Área transversal fisiológica

Área perpendicular a la dirección de la fibra.

Figura 1 Disposiciones de las fibras musculares penadas. Las líneas verdes representan PCSA; las líneas azules representan 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 grande. Normalmente se utiliza para describir las propiedades de contracción de los músculos penados . ^[1] No es lo mismo que el área de sección transversal anatómica (ACSA), que es el área de sección transversal de un músculo perpendicular a su eje longitudinal. En un músculo no pennate las fibras son paralelas al eje longitudinal, por lo que PCSA y ACSA coinciden.

Definición

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

El área de la sección transversal del músculo (línea azul en la figura 1, también conocida como área de la sección transversal anatómica o ACSA) no representa con precisión la cantidad 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 comúnmente se calcula y define 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:

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

PCSA aumenta con el ángulo de pennación y con la longitud del músculo. En un músculo penado, el PCSA es siempre mayor que el ACSA. En un músculo no pennate coincide con ACSA.

Estimación de la fuerza muscular a partir de 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 se puede utilizar una componente de esa fuerza para tirar del tendón en la dirección deseada. Este componente, que es la verdadera fuerza muscular (también llamada fuerza tendinosa ^[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.

Observe 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 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 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 cambios en el grosor de las fibras (PCSA) o 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 espesor. Sólo que en este caso tendrá algún efecto sobre la fuerza de la fibra, pero este efecto será proporcional al aumento de espesor, no al aumento de masa. Por ejemplo, en algunas etapas del desarrollo físico, el aumento de masa puede deberse tanto a un aumento del 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 en la longitud de las fibras, y la longitud de las fibras no tiene ningún efecto sobre la fuerza muscular.

Definición alternativa

En 1982, Sacks & Roy introdujo una definición diferente de PCSA, aquí denominada 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 penado, dado que siempre es menor que 1, PCSA ₂ siempre es menor que PCSA. Por lo tanto, no puede describirse 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 de sección transversal anatómica (línea azul). ^[8]
2. ACSA de un músculo no penado con la misma fuerza que el músculo penado. ^[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 manera 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 de sección transversal del músculo esquelético humano
2. C. Gans (1982). Arquitectura de fibras y función muscular. Reseñas de ciencias del ejercicio y el deporte. 10:160–207.
3. E. Otten (1988). Conceptos y modelos de arquitectura funcional en músculos esqueléticos. Reseñas de ciencias del ejercicio y el deporte. 16:89–137.
4. R. McN. Alejandro, 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 del estrés de los músculos extensores de la rodilla humana a partir de mediciones de fuerza y ​​área de sección transversal fisiológica 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 específica del músculo. En Herzog W. (Ed.). Mecánica del músculo esquelético: de los mecanismos a la función. Wiley & Sons Ltd, páginas 267-288.
7. RD Sacks, RR Roy (1982). Arquitectura de los músculos de las extremidades posteriores de los gatos: importancia funcional. Revista de Morfología, 185-195.
8. Esto se debe a que el ángulo entre los planos de sección transversal 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 pennate, ACSA = Fuerza muscular / Tensión específica y Fuerza muscular = PCSA ₂ × Tensión específica, por lo tanto PCSA ₂ = Fuerza muscular / Tensión específica = ACSA.