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. Por lo general, se usa 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 la sección transversal de un músculo perpendicular a su eje longitudinal. En un músculo no pennado, las fibras son paralelas al eje longitudinal y, por tanto, PCSA y ACSA coinciden.
Definición
Una ventaja de los músculos pinnados 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 en 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 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 el número de fibras musculares en el músculo. El área total de las secciones transversales perpendiculares a las fibras musculares proporciona una mejor estimación (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]
donde ρ es la densidad del músculo:
PCSA aumenta con el ángulo de separación y con la longitud del músculo. En un músculo pennado, PCSA siempre es más grande que ACSA. En un músculo no pennado, 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 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]
Sin embargo, solo se puede usar un componente de esa fuerza para tirar del tendón en la dirección deseada. Este componente, que es la verdadera fuerza del músculo (también llamado fuerza del tendón [6] ), se ejerce a lo largo de la dirección de acción del músculo: [6]
El otro componente, ortogonal a la dirección de acción del músculo (fuerza ortogonal = fuerza total × sinΦ) 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 solamente. 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 cambios en el grosor de la fibra (PCSA) o el tipo de fibra. En este caso, un aumento de masa no produce un aumento de fuerza.
A veces, 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 espesor, no al aumento de masa. Por ejemplo, en algunas etapas del desarrollo físico, el aumento de masa puede deberse tanto a un aumento de PCSA como a la longitud de la fibra. 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 la fibra, y la longitud de la fibra no tiene ningún efecto sobre la fuerza muscular.
Definición alternativa
En 1982 , Sacks & Roy introdujo una definición diferente de PCSA, denominada aquí PCSA 2 , para facilitar la comparación con la definición anterior: [7]
La comparación muestra que
en un músculo pennado, ya que es siempre 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 formas:
- Proyección de PCSA (línea verde en la figura 1) en el plano anatómico de la sección transversal (línea azul). [8]
- ACSA de un músculo no pinnado con la misma fuerza que el músculo pinnado. [9]
Esto implica que, en un músculo como el de la figura 1A, PCSA 2 coincide con 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:
Actualmente, algunos autores siguen usando la definición original de PCSA, [5] [6] probablemente debido a su interpretación geométrica intuitivamente atractiva (figura 1).
Referencias
- ^ Fuerza y área transversal del músculo esquelético humano
- ^ C. Gans (1982). Arquitectura de fibras y función muscular. Reseñas de Ciencias del Deporte y el Ejercicio. 10: 160–207.
- ^ E. Otten (1988). Conceptos y modelos de arquitectura funcional en músculos esqueléticos. Reseñas de Ciencias del Deporte y el Ejercicio. 16: 89-137.
- ^ 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.
- ↑ a b 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.
- ↑ a b c d Maganaris CN, Baltzopoulos V. (2000). Mecánica in vivo de la máxima contracción muscular isométrica 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.
- ↑ a b c R.D. Sacks, RR Roy (1982). Arquitectura de los músculos de las extremidades posteriores de los gatos: significado funcional. Revista de morfología, 185-195.
- ^ 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.
- ^ 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.