¿Cómo se manifiesta la fatiga periférica?

Fallo en la Transmisión Neuromuscular

La transmisión del potencial de acción entre el nervio y el sarcolema no sufre una desmejora durante contracciones voluntarias (Sejersted & Sjogaard, 2000, Thomas et al., 1981, West et al., 1996). No obstante, en condiciones patológicas como en la miastenia, que es una patología caracterizada por la disminución de receptores de acetil colina en el sarcolema de las fibras musculares, si existe una desmejora en la transmisión neuromuscular. Por otro lado, también puede haber fallas en la placa motora en situaciones de laboratorio en la cual los músculos son estimulados a intensidades 100 hz. Jones et al. (1981) han sugerido que la alta frecuencia de estimulación (100 hz) mantenida artificialmente en el tiempo es la que genera una falla a nivel de la placa motora.

Falla en el Acoplamiento de los Procesos de Excitación-Contracción

El potencial de acción es conducido por el sarcolema dentro de los túbulos T y estimula al retículo sarcoplasmatico (RS) para liberar calcio. El mecanismo de la señal de transducción es complejo e incluye la interacción entre un complejo proteico sensible al voltaje en la membrana del túbulo T y una proteína canal de liberación de calcio en la membrana del retículo sarcoplasmático (RS) (Stephenson et al., 1999). Los estudios invitro de fibras musculares individuales han demostrado que la concentración citosólica del calcio se incrementa durante los primeros minutos de contracción tetánica intermitente pero disminuye en las últimas fases del proceso (Westerblad y Allen, 1991). La cafeína estimula la liberación de calcio desde el retículo RS mediante un mecanismo independiente al de la activación por voltaje mencionada con anterioridad. La exposición de fibras musculares fatigadas a la cafeína reconstituye tanto la concentración de calcio en el citoplasma como la producción de fuerza (Eberstein y Sandow, 1963; Lannergren & Westerblad, 1989) y sugiere que una falla en el acoplamiento del proceso de excitación-contracción puede contribuir al desarrollo de la fatiga durante el ejercicio. Este fallo de acoplamiento parece ser el mayor factor limitante de la fuerza al final pero no al principio en la contracción que produce fatiga en fibras individuales de ranas y ratones estimuladas eléctricamente (Allen, 1995).

Rol de la Acumulación de Fosfatos Inorgánicos

Existen razones para creer que los cambios metabólicas asociados con la fatiga empeoran la liberación de calcio desde el reticulo sarcoplasmatico (RS). La concentración citosolica de fosfatos inorgánicos (Pi) se incrementa durante el ejercicio intenso a medida que disminuye la concentración de PCr. Fryer et al. (1977), demostraron que la liberación de calcio desde el RS disminuye cuando se incrementa el Pi. Dahlstedt y Westerblad (2001), demostraron que la disminución en la concentración de Pi evitó la disminución en la liberación de calcio. Estos resultados coinciden con la hipótesis que plantea que el calcio se precipita con el Pi en el interior del RS durante la fatiga y por ello disminuye la liberación de calcio.

Rol de la Acidosis

Se ha sugerido que la acidosis puede promover una disminución en la liberación de calcio desde el RS, pero un efecto directo de la acidosis sobre este mecanismo parece poco probable ya que se ha demostrado en fibras individuales que la acidosis no afecto la liberación de calcio (Lamb et al., 1992).

Rol de la Disminución de Glucógeno

La depleción de glucógeno causa fatiga mediante la disminución en la tasa de resíntesis de ATP (fatiga metabólica), pero existe evidencia de que el glucógeno tiene un rol en el mantenimiento de la integridad y función de algunas organelas en el citoplasma (Fitts, 1996). En un estudio en el que se limitó la resíntesis de glucógeno luego de la contracción muscular, mediante la remoción de la glucosa extracelular en fibras individuales de un ratón, la recuperación de la fuerza estuvo incompleta y se encontró una menor liberación y sensibilidad al calcio (Chin y Allen, 1997). Por ello parece que el glucógeno muscular es importante en el mantenimiento de la excitabilidad muscular, posiblemente debido a un rol estructural de los polímeros de glucógeno asociados al RS (Barnes et al., 2001).

Rol de la Acumulación de Potasio Intersticial

Durante la actividad contráctil, el potasio es liberado desde el interior de la fibra muscular hacia el intersticio mediante canales de K+ dependientes de voltaje activados durante la propagación del potencial de acción. El K+ también puede ser liberado durante el ejercicio mediante canales de K+-ATP (Nielsen et al., 2003). Una continua migración de K+ desde el músculo en contracción, junto a una limitada reincorporación de K+ hacia el interior de la fibra muscular, y una baja liberación de K+ hacia la vena promoverá un progresivo incremento de K+ intersticial, que podría estar involucrado en el desarrollo de la fatiga. Fitts (1994), propuso que el incremento en la concentración de K+ intersticial puede desmejorar la excitabilidad de la membrana muscular. Recientemente se ha demostrado que la concentración de K+ intersticial (K+int) en el músculo esquelético humano puede alcanzar valores superiores a los 12 nmol•L-1 durante el ejercicio intermitente de alta intensidad (Nordsborg et al., 2003), valor que es considerablemente mayor a las concentraciones que reducen la contractilidad de fibras musculares aisladas. Es probable que no sólo la acumulación de K+int causa fatiga en el músculo humano, sino también una disminución en el K+ intracelular (K+cit) y una simultánea acumulación de Na+ intracelular junto a la disminución de Na+ extracelular, situación promovida por la translocación del Na+ (Aagaard y Bangsbo, 2006). Estos cambios conjuntos llevan a un incremento significativo (menos negativo) en el potencial eléctrico de la membrana que se calcula que puede estar a más de - 60 MV in vivo. A tan alto potencial se ha reportado una gran reducción en la fuerza de contracción tetánica in vitro, que se explica en parte por una reducción en la liberación de calcio.

Como se ha comentado, durante el ejercicio el potasio también puede ser liberado por canales de K+- ATP que se encuentran en el músculo. Estos canales son inhibidos por ATP, y este efecto es revertido por la disminución del pH. Por ello, los canales de K- ATP pueden ser activados por el incremento en la concentración de protones lo que aumentará la [K+int] contribuyendo al desarrollo de la fatiga. De esta manera la acidosis podría contribuir de manera indirecta a la fatiga (Nielsen et al., 2003).

También se ha sugerido que el daño mecánico de los componentes estructurales del RS y de los tútbulos T puede ser otro factor importante que desmejore la liberación y el consumo de calcio desde el RS (Sahlin, 2006).

Mecanismos periféricos que pueden promover una disminución en la Producción de Fuerza

Los mecanismos para la reducción de fuerza pueden dividirse en tres componentes: una reducida liberación de calcio, una disminución en la sensibilidad al calcio, y una reducción de la producción de fuerza con niveles saturados de calcio (Allen, 1995). El primer componente ya fue discutido con anterioridad. Una disminución a la sensibilidad del calcio se observó en fibras musculares cuando fueron expuestas a la acidosis (Metszger y Moss, 1987). La concentración de calcio requerida para producir el 50% de la fuerza máxima se incremento más de 5 veces cuando el pH muscular disminuyó desde 7,0 a 6,2 (Metszger y Moss, 1987).

Se han propuesto dos mecanismos para explicar la reducción de fuerza con niveles saturados de calcio en la fibra muscular, uno es la acidosis y el otro el incremento en la concentración de Pi. Sin embargo, varios estudios han demostrado que la acidosis no reduce la fuerza máxima en vivo. Durante, los primeros minutos de recuperación luego de una contracción estática hasta el agotamiento, la fuerza se recupera rápidamente más allá de una elevada acidosis muscular (Sahlin y Ren, 1989). No obstante, estudios en animales y en el músculo humano han demostrado que la disminución en la fuerza correlaciona más fuertemente con los Pi diprotonados, que con los Pi totales (Wilson et al., 1998; Dawson 1988; Cooke y Pate, 1985), lo cual sugiere que la acidosis puede potenciar de manera indirecta una disminución en la producción de fuerza. Además, la acidosis puede interferir con la resíntesis de ATP (disminuyendo la tasa glucolítica) y por ello indirectamente influenciando la producción de fuerza por una acumulación de los productos de hidrólisis del ATP (ADP y Pi).

Mecanismos Periféricos que pueden Disminuir la Máxima Velocidad de Acortamiento Muscular

Coke y Pate (1985) concluyeron que los incrementos en la concentración de protones y ADP fueron importantes para la reducción de la velocidad máxima, mientras que el incremento en Pi no tuvo efecto. Sin embargo, estudios más recientes indican que el efecto que la acidosis no promovió fatiga a temperaturas más fisiológicas (Westerblad et al., 1997). La estimulación de las fibras musculares del ratón con diferentes duraciones del tetano y con inhibición de la CK indicó que la deficiencia energética fue el factor más importante en la reducción de la velocidad de contracción muscular (Westerblad et al., 1998).