Área transversal fisiológica

Área perpendicular a la dirección de la fibra

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

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

Definición

Una ventaja de los músculos pennados es que se pueden agrupar más fibras musculares en paralelo, lo que permite que el músculo produzca más fuerza, aunque el ángulo de la fibra con 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 transversal del músculo (línea azul en la figura 1, también conocida como área transversal anatómica o ACSA) no representa con precisión el número de fibras musculares en el músculo. Se proporciona una mejor estimación mediante el área total de las secciones transversales perpendiculares a las fibras musculares (líneas verdes en la figura 1). Esta medida se conoce como área transversal fisiológica (PCSA) y se calcula y define comúnmente mediante la siguiente fórmula, desarrollada en 1975 por Alexander y Vernon: ^{[4] [5] [6]}

${\displaystyle {\text{PCSA}}={{\text{muscle volume}} \over {\text{fiber length}}}={{\text{muscle mass}} \over {\rho \cdot {\text{fiber length}}}},}$

donde ρ es la densidad del músculo:

${\displaystyle \rho ={{\text{muscle mass}} \over {\text{muscle volume}}}.}$

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

Estimación de la fuerza muscular a partir de la PCSA

La fuerza total ejercida por las fibras en su dirección oblicua es proporcional a la 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]

${\displaystyle {\text{Total force}}={\text{PCSA}}\cdot {\text{Specific tension}}}$

Sin embargo, sólo un componente de esa fuerza puede utilizarse 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]

${\displaystyle {\text{Muscle force}}={\text{Total force}}\cdot \cos \Phi }$

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 aprieta el músculo, tirando de sus aponeurosis una hacia la otra.

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

En ocasiones, el aumento de masa se asocia a un aumento de grosor. Solo en este caso tendrá algún efecto sobre la fuerza de las fibras, 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 de la PCSA como de la longitud de las fibras. Incluso en este caso, la fuerza muscular no aumenta tanto como la masa muscular, porque el aumento de masa se produce en parte por una variación de la longitud de las fibras, y la longitud de las fibras no tiene efecto sobre la fuerza muscular.

Definición alternativa

En 1982 , Sacks y Roy introdujeron una definición diferente de PCSA, denominada en adelante PCSA _{2 , para facilitar la comparación con la definición anterior:} ^[7]

${\displaystyle {\text{PCSA}}_{2}={{\text{muscle volume}}\cdot \cos \Phi \over {\text{fiber length}}}={{\text{muscle mass}}\cdot \cos \Phi \over {\rho \cdot {\text{fiber length}}}},}$

La comparación muestra que

${\displaystyle {\text{PCSA}}_{2}={\text{PCSA}}\cdot \cos \Phi .}$

En un músculo pennado, dado que PCSA 2 siempre es menor que 1, PCSA ₂ siempre es menor que PCSA. 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: ${\displaystyle \cos \Phi }$

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

Esto implica que, en un músculo como el de la figura 1A, la PCSA ₂ coincide con la 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:

${\displaystyle {\text{Muscle force}}={\text{PCSA}}_{2}\cdot {\text{Specific tension}}}$^[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 transversal del músculo esquelético humano
2. C. Gans (1982). Arquitectura de las fibras y función muscular. Reseñas de la ciencia del ejercicio y el deporte. 10:160–207.
3. E. Otten (1988). Conceptos y modelos de arquitectura funcional en los músculos esqueléticos. Reseñas de la ciencia del ejercicio y el deporte. 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. Narici MV, Landoni L., Minetti AE (1992). Evaluación de la tensión de los músculos extensores de la rodilla humana a partir de mediciones de fuerza y ​​área transversal fisiológicas in vivo. Revista Europea de Fisiología Aplicada y Fisiología Ocupacional. 65(5):438–444.
6. 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 muscular específica. En Herzog W. (Ed). Mecánica del músculo esquelético: de los mecanismos a la función. Wiley & Sons Ltd, págs. 267-288.
7. RD Sacks, RR Roy (1982). Arquitectura de los músculos de las extremidades traseras de los gatos: importancia funcional. Journal of Morphology, 185–195.
8. Esto se debe a que el ángulo entre los planos transversales anatómico y fisiológico (ángulo entre la línea azul y la línea verde en la figura 1) coincide con Φ, por definición.
9. En un músculo no pennado, ACSA = Fuerza muscular / Tensión específica, y Fuerza muscular = PCSA ₂ × Tensión específica, por lo tanto, PCSA ₂ = Fuerza muscular / Tensión específica = ACSA.