nervioso controlar el movimiento muscular y ajustar correctamente las señales motoras que llegan al músculo.

Los músculos esqueléticos se unen a los huesos, y éstos a su vez están unidos entre sí mediante las articulaciones (por ejemplo, la articulación del codo pone en contacto los huesos del antebrazo con los del brazo). Cuando un músculo se contrae, la articulación correspondiente se mueve.

No todos los músculos participan del mismo modo en el movimiento. La producción de un movimiento coordinado exige normalmente que un gran número de músculos se contraigan y que otros se relajen, y que cada uno de ellos lo haga en distinto grado. Hay algunos músculos que cuando se contraen de forma repetida se acortan; otros aumentan su fuerza sin modificar su longitud, y otros pueden incluso aumentar su tamaño (basta imaginar, por ejemplo, los músculos de las piernas de un corredor acostumbrado al ejercicio en comparación con los una persona que no suela realizar deporte).

Diferencias funcionales de los músculos

No todos los músculos funcionan del mismo modo. Los hay que se activan más rápido que otros o que se alargan más o menos. Los hay que obtienen la energía que necesitan para trabajar siempre del mismo modo y grupos musculares que pueden hacerlo de distinta manera dependiendo de las condiciones y del tipo de trabajo realizado.

Una primera distinción general es la que atiende al tipo de control que precisan para activarse o contraerse. Según este criterio, hay músculos de activación voluntaria, cuyo funcionamiento depende de las órdenes recibidas por parte del sistema nervioso central, y músculos que se activan de modo espontáneo (como, por ejemplo, el músculo cardiaco), en cuyo caso las señales nerviosas procedentes del sistema nervioso únicamente modifican el ritmo natural de contracción.

Otra característica que permite diferenciar el modo de funcionar de los músculos es la manera en que se controla su fuerza. Así, la mayoría de las fibras de los músculos voluntarios sólo presenta dos posibles estados: activado y no activado, de forma que los diferentes grados de fuerza se consiguen mediante la activación de más o menos fibras. Sin embargo, existen otros músculos en los que la fuerza no depende de que se activen más o menos fibras sino de la mayor o menor intensidad de funcionamiento de cada fibra.

El movimiento coordinado supone la participación de numerosos músculos, cuya activación, relajándose o contrayéndose, responde a órdenes concretas emitidas por el sistema nervioso central. El grado de respuesta de cada músculo dependerá de su propiomodo de funcionamiento y del entrenamiento previo en el tipo de trabajo requerido.

El grado de variación de su longitud entre la fase de contracción y la de relajación es también un rasgo funcional que permite diferenciar a unos músculos de otros. En términos generales se puede afirmar que los músculos lisos varían mucho más en este aspecto que los estriados, aunque existen excepciones. Cabe mencionar, por último, la velocidad de acción, ya que no todos los músculos se contraen igual de rápido ni todos lo hacen con la misma intensidad en un mismo periodo de tiempo.

Los músculos no siempre obtienen la energía de igual forma. En procesos muy rápidos e intensos, como el esfuerzo realizado por un atleta, el tejido muscular no utiliza oxígeno. Por el contrario, en trabajos continuos no intensos, como una caminata, el aporte de oxígeno al músculo es fundamental.

Los nombres de los músculos

Como ocurre con el resto de las estructuras que forman el cuerpo humano, existe una nomenclatura específica para denominar a los músculos. La lengua común internacional que se utiliza es el latín, aunque cada idioma adapta en mayor o menor medida estos términos a un lenguaje más accesible y próximo. Los músculos se nombran de acuerdo a diversos criterios:

  • según sus puntos de unión en el esqueleto: por ejemplo, el «esternocleidomastoideo» es aquel que va desde el esternón y la clavícula hasta la región mastoidea del cráneo;

  • según su forma y localización: por ejemplo, «bíceps femoral» indica bi (dos), ceps (cabezas) y femoral (que va por el fémur);

  • según su longitud y tamaño: por ejemplo, el «supinador largo» del antebrazo;

  • según su disposición respecto a otras estructuras: por ejemplo, el músculo «transverso del abdomen», o

  • según su función: en este último grupo, los flexores son los músculos que tienden a cerrar el ángulo que forma una articulación, mientras que los extensores tienden a incrementar dicho ángulo; los aductores acercan las extremidades hacia el cuerpo, mientras que los abductores las separan del mismo; los rotadores giran la articulación alrededor de su eje; los pronadores se encargan de hacer que la palma de las manos o la planta de los pies miren hacia el suelo, mientras que los supinadores realizan la función contraria; y los esfínteres son estructuras circulares que aumentan o disminuyen su diámetro interior para controlar el paso (p. ej., de las heces en el caso del esfínter anal) a través de ellos.

Vistas anteriores de los músculos principales de las extremidades superiores e inferiores (brazo, antebrazo, muslo y pierna), con sus nomenclaturas simples y combinadas.

Vistas anteriores de los músculos principales de las extremidades superiores e inferiores (brazo, antebrazo, muslo y pierna), con sus nomenclaturas simples y combinadas.

Vistas anteriores de los músculos principales de las extremidades superiores e inferiores (brazo, antebrazo, muslo y pierna), con sus nomenclaturas simples y combinadas.

Vistas anteriores de los músculos principales de las extremidades superiores e inferiores (brazo, antebrazo, muslo y pierna), con sus nomenclaturas simples y combinadas.

La unión neuromuscular

Cada fibra muscular recibe información de una única fibra nerviosa motora. La señal transmitida es un impulso eléctrico que debe llegar a la zona de contacto entre el nervio y el músculo. Esta zona se denomina unión neuromuscular y está formada por la sinapsis entre el axón terminal de una neurona y la placa motora de una fibra muscular. Cuando llega el impulso eléctrico neuronal se libera en la unión neuromuscular un neurotransmisor denominado acetilcolina que actúa a modo de mensajero para trasmitir el mensaje de activación a la fibra muscular.

Los huesos

El conjunto de huesos del organismo forma lo que se denomina esqueleto, que es la parte rígida del cuerpo humano. Los principales componentes de los huesos son el colágeno y diversos minerales (principalmente calcio). El esqueleto se divide en dos partes; por un lado el esqueleto axial formado por el cráneo y la columna vertebral, y por otro el apendicular constituido por las extremidades superiores e inferiores.

Los huesos desempeñan diversas funciones en el organismo: constituyen un soporte rígido que facilita el movimiento al representar un punto de anclaje para los músculos y actuar a modo de palancas durante su contracción; protegen órganos vitales como, por ejemplo, los componentes del sistema nervioso central, que se encuentran cubiertos por el cráneo y por las vértebras, o los pulmones y el corazón que, por su parte, lo están por las vértebras, las costillas y el esternón; dan cobijo en su interior a la médula ósea, lugar donde tiene lugar la formación de los distintos componentes celulares de la sangre; actúan como almacén de diversos minerales que el organismo puede utilizar según sus necesidades; y por último, colaboran en determinadas funciones sensoriales, ya que poseen estructuras nerviosas que les permiten percibir dolor o cambios de temperatura, y transmiten señales al cerebro informando de la posición espacial del cuerpo.

Composición y propiedades de los huesos

Los huesos están constituidos por células y por una matriz intercelular. Las primeras suponen aproximadamente el 1-5% del volumen del hueso. La matriz intercelular consiste, por un lado, en fibras de colágeno (similar en estructura y disposición al colágeno que forma parte de los ligamentos, tendones y piel) y, por otro, en material mineral en forma de minúsculos cristales con aspecto de bastones. Los minerales suponen aproximadamente la mitad del volumen del hueso y el 70% de su peso. Los principales son el calcio y el fósforo. A pesar de su aspecto rígido, el 8% del volumen de un hueso es agua.

Vistas anterior y posterior del esqueleto humano completo (axial y apendicular).

Vistas anterior y posterior del esqueleto humano completo (axial y apendicular).

Los minerales son los responsables de la dureza y rigidez del los huesos. Las fibras de colágeno presentan una elevada elasticidad, lo que hace que los huesos posean propiedades especiales (muy similares, por ejemplo, a las del bambú). Aunque aparentemente rígidos, presentan un grado de elasticidad importante, lo que permite que el esqueleto resista determinados impactos. Sin esta elasticidad los huesos serían como el cristal, muy duros pero al mismo tiempo muy frágiles, y se romperían con facilidad ante un mínimo traumatismo (si un vaso de cristal se cae al suelo, se rompe en pedazos; sin embargo, si una persona se cae y, por ejemplo, su codo golpea el suelo levemente, el hueso tiende a amortiguar el traumatismo gracias a sus componentes elásticos y por ello no se rompe).

Aspecto de los huesos

Los huesos toman muy distintas formas para adaptarse a las diferentes funciones que realizan: algunos son planos y anchos, como por ejemplo la escápula u omoplato (hueso principal del hombro) o el ilion (en la pelvis); otros tienen forma de tubos gruesos, como el fémur (en el muslo), o el cúbito y el radio (huesos del brazo); otros son cortos, como las falanges de los dedos de las manos y los pies, y otros tienen una forma irregular, como las vértebras. A pesar de estas diferencias en la forma externa, su estructura interna es muy similar.

Todos los huesos tienen una parte exterior que se denomina corteza y una interior compuesta por unas tramas óseas denominadas trabéculas y que forman un compartimento esponjoso que contiene a la médula ósea. Dependiendo de la forma y de las fuerzas que soporten, la corteza y las trabéculas tendrán una u otra disposición.

Diferentes tipos de huesos. Elementos constitutivos de un hueso largo. En proyección, detalle de la estructura microscópica de dicho tipo de huesos.

Diferentes tipos de huesos. Elementos constitutivos de un hueso largo. En proyección, detalle de la estructura microscópica de dicho tipo de huesos.

Los principales huesos que forman las extremidades (que también se denominan huesos largos) tienen características comunes entre sí. El segmento central recibe el nombre de diáfisis y tiene forma de tubo. Cada extremo se denomina epífisis y su estructura está diseñada para relacionarse con otros huesos por medio de las articulaciones. La zona entre la diáfisis y la epífisis se llama metáfisis. Cuando todavía no se ha completado el crecimiento, la epífisis se encuentra separada de la metáfisis por un cartílago, denominado cartílago de crecimiento, que sirve de sustrato para el alargamiento del hueso.

Células que forman parte del hueso

Si observamos un trozo de hueso al microscopio vemos que está formado por un tejido homogéneo duro sobre el cual se encuentran distintos tipos de células. Existe un grupo que se encarga de formar el tejido óseo. Se denominan osteoblastos. Hay otro grupo de células que se encarga de ir absorbiendo el tejido óseo para liberar los minerales a la sangre cuando es necesario, para permitir la remodelación o reestructuración del hueso y para impedir que exista un crecimiento óseo excesivo. Estas células se denominan osteoclastos. Igualmente existen otras células, que se conocen como indiferenciadas, y que según las necesidades pueden llegar a convertirse en osteoblastos o en osteoclastos.

Formación, crecimiento y remodelación de los huesos

Existen dos modos por los cuales el embrión puede formar hueso. En la mayoría de los casos hay un cartílago previo que progresivamente es reemplazado por tejido óseo. Sin embargo, otros huesos (como el cráneo o la clavícula) se forman sin la existencia de cartílago, simplemente mediante la acumulación de tejido fibroso.

Una vez que el hueso ha terminado de formarse debe crecer. También existen dos maneras por las cuales puede producirse este crecimiento. Por un lado, el hueso necesita crecer en grosor y para ello las células formadoras de hueso (osteoblastos) depositan nuevo material sobre la superficie del ya formado. Del mismo modo, es necesario que el hueso aumente de longitud. Para ello, el cartílago que separa la epífisis de la metáfisis se va transformando en hueso y al mismo tiempo se forma nuevo cartílago. El proceso podría resumirse del siguiente modo: el cartílago crece, sobre él se va depositando calcio y finalmente se convierte en hueso. Llega un momento en el cual el cartílago deja de crecer y finalmente todo él acaba transformándose en hueso; en ese momento el individuo termina su crecimiento.

Los huesos son tejidos en continua renovación. El proceso podríamos compararlo con la remodelación de un edificio (se van sustituyendo estructuras viejas, en mal estado, por otras nuevas). El hueso viejo es eliminado (mediante un proceso que se llama reabsorción) y en el cual participan los osteoclastos. Estas células disponen en su interior de diversas sustancias que pueden disolver o digerir el hueso. Después se forma tejido nuevo (se podría denominar síntesis) gracias a los osteoblastos. El proceso de reabsorción es bastante más rápido que el de formación o síntesis. Hasta que la persona completa su desarrollo, predomina la fase de síntesis, que resulta muy intensa. Después, y hasta aproximadamente los 35 años, el ritmo es cada vez más lento hasta que se estabiliza. A partir de los cuarenta años la tendencia se invierte y la fase de reabsorción (pérdida de hueso) supera a la de formación. A partir de este momento se estima que se pierde aproximadamente un 5-10% de masa ósea cada diez años.

Localización del cartílago de un hueso largo. El cartílago protege a los huesos del excesivo roce entre ellos durante el movimiento y, hasta que finaliza el periodo de crecimiento, es el responsable del progresivo aumento de la longitud de los huesos.

Los procesos de formación, crecimiento y remodelación de los huesos vienen determinados por multitud de factores siendo los más importantes la nutrición y las hormonas.

Aporte sanguíneo al hueso

En los huesos largos, la sangre llega a tres zonas diferentes. Por un lado se nutre la zona interna (médula) de la diáfisis y de la metáfisis. Otro sistema se encarga de aportar los nutrientes y el oxígeno a la zona más externa del hueso. Existe un tercero para llevar la sangre a los extremos (epífisis). La vuelta a la circulación general se realiza mediante una red venosa que discurre paralela a la arterial.

Las articulaciones

Las articulaciones se definen como las estructuras que sirven de unión a dos o más huesos próximos del esqueleto. Dependiendo de sus características pueden dar lugar a determinados movimientos más o menos complejos o bien dotar de flexibilidad a las estructuras óseas que relacionan.

Clasificación de las articulaciones

Las articulaciones se clasifican atendiendo a su estructura y a su función. Según su estructura, las articulaciones se dividen en tres grandes grupos: fibrosas, cuando el tejido que mantiene unidos a los huesos que forman la articulación es de tipo fibroso; cartilaginosas, cuando el tejido interpuesto es cartílago; y sinoviales, cuando entre ambos huesos existe un espacio relleno de un líquido amortiguador.

Según su función las articulaciones pueden a su vez agruparse en otros tres tipos: sinartrosis (equivalentes a las fibrosas), cuando la articulación impide cualquier movimiento de los huesos que la forman; anfiartrosis (equivalentes a las cartilaginosas), cuando existe una pequeña movilidad articular; y diartrosis (equivalentes a las sinoviales), cuando permite libertad de movimiento. Éstas se subclasifican a su vez en uniaxiales, biaxiales y multiaxiales por el número de ejes en los que se produce el movimiento de la articulación. En las sinartrosis se incluyen las suturas de los huesos del cráneo, entre las anfiartrosis se encuentran las articulaciones que forman los discos intervertebrales y entre las diartrosis se englobarían la mayoría de las articulaciones del cuerpo humano.

Estructura y componentes de las articulaciones sinoviales

Las articulaciones sinoviales tienen una membrana que forma una cápsula y que está ocupada por un líquido que se denomina sinovial. La presencia de este líquido dentro de la articulación y de unos cartílagos articulares especiales permite que los movimientos de los huesos sean los adecuados, adaptando perfectamente las distintas partes involucradas.

Corte transversal de una articulación sinovial y vista externa en la que se aprecia la disposición de los ligamentos.

Corte transversal de una articulación sinovial y vista externa en la que se aprecia la disposición de los ligamentos.

Por fuera de la cápsula se encuentran los ligamentos, que son estructuras que unen dos huesos de una misma articulación. Están formados por fibras de colágeno. Son los encargados, junto con los músculos, de dar estabilidad a la articulación.

Toda articulación tiene estructuras nerviosas y sanguíneas asociadas. Los nervios se encargan por un lado de percibir sensaciones dolorosas (por ejemplo cuando se presiona o se recibe un golpe) y por otro lado de informar al cerebro de la posición exacta de la articulación. Las arterias tienen como función aportar nutrientes y oxígeno a las distintas estructuras, mientras que las venas recogen los productos de desecho. Tanto los nervios como los vasos sanguíneos siguen caminos paralelos.