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Articulo de referencia

Área de sección transversal fisiológica

Figura 1. Disposición de las fibras musculares penniformes. Las líneas verdes representan el PCSA; las líneas azules representan el ACSA. En fisiología muscular , el área de sec...

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Figura 1. Disposición de las fibras musculares penniformes. Las líneas verdes representan el PCSA; las líneas azules representan el ACSA.

En fisiología muscular , el área de sección transversal fisiológica (PCSA) es el área de la sección transversal de un músculo perpendicular a sus fibras, generalmente en su punto más ancho. Se utiliza típicamente para describir las propiedades de contracción de los músculos peniformes . [ 1 ] No es lo mismo que el área de sección transversal anatómica (ACSA), que es el área de la sección transversal de un músculo perpendicular a su eje longitudinal. En un músculo no peniforme, las fibras son paralelas al eje longitudinal, por lo que PCSA y ACSA coinciden.

Definición

Una ventaja de los músculos peniformes es que se pueden empaquetar más fibras musculares en paralelo, lo que permite que el músculo produzca más fuerza, aunque el ángulo de la fibra con respecto a la dirección de acción significa que la fuerza máxima en esa dirección es algo menor que la fuerza máxima en la dirección de la fibra. [ 2 ] [ 3 ]

El área de sección transversal del músculo (línea azul en la figura 1, también conocida como área de sección transversal anatómica o ACSA) no representa con precisión el número de fibras musculares en el músculo. Una mejor estimación la proporciona el área total de las secciones transversales perpendiculares a las fibras musculares (líneas verdes en la figura 1). Esta medida se conoce como área de sección transversal fisiológica (PCSA) y se calcula y define comúnmente mediante la siguiente fórmula, desarrollada en 1975 por Alexander y Vernon: [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

PCSA=volumen muscularlongitud de la fibra=masa muscularρ⋅longitud de la fibra,{\displaystyle {\text{PCSA}}={{\text{volumen muscular}} \over {\text{longitud de la fibra}}}={{\text{masa muscular}} \over {\rho \cdot {\text{longitud de la fibra}}}},}

donde ρ es la densidad del músculo:

ρ=masa muscularvolumen muscular.{\displaystyle \rho ={{\text{masa muscular}} \over {\text{volumen muscular}}}.}

El PCSA aumenta con el ángulo de penación y con la longitud del músculo. En un músculo pennado, el PCSA siempre es mayor que el ACSA. En un músculo no pennado, coincide con el ACSA.

Estimación de la fuerza muscular a partir del PCSA

La fuerza total ejercida por las fibras en su dirección oblicua es proporcional al PCSA. Si se conoce la tensión específica de las fibras musculares (fuerza ejercida por las fibras por unidad de PCSA), se puede calcular de la siguiente manera: [ 7 ]

Fuerza total=PCSA⋅tensión específica{\displaystyle {\text{Fuerza total}}={\text{PCSA}}\cdot {\text{Tensión específica}}}

Sin embargo, solo un componente de esa fuerza puede usarse para tirar del tendón en la dirección deseada. Este componente, que es la verdadera fuerza muscular (también llamada fuerza del tendón [ 6 ] ), se ejerce a lo largo de la dirección de acción del músculo: [ 6 ]

fuerza muscular=Fuerza total⋅porque⁡Φ{\displaystyle {\text{Fuerza muscular}}={\text{Fuerza total}}\cdot \cos \Phi }

El otro componente, ortogonal a la dirección de acción del músculo (Fuerza ortogonal = Fuerza total × senΦ) no se ejerce sobre el tendón, sino que simplemente comprime el músculo, tirando de sus aponeurosis una hacia la otra.

Nótese que, si bien resulta práctico calcular el PCSA en función del volumen o la masa y la longitud de la fibra, el PCSA (y, por lo tanto, la fuerza total de la fibra, que es proporcional al PCSA) no es proporcional únicamente a la masa muscular ni a la longitud de la fibra. Es decir, la fuerza máxima ( tetánica ) de una fibra muscular depende simplemente de su grosor (área de la sección transversal) y su tipo . De ninguna manera depende únicamente de su masa o longitud. Por ejemplo, cuando la masa muscular aumenta debido al desarrollo físico durante la infancia, esto puede deberse únicamente a un aumento en la longitud de las fibras musculares, sin que cambie el grosor (PCSA) ni el tipo de fibra. En este caso, un aumento de masa no produce un aumento de fuerza.

En ocasiones, el aumento de masa se asocia con un aumento de grosor. Solo en este caso tendrá algún efecto sobre la fuerza de la fibra, pero este efecto será proporcional al aumento de grosor, no al aumento de masa. Por ejemplo, en algunas etapas del desarrollo físico, el aumento de masa puede deberse tanto a un aumento del área de sección transversal fisiológica (PCSA) como a un aumento de la longitud de la fibra. Incluso en este caso, la fuerza muscular no aumenta tanto como la masa muscular, ya que el aumento de masa se produce en parte por una variación en la longitud de la fibra, y la longitud de la fibra no afecta a la fuerza muscular.

Definición alternativa

En 1982 , Sacks y Roy introdujeron una definición diferente de PCSA, aquí denominada PCSA 2 , para facilitar la comparación con la definición anterior: [ 7 ]

PCSA2=volumen muscular⋅porque⁡Φlongitud de la fibra=masa muscular⋅porque⁡Φρ⋅longitud de la fibra,{\displaystyle {\text{PCSA}}_{2}={{\text{volumen muscular}}\cdot \cos \Phi \over {\text{longitud de la fibra}}}={{\text{masa muscular}}\cdot \cos \Phi \over {\rho \cdot {\text{longitud de la fibra}}}},}

La comparación muestra que

PCSA2=PCSA⋅porque⁡Φ.{\displaystyle {\text{PCSA}}_{2}={\text{PCSA}}\cdot \cos \Phi .}

en un músculo pennado, ya queporque⁡Φ{\displaystyle \cos \Phi }PCSA2 siempre es menor que 1. Por lo tanto, no se puede describir como el área total de las secciones transversales perpendiculares a las fibras musculares (líneas verdes en la figura 1). Se puede interpretar de dos maneras:

  1. Proyección del PCSA (línea verde en la figura 1) sobre el plano de la sección transversal anatómica (línea azul). [ 8 ]
  2. ACSA de un músculo no penniforme con la misma fuerza que el músculo penniforme. [ 9 ]

Esto implica que, en un músculo como el de la figura 1A, el PCSA 2 coincide con el ACSA. La desventaja de esta definición es su interpretación más compleja; su ventaja es que la fuerza muscular se puede calcular de forma más directa.

fuerza muscular=PCSA2⋅tensión específica{\displaystyle {\text{Fuerza muscular}}={\text{PCSA}}_{2}\cdot {\text{Tensión específica}}}[ 7 ]

Actualmente, algunos autores siguen utilizando la definición original de PCSA, [ 5 ] [ 6 ] probablemente debido a su interpretación geométrica intuitivamente atractiva (figura 1).

Referencias

  1. ↑ Fuerza y ​​área de sección transversal del músculo esquelético humano
  2. ↑ C. Gans (1982). Arquitectura de las fibras y función muscular. Exercise & Sports Science Reviews. 10:160–207.
  3. ↑ E. Otten (1988). Conceptos y modelos de arquitectura funcional en los músculos esqueléticos. Exercise & Sports Science Reviews. 16:89–137.
  4. ↑ R. McN. Alexander, A. Vernon (1975). La dimensión de los músculos de la rodilla y el tobillo y las fuerzas que ejercen, Journal of Human Movement Studies, 1:115–123.
  5. 1 2 Narici MV, Landoni L., Minetti AE (1992). Evaluación del estrés de los músculos extensores de la rodilla humana a partir de mediciones fisiológicas in vivo del área de sección transversal y la fuerza. European Journal of Applied Physiology & Occupational Physiology. 65(5):438–444.
  6. 1 2 3 4 Maganaris CN, Baltzopoulos V. (2000). Mecánica in vivo de la contracción muscular isométrica máxima en el hombre: Implicaciones para las estimaciones basadas en modelos de la tensión específica del músculo. En Herzog W. (Ed). Mecánica del músculo esquelético: de los mecanismos a la función. Wiley & Sons Ltd, págs. 267-288.
  7. 1 2 3 R.D. Sacks, RR Roy (1982). Arquitectura de los músculos de las extremidades posteriores de los gatos: significado funcional. Journal of Morphology, 185–195.
  8. ↑ Esto se debe a que el ángulo entre los planos de sección transversal anatómicos y fisiológicos (ángulo entre la línea azul y la línea verde en la figura 1) coincide con Φ , por definición.
  9. ↑ En un músculo no penniforme, ACSA = Fuerza muscular / Tensión específica, y Fuerza muscular = PCSA 2 × Tensión específica, por lo tanto PCSA 2 = Fuerza muscular / Tensión específica = ACSA.