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FISIOLOGÍA MUSCULAR: ¿QUÉ PAPEL JUEGA EL MAGNESIO EN ELLA?

Introducción

Conviene recordar que el magnesio (Mg) es el segundo catión más prevalente dentro de las células y el cuarto a nivel corporal. Juega un papel fundamental en gran cantidad de procesos bioquímicos y metabólicos primarios dentro de la célula, incluidas funciones críticas como la fosforilación oxidativa, la producción, el almacenamiento y la transferencia de energía, la glucólisis y la síntesis de proteínas (transcripción, traducción y estabilización ribosómica del ADN) y ácidos nucleicos (1, 2).

El contenido corporal de Mg se regula de forma fisiológica a través de tres mecanismos: absorción intestinal del Mg incorporado de la dieta, reabsorción/excreción renal e intercambio desde las reservas de magnesio presentes en los huesos. El Mg puede derivarse del hueso, músculos y otros órganos internos para mantener unos niveles normales de Mg sérico cuando su ingesta es insuficiente (3).

A nivel energético, es capaz de formar complejos con el ATP (ATP-Mg) adoptando una conformación que favorece la cesión del grupo fosfato, como cuando el ATP se emplea durante la contracción muscular, o en otros procesos que consuman energía o de fosforilación. De hecho, la mayoría del magnesio intramuscular se encuentra unido al ATP y proteínas.

En los últimos 30 años, se ha podido evidenciar que la hipomagnesemia y/o la deficiencia crónica de magnesio, pueden provocar alteraciones en gran cantidad de órganos, pudiendo contribuir en o empeorar enfermedades, y pudiendo causar complicaciones potencialmente fatales. (3) Por lo tanto, el estudio de los procesos donde participa fisiológicamente el Mg puede ayudar a entender o predecir posibles efectos de los desniveles de las concentraciones de este en el organismo.

En el presente artículo, vamos a explorar el papel que juega el Mg en el músculo esquelético (ME), donde su presencia es fundamental. Aproximadamente un 25% del magnesio corporal se encuentra en el ME.

Papel fisiológico del Magnesio en el músculo esquelético.

Los músculos consisten en un entramado de tejidos formados por células denominadas miofibras, que tienen la capacidad de contraerse, permitiendo así la generación de fuerza o movimiento (4). Dentro de esta denominación, podemos distinguir 3 tipos diferentes de músculos: esquelético, liso y cardíaco. En el artículo de hoy, vamos a centrarnos en el músculo esquelético.

El ME está unido a los huesos a través de tendones. Es el encargado de realizar los movimientos voluntarios de nuestro organismo. Por lo tanto, será al que nos refiramos en acciones como correr, sonreir, hacer deporte…pero también los que participan en el mantenimiento de la postura y al equilibrio, o incluso el mantenimiento de la temperatura corporal (5). Múltiples miofibras envueltas por otra delgada capa de tejido conectivo (perimisio) forman un haz de fibras; y varios de estos haces se unen a un tendón en cada extremo formando el músculo, rodeado por una membrana llamada epimisio (4).

Vamos a explorar el papel del Mg en ME, dejando para el final su importancia durante el proceso de contracción.

Miogénesis, o formación del músculo.

La miogénesis es el proceso por el cual se forman los músculos. Para entender la implicación del magnesio en este proceso, se emplearon células C2C12 como modelo in vitro. Con ello se ha demostrado que concentraciones extracelulares apropiadas de Mg son críticas para asegurar una miogénesis adecuada, y concentraciones no fisiológicas (tanto excesivamente altas, como bajas) de Mg inducen estrés oxidativo (6). Esto inhibiría la fusión de membranas de los mioblastos, perjudicando la formación de miotubos, células precursoras de la fibra muscular esquelética.

Además, cabe recordar la estrecha relación existente entre el catión calcio (Ca) y el catión Mg en nuestro organismo. En esta ocasión, el catión Ca es fundamental para la formación de miotubos. El correcto equilibrio entre Ca y Mg es vital para garantizar una adecuada regeneración muscular, ya que de esta dependerá el tamaño de los miotubos que se formen (5).

También se ha podido observar cómo el aporte de magnesio ha promovido la regeneración muscular, conserva la masa muscular y fuerza, como destacan Liu Y. et al (7). Esto se ha observado en población mayor y se ha podido ver que ocurre a través de la vía de señalización molecular AMPK/mTOR, donde la activación de mTOR estimula genes miogénicos (genes encargados de la miogénesis) relevantes, como son Myf5, Myod, Myog. En la Figura 1, podemos observar fácil y esquemáticamente como la activación de mTOR activa finalmente la diferenciación miogénica y bloquea la pérdida de masa muscular en estos músculos esqueléticos. Además, en esta misma figura, podemos observar también un hecho que ya hemos mencionado, la unión intracelular entre el catión Mg y el ATP.

Img1

Figura 1: Activación de mTOR. Consultado el 17/01/2025. Extraído de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S875632822100048X?via%3Dihub

También en ancianos se ha observado una reducción del factor de crecimiento insulínico 1 (IGF-1), derivando en una disminución de la fosforilación de Akt. Frente a este acontecimiento, al contrarrestar el Mg dicha disminución de la fosforilación, podría contar con un papel importante en la supresión de la atrofia.

Composición de las miofibras.

De manera simplificada, las miofibras se componen de multitud de miofibrillas que se extienden a lo largo de estas células. Estas miofibrillas se componen de filamentos gruesos y finos, intercalados entre sí y que forman los sarcómeros, también conocida como unidad contráctil.

Recurso 1: MIOFIBRILLA | Qué es, dónde se encuentra, componentes y cuál es su función.
FisioOnline. https://www.youtube.com/watch?v=w8TSm3mLvlg

Sobre el papel del Mg en la miofibra, hay que destacar principalmente la labor de este a nivel mitocondrial. Su presencia es vital para el funcionamiento de subunidades del complejo de la cadena de transporte de electrones, en la membrana mitocondrial; y por lo tanto para la síntesis de ATP (que recordamos, su forma activa es unido a Mg). A su vez, también se requiere para la activación de enzimas mitocondriales (ej. citocromo C oxidasa, ver figura 2). Son necesarios unos niveles adecuados de Mg para una función mitocondrial adecuada a nivel celular (5).

Img2

Figura 2: Importancia del magnesio en el metabolismo celular. Consultado el 18/01/2025.
Extraído de https://www.jle.com/en/revues/mrh/e-docs/the_central_role_of_magnesium_in_skeletal_muscle_from_myogenesis_to_performance_351319/article.phtml?tab=t exte

Además, destaca su papel sobre el metabolismo glucídico y la acción insulínica. Lo podemos encontrar por ejemplo a nivel de la enzima piruvato quinasa, cuya reacción es dependiente de Mg; o en la activación de la enzima piruvato deshidrogenasa, enzima fundamental que supone un punto de convergencia entre el metabolismo de la glucosa y el lipídico. Así mismo, el Mg regula la sensibilidad de la insulina (a través de la vía de la PI3K/Akt en la cascada de señalización del receptor de insulina (INSR) (8). Se ha visto que niveles bajos de Mg afectan negativamente a la actividad de la tirosina-quinasa del INSR, inhibiendo la cascada y por lo tanto empleándose en menor medida esa glucosa como sustrato en la obtención de energía. Las consecuencias observadas preclínicamente han sido la regulación negativa del gen que codifica el transportador de glucosa GLUT4, expresión negativa de la enzima citrato sintasa y alteración en el metabolismo lipídico (5, 9).

Contracción muscular.

La contracción en el músculo esquelético es un proceso que, de forma simplificada, involucra tanto la llegada de un impulso nervioso a la unión neuromuscular, la trasmisión de este a través de neurotransmisores (acetilcolina, ACh) que interaccionan con sus respectivos receptores en la miofibra, la consiguiente despolarización de la membrana de la miofibra y finalmente el inicio del potencial de acción en esta. Este, va a ocasionar cambios conformacionales en algunos receptores, concluyendo en la liberación de cationes de Ca desde el retículo sarcoplásmico de la miofibra. Es decir, llegados a este punto, se obtiene que con la llegada de un impulso nervioso al músculo, la concentración citoplasmática de la miofibra va a aumentar a partir de las reservas principalmente del retículo.

El catión Ca tiene un papel protagonista y es esencial para la contracción que se producirá en el músculo, ya que se unirá a los filamentos de actina (aumentando más la afinidad de estos por Ca y haciendo que posteriormente se unan más Ca), dando un cambio conformacional en la troponina, desplazando la tropomiosina de los sitios de unión a la miosina y permitiendo finalmente la unión de la miosina al filamento de actina (5). Para ello, será necesario consumir también energía (ATP). En el recurso 2, se muestra el proceso en forma de animación y más detalladamente.

Recurso 2: Mecanismo de la contracción muscular. Dr. Luca Merlini. https://www.youtube.com/watch?v=C4fmTtO1bbo

Con respecto al Mg, este participa a diferentes niveles en todo este proceso (5):

  • Tiene capacidad de unirse al sitio donde lo hace el Ca en los filamentos de actina, con menor afinidad que el En condiciones de reposo, la concentración de Mg es 1000 veces mayor a la de Ca. De esta forma, el Mg ocupa todos estos sitios de unión, evitando que la contracción se dé. Cuando el impulso nervioso llega, el Ca desplaza al Mg y la contracción ocurre. Si los niveles de Mg son bajos, dado su papel bloqueador de la contracción en condiciones de reposo, puede aparecer hipercontractilidad muscular, como calambres y espasmos.
  • Participa tanto en la biogénesis de ATP, como en su hidrólisis.
  • Participa en la apertura de los canales que permiten la liberación de Ca 2+desde el retículo sarcoplásmico, que previamente hemos
  • Es necesario en el proceso de bombear Ca2+ de vuelta al retículo sarcoplásmico una vez ha finalizado el proceso de contracción

Por lo tanto, el Mg es necesario tanto en condiciones de reposo como en condiciones de ejercicio donde ocurre la contracción muscular (10).

Conclusiones

Después de este breve repaso por la fisiología del músculo estriado, podemos concluir que el Mg tiene un papel relevante a distintos niveles, ya sea durante la formación o restauración del músculo, en su estructura y normal funcionamiento celular y metabólico o durante la contracción.

Muchos de los procesos vistos, aun explicados dentro del contexto de la célula muscular, son comunes para otros muchos tejidos, como por ejemplo su participación a nivel mitocondrial. Sin embargo, el músculo estriado tiene unas características que hacen interesantes haberlas destacado aquí. Estas son su alta necesidad de energía, su alta tasa metabólica para obtenerla o transformarla y la alta necesidad de síntesis de biomoléculas. Por lo tanto, en el músculo, van a ser más activos procesos que involucren la producción de ATP o su hidrólisis que en otros tejidos, debido a su actividad. Dada las numerosas relaciones vistas entre estos procesos y el Mg, podemos concluir que su papel fisiológico en el músculo estriado lo hace un elemento esencial, y entender que los efectos de unos niveles inadecuadamente bajos (al igual que altos) pueden comprometer la actividad muscular.

Bibliografía

(1) Souza A, Vasconcelos A, Dias D, Komoni G, Name The integral role of magnesium in muscle integrity and aging: A comprehensive review. Nutrients [Internet]. 2023 [citado el 16 de enero de 2025];15(24):5127. Disponible en: https://www.mdpi.com/2072-6643/15/24/5127?trk=public_post_comment-text

(2)Castiglioni S, Mazur A, Maier The central role of magnesium in skeletal muscle: from myogenesis to performance. Magnes Res 2024; 37(1): 1-11. doi: 10.1684/mrh.2024.0526

(3) Fiorentini D, Cappadone C, Farruggia G, Prata C. Magnesium: Biochemistry, nutrition, detection, and social impact of diseases linked to its deficiency. Nutrients [Internet]. 2021 [citado el 22 de enero de 2025];13(4):1136. Disponible en: https://www.mdpi.com/2072-6643/13/4/1136

(4) MORFOLOGIA DEL MUSCULO ESQUELETICO. Unam.mx. [citado el 16 de enero de 2025]. Disponible en: http://www.facmed.unam.mx/Libro-NeuroFisio/10- Sistema%20Motor/10a-Movimiento/Textos/MuscAnatomia.html#:~:text=Las%20c%C3%A9lulas%20que%20forman%20el,una%20membrana%20plasm%C3%A1tica%20llamada%20sar colema

(5) ¿Qué es el Sistema Muscular? Diccionario Médico. Clínica U. Navarra [Internet]. https://cun.es. [citado el 16 de enero de 2025]. Disponible en: https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/sistema-muscular

(6) Zocchi M, Béchet D, Mazur A, Maier JA, Castiglioni Magnesium influences membrane fusion during myogenesis by modulating oxidative stress in C2C12 myoblasts. Nutrients [Internet]. 2021 [citado el 17 de enero de 2025];13(4):1049. Disponible en: https://www.mdpi.com/2072-6643/13/4/1049

(7) Liu Y, Wang Q, Zhang Z, Fu R, Zhou T, Long C, et Magnesium supplementation enhances mTOR signalling to facilitate myogenic differentiation and improve aged muscle performance. Bone [Internet]. 2021;146(115886):115886.    Disponible       en: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S875632822100048X

(8) Piuri G, Zocchi M, Della Porta M, Ficara V, Manoni M, Zuccotti GV, et Magnesium in obesity, metabolic syndrome, and type 2 diabetes. Nutrients [Internet]. 2021 [citado el 20 de enero de 2025];13(2):320. Disponible en: https://www.mdpi.com/2072-6643/13/2/320

(9) Bayle D, Coudy-Gandilhon C, Gueugneau M, Castiglioni S, Zocchi M, Maj- Zurawska M, et Magnesium deficiency alters expression of genes critical for muscle magnesium homeostasis and physiology in mice. Nutrients [Internet]. 2021 [citado el 20 de enero de 2025];13(7):2169. Disponible en: https://www.mdpi.com/2072-6643/13/7/2169

(10) Mathew AA, Panonnummal ‘Magnesium’-the master cation-as a drug—possibilities and evidences. Biometals [Internet]. 2021;34(5):955–86. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1007/s10534-021-00328-7

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Recursos:

 

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