Velocidad de acortamiento y fuerza de contracción óptima para la mayor expresión de fuerza
La velocidad máxima de acortamiento viene determinada por la velocidad con que la miosina es capaz de interaccionar repetidamente con los filamentos delgados. Es decir, la velocidad con que la miosina es capaz de unirse a la actina, producir el desplazamiento del filamento delgado, desprenderse del ADP y del Pi, fijar nuevamente ATP y separarse del filamento delgado para iniciar nuevamente este ciclo. (1)
La velocidad máxima de acortamiento, corregida para el efecto de la longitud del músculo, depende de la actividad ATPasa, o velocidad con que la miosina hidroliza el ATP y transforma la energía liberada en energía mecánica. Es importante señalar que la actividad miosina ATPasa viene determinada, principalmente, por la clase de isoforma de cadena pesada de la miosina expresada en la fibra muscular, siendo la jerarquía de velocidades fibras IIb > IIx > IIa > I. En el músculo humano se han observado diferencias en velocidad máxima de acortamiento entre fibras de hasta más de 20 veces. El tipo de isoforma de cadena ligera de la miosina que se expresa en las fibras musculares también puede influir en la actividad miosina ATPasa, pero en menor medida (2, 3, 4).
El tipo de isoformas de las cadenas pesadas de la miosina presentes en las fibras musculares viene determinada, entre otros factores, por la solicitación mecánica y, por lo tanto, varía con el entrenamiento. Lo que da nota a entender la importancia de trabajar la fuerza con cargas pesadas y una acción concentrica rápida si se quiere estimular motoneuronas de mayor umbral y estimular fibras de contracción rápida ( obtener mayor fuerza aplicada).
Velocidad de acortamiento y sus variaciones
La velocidad de acortamiento muscular varía inversamente con respecto a la fuerza. La relación entre fuerza muscular y velocidad de acortamiento se expresa generalmente mediante la ecuación de Hill (1938), que corresponde a una hipérbola rectangular:
(F + a) x (V + b) = (Fo + a) x b📜.
Hill (1938)
Donde (Fo) es la fuerza isométrica máxima (o sea, la intersección de la curva fuerza-velocidad con el eje de fuerza) y a y b son constantes cuyos valores varían según el músculo considerado, finalmente, V es la velocidad y F la fuerza. (5)
La ecuación de Hill predice con bastante fiabilidad el comportamiento mecánico de la mayoría de los músculos en el rango medio de fuerza y velocidad, pero falla tanto en fuerzas próximas a la fuerza isometrica máxima, como en fuerzas de muy baja intensidad. El producto de la velocidad de acortamiento por la fuerza desarrollada durante el acortamiento, nos da la potencia mecánica. La fuerza de contracción óptima (Fopt) para poder alcanzar la potencia máxima, viene dada por la ecuación:
Fopt = (- [a2 + {a · F0}])-a
La potencia máxima resulta del producto entre la Fuerza de contracción optima (Fopt) y la velocidad de acortamiento óptimo, que se obtiene sustituyendo en la ecuación de Hill F por Fopt.
En general, la potencia mecánica es máxima cuando el músculo se contrae a una velocidad de acortamiento de 0,3Vmax o frente a una carga de 0,3 Fo. No obstante, hay que señalar que estudios efectuados con fibras musculares aisladas de músculo gemelo humano han demostrado que la potencia óptima se alcanza frente a cargas equivalentes al 14, 20 y 25% de la potencia isometrica máxima en las fibras musculares tipo I, IIa y IIx (la fibra IIx corresponde a las fibras clasificadas anteriormente como IIb en los seres humanos), respectivamente (6).
Además, la potencia máxima de las fibras musculares IIx es el doble de la que alcanzan las fibras IIa y unas 10 veces superior a la que pueden desarrollar las fibras tipo I (Widrick y cols., 1996). (7). Aunque estas cifras son orientativas, demuestran que no sólo la potencia máxima que pueden desarrollar las fibras de contracción rápida es mayor que la que pueden desarrollar las fibras de contracción lenta, sino que además la alcanzan a un porcentaje mayor de la fuerza isométrica máxima y a velocidades de contracción superiores.
La eficiencia energética durante la contracción muscular, es decir, la relación entre el trabajo mecánico producido y la energía gastada, es mayor cuando el músculo se contrae a velocidades de acortamiento próximas a las que se alcanza la potencia máxima.
Consideraciones cobre la velocidad de acortamiento y la potencia muscular
En primer lugar, se ha comprobado que la velocidad de acortamiento no es constante, si no que disminuye hacia el final del acortamiento. Este comportamiento justifica un descenso en la potencia máxima de un 10 a un 20%, con respecto a los valores máximos que cabría esperar si el músculo se acortara sólo a su velocidad óptima durante todo el
proceso de acortamiento (7).
En segundo lugar, la activación y la relajación muscular no ocurren de forma instantánea. El tiempo durante el cual el músculo no está completamente activado al inicio del acortamiento reduce la potencia máxima alcanzable. Además, el tiempo durante el cual el músculo aún está semicontraído durante la fase de estiramiento, aumenta el trabajo necesario para volver a estirar ese músculo, disminuyendo el trabajo neto y la potencia media desarrollada en el ciclo. No obstante, en algunos tipos de ejercicio cíclico, como, por ejemplo, en la carrera, el estiramiento del músculo tiene lugar de forma pasiva (por acción de la fuerza de la gravedad).
Si los hemiciclos de acortamiento y estiramiento tuvieran la misma duración, y si el trabajo necesario para volver a estirar el músculo fuera despreciable, la potencia media del ciclo completo representaría sólo un 50% de la potencia desarrollada en la fase de acortamiento.
Durante la fase final del estiramiento el músculo se contrae al tiempo que aumenta su longitud, es decir, se contrae excéntricamente oponiéndose al estiramiento. La energía necesaria para restablecer la longitud inicial del músculo proviene, en parte, de la energía potencial acumulada en el ciclo anterior (por la elevación del centro de masas) y, en parte, de la energía cinética que proporcionó la contracción muscular precedente. Una fracción de esta energía se acumula en forma de energía potencial elástica. Parte de la energía potencial elástica es retornada durante la nueva fase de acortamiento, sumándose a la energía cinética que proporciona la nueva contracción muscular. La concatenación adecuada de ciclos estiramiento-acortamiento mejora la eficiencia de ciertas actividades cíclicas, como, por ejemplo, la carrera o los multisaltos. La realización de contramovimientos (es decir, de someter a estiramiento el músculo inmediatamente antes de la contracción muscular concéntrica) facilita un desplazamiento de la curva fuerza-velocidad hacia la derecha. (8, 9)
Cada músculo ha sido diseñado para alcanzar potencias y eficiencias máximas en sus rangos más importantes de velocidad…”
Hill (1950)
Conclusiones sobre velocidad de acortamiento y potencia muscular
Experimentalmente se ha constatado que el rango de velocidad de acortamiento más importante desde el punto de vista funcional in vivo se halla próximo a 0,3Vmax. En definitiva, la velocidad de contracción depende mucho del tipo de estímulo, este requiere de un entrenamiento que se adapte y atienda a sus características de reclutamiento y estímulo necesario. Por ultimo, la potencia máxima, determinada a partir de la curva fuerza-velocidad, sobreestima la potencia máxima real durante actividades cíclicas como correr, remar, nadar, pedalear, etc. Cada ciclo de actividad consta de dos fases sucesivas: una fase de acortamiento durante la cual el músculo realiza trabajo y otra fase de estiramiento, durante la cual se efectúa trabajo sobre el músculo para restablecer su longitud inicial.
Referencias Bibliográficas
- Hill AV. (1950) The dimensions of animals and their muscular dynamics. Sci Prog, 1950; 38:209-230.
- Larsson L, Moss R. L. (1993) Maximum velocity of shortening in relation to myosin isoform composition in single fibres from human skeletal muscles. J Physiol, 472:59.5-614.
- Schiaffino S, Reggiani C. Myosin isoforms in mammalian skeletal muscle. J Appl. Physiol, 1994; 77:493-501.
- Widrick J. J, Trappe S. W, Blaser C. A, Costill D. L, Fitts R. H. (1996). Isometric force and maximal shortening velocity of single muscle fibers from elite master runners. Am J Physiol. 271:C666-C675.
- Green S. A (1994). A definition and systems view of anaerobic capacity. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 69:168-173.
- Widrick J. J, Trappe S. W, Costill D. L, Fitts R. H. (1996). Force-velocity and force-power properties of single muscle fibers from elite master runners and sedentary men. Am J Physiol. 271:C676-C683.
- Josephson R. K. (1993). Contraction dynamics and power output of skeletal muscle. Annu Rev Physiol. 55:527-546.
- Krause S. M, Jacobus W. E. (1992). Specific enhancement of the cardiac myofibrillar ATPase by bound creatine kinase. J Biol Chem. 267:2480-2486.
- Calbet J. A, De Paz J. A, Garatachea N, Chavarren J. (2003). Anaerobicenergy provision does not limit Wingate exercise performance in endurancetrained cyclits. J Appl Physiol. 94:668-678.