Contracción muscular

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Contracción muscular

Las células musculares están altamente especializadas en una única tarea, la contracción, y es esta especialización en su estructura y función lo que convierte al músculo en el prototipo para el estudio del movimiento a nivel molecular y celular. 

Existen tres tipos distintos de células musculares en los vertebrados: músculo esquelético, responsable de todos los movimientos voluntarios; músculo cardíaco, que bombea la sangre desde el corazón; y músculo liso, responsable de los movimientos involuntarios de órganos tales como el estómago, intestino, útero y vasos sanguíneos. Tanto en el músculo esquelético como en el músculo cardíaco, los elementos contráctiles del citoesqueleto aparecen en estructuras altamente organizadas que dan lugar al patrón característico de estriaciones transversales. La caracterización de estas estructuras en el músculo esquelético es lo que nos ha permitido comprender la contracción muscular, y otros movimientos celulares basados en la actina, a nivel molecular.

Los músculos esqueléticos son haces de fibras musculares, que son células individuales grandes (de aproximadamente 50µm de diámetro y varios centímetros de longitud) formadas por la fusión de muchas células individuales durante el desarrollo. La mayor parte del citoplasma está constituido por miofibrillas, que son haces cilíndricos de dos tipos de filamentos:

- Filamentos gruesos de miosina (aproximadamente de 15nm de diámetro).
- Filamentos delgados de actina (alrededor de 7nm de diámetro).

Cada miofibrilla se estructura a modo de una cadena de unidades contráctiles llamadas sarcómeros, que son los responsables de la apariencia estriada de los músculos cardíaco y esquelético.
Los músculos esqueléticos son haces de fibras musculares, que son células individuales grandes (de aproximadamente 50µm de diámetro y varios centímetros de longitud) formadas por la fusión de muchas células individuales durante el desarrollo. La mayor parte del citoplasma está constituido por miofibrillas, que son haces cilíndricos de dos tipos de filamentos: filamentos gruesos de miosina (aproximadamente de 15nm de diámetro) y filamentos delgados de actina (alrededor de 7nm de diámetro). Cada miofibrilla se estructura a modo de una cadena de unidades contráctiles llamadas sarcómeros, que son los responsables de la apariencia estriada de los músculos cardíaco y esquelético.

Otras dos proteínas (titina y nebulina) también contribuyen a la estructura y estabilidad del sarcómero. La titina es una proteína extremadamente grande (3.000kDa), y se extienden moléculas individuales de titina desde la línea M hasta el disco Z. Estas largas moléculas de titina se cree que actúan como muelles que mantienen los filamentos de miosina centrados en el sarcómero y mantienen la tensión de reposo que permite al músculo retraerse si se extiende en exceso. Los filamentos de nebulina están asociados con la actina y se piensa que regulan el ensamblaje de los filamentos de actina actuando como reglas que determinan su longitud.

La base para comprender la contracción muscular es el modelo de deslizamiento de los filamentos, propuesto por primera vez en 1954 por Andrew Huxley y Ralph Niedergerke y por Hugh Huxley y Jean Hanson. Durante la contracción muscular, cada sarcómero se encoge, acercando los discos Z. La amplitud de la banda A no varía, pero tanto las bandas I como la zona H casi desaparecen por completo. Estos cambios se explican porque los filamentos de actina y miosina se deslizan uno sobre otro, por lo que los filamentos de actina ocupan la banda A y la zona H. Por lo tanto, la contracción muscular se debe a la interacción entre los filamentos de actina y miosina que genera el movimiento relativo de uno respecto al otro. La base molecular de esta interacción es la unión de la miosina a los filamentos de actina, lo que permite a la miosina funcionar como un motor que dirige el deslizamiento de los filamentos. 

El tipo de miosina presente en el músculo (miosina II) es una proteína muy grande (aproximadamente 500kDa) constituida por dos cadenas pesadas idénticas (alrededor de 200kDa cada una) y dos pares de cadenas ligeras (alrededor de 20kDa cada una). Cada cadena pesada consta de una cabeza globular y de una cola larga en α-hélice. Las colas en α-hélice de dos cadenas pesadas se enrollan un alrededor de la otra en una estructura de espiral enrollada (coiled-coil) para formar un dímero, y dos cadenas ligeras se asocian con el cuello de cada región de la cabeza para formar la molécula completa de miosina II.

Mecanismo molecular de la contracción:


 Cuando ocurre la contracción muscular, los filamentos de actina se aproximan por sus extremos hasta llegar a superponerse ambos. Las membranas z se aproximan unas a otras, disminuyendo así la longitud del sarcómero.

 El estimulo nervioso viaja hasta llegar a la membrana de la fibra muscular, provocando la liberación de grandes cantidades de iones calcio hacia el sarcoplasma que libera las miofibrillas. El calcio activa las fuerzas de cohesión molecular puenteando las cadenas de actina y miosina de esta manera:

 La miosina presenta sus "puentes" (constituido por cadenas polipeptídicas) en condiciones de "reposo", es decir, en un estado de distensión, a causa de la repulsión de las cargas negativas(-) presentes en las extremidades; el ADP presente en la superficie de la actina, y el atp presente en la extremidad del puente de la miosina, dotados de una carga negativa, son unidos por iones calcio dotados de dos cargas positivas (++).  Tales iones están disponibles para la actinia y la miosina, las dos proteínas que intervienen en el fenómeno de la contracción cuando llega el impulso nervioso que la estimula; este, de hecho, modifica la membrana que envuelve la miofibrilla, de manera que la hace permeable a los iones calcio. El puente, que en condiciones de reposo de puede comparar a un muelle distendido, se reduce a causa de la neutralización de las cargas (de hecho, las dos cargas positivas se neutralizan con las negativas) y así acerca también la actinia a la miosina: la miofibrilla se contrae.

 Una enzima especial presente en la miosina, la adenisintrifosfatasa (ATPasa), separa el ATP en ADP y fosfato; el ion calcio se separa, mientras la actinia y la miosina se alejan entre ellas. El ADP y el puente vuelve nuevamente a su condición primitiva de distensión.  Los distintos procesos indicados anteriormente ocurren a lo largo de los mismos filamentos, en tiempos sucesivos.

 Este mecanismo de la contracción seguirá ocurriendo mientras haya iones calcio en el ambiente circundante.
El "rigor mortis", se debería al establecimiento de enlaces permanentes entre actinia y miosina, es decir, al hecho de que no existiría ya la posibilidad de descomponer el ATP.

Características, estructura y funciones de las articulaciones

Una articulación es la unión entre dos o más huesos, un hueso y cartílago o un hueso y los dientes.
La parte de la anatomía que se encarga del estudio de las articulaciones es la artrología. Las funciones más importantes de las articulaciones son de constituir puntos de unión entre los componentes del esqueleto (huesos, cartílagos y dientes) y facilitar movimientos mecánicos (en el caso de las articulaciones móviles), proporcionándole elasticidad y plasticidad al cuerpo, permitir el crecimiento del encéfalo, además de ser lugares de crecimiento (en el caso de los discos epifisiarios).
Para su estudio las articulaciones pueden clasificarse en dos enormes clases:


Por su estructura (morfológicamente)
Morfológicamente, los diferentes tipos de articulaciones se clasifican según el tejido que las une en varias categorías: fibrosas, cartilaginosas, sinoviales o diartrodias.

Por su función (fisiológicamente)
Fisiológicamente, el cuerpo humano tiene diversos tipos de articulaciones, como la sinartrosis (no móvil), anfiartrosis (con movimiento muy limitado -por ejemplo, la columna vertebral-) y diartrosis (mayor amplitud o complejidad de movimiento). 

Existen tres tipos de articulaciones.
Móviles: También llamadas diartrosis o sinoviales, son las articulaciones que tienen mayor amplitud de movimientos. Son las que unen huesos de las extremidades con el tronco, los hombros o las caderas. 
El esqueleto apendicular está compuesto por los 126 huesos de los apéndices, los pectorales, y fajas pélvicas, que unen las extremidades al esqueleto axial. Aunque los huesos de las extremidades superiores e inferiores difieren en sus funciones y movilidad, tienen el mismo plan fundamental: cada miembro se compone de tres segmentos conectados por articulaciones móviles. 
Treinta y dos (32) huesos separados forman el marco óseo de cada miembro superior. Cada uno de estos huesos puede ser descrito regionalmente como un hueso de la cintura pectoral, brazo, antebrazo o mano.
Cada una de las fajas pectorales está formada por dos huesos, la clavícula anterior y la escápula posterior.
Las fajas escapulares funcionan para unir los miembros superiores al esqueleto axial. Además, los huesos de la cintura escapular sirven como punto de unión para muchos músculos del tronco y el cuello.

La cintura pectoral es excepcionalmente liviana y permite a la extremidad superior un grado de movilidad no visto en cualquier otro lugar del cuerpo.
La articulación de la cadera es una articulación sinovial de rótula: la bola es la cabeza del fémur y la cavidad es el acetábulo. La articulación de la cadera es la articulación de la pelvis con el fémur, que conecta el esqueleto axial con la extremidad inferior. El adulto os coxae, o hueso de la cadera, está formado por la fusión del ilion, el isquion y el pubis, que ocurre hacia el final de la adolescencia. Los dos huesos de la cadera forman la pelvis ósea, junto con el sacro y el cóccix, y están unidas anteriormente por la sínfisis del pubis. 
La pierna superior comienza en la cadera y continúa hasta la rodilla. El único hueso en esta región es el fémur, el hueso más grande del cuerpo. La cabeza del fémur crea la bola de la articulación de la cadera estilo rótula. La base del fémur forma parte de la rodilla.  
Los músculos principales de la parte superior de la pierna son los músculos isquiotibiales y cuádriceps. Los isquiotibiales son tres músculos en la parte posterior del muslo que afectan el movimiento de la cadera y la rodilla. Los cuádriceps, los músculos más fuertes y delgados del cuerpo, son un grupo de cuatro músculos en la parte delantera del muslo que trabajan para extender la rodilla y la parte inferior de la pierna.
La rodilla es una articulación de bisagra tipo pivote en la pierna que conecta los huesos en la parte superior e inferior de la pierna. Es la articulación más grande en el cuerpo humano. La rodilla es donde el fémur en la parte superior de la pierna se encuentra con los huesos de la tibia y el peroné en la parte inferior de la pierna. Otro hueso, la rótula o la rótula, está en el centro de la rodilla.
La articulación de la rodilla se compone de numerosos tendones, ligamentos y elementos protectores, como el cartílago y la bursa. Estos tejidos conectivos y protectores mantienen los huesos en su lugar y evitan que se muelan unos contra otros mientras permiten que la articulación de la rodilla se flexione y gire ligeramente. 

Semimóviles: también llamadas anfiartrosis, son las que realizan movimientos limitados, como las articulaciones entre las vértebras.
Articulaciones cartilaginosas primarias o sincondrosis, que son uniones pasajeras entre huesos por medio de cartílagos, como las uniones entre partes de un mismo hueso en crecimiento.
Articulaciones fibrocartilaginosas o sínfisis, que son uniones cartilaginosas poco movibles y definitivas, entre dos huesos por un cartílago muy robusto.
Un ejemplo claro lo encontramos en la columna vertebral. Las vértebras se encuentran separadas por discos intervertebrales que confieren cierta movilidad, pero todo el conjunto de vértebras, discos y ligamentos permiten los movimientos de flexión, giro o extensión de la columna.
- La sacro-coccígea: las superficies articulares son dos caras en forma de oval.


- La sacro-vertebral:  se denomina articulación lumbo-sacra.
- La articulación del pubis: O la sínfisis del pubis es la articulación cartilaginosa media que une las ramas superiores, derecha e izquierda de los huesos púbicos.
El sacro ilíaco: esta estructura es muy fuerte y transmite el peso de la columna vertebral a los miembros inferiores. El cuerpo humano posee dos articulaciones sacro-ilíacas: una a la izquierda y otra a la derecha, las cuales enlazan a los dos huesos coxales.


Fijas: conocidas también como sinartrosis, la mayoría se encuentra en el cráneo y no necesita movimientos, porque la función principal es proteger los órganos internos.
Las más comunes, las sinoviales, se caracterizan, por tener algunos elementos en común:
Superficies óseas, que son los extremos de los huesos involucrados en una articulación determinada.
Cartílago articular, tejido suave y liso, compuesto por colágeno, que permite un buen deslizamiento entre los extremos óseos.
Membrana sinovial, capa que recubre internamente toda la articulación y que secreta el líquido sinovial, lubricante de la articulación.


Meniscos, estructuras aplanadas con forma de semiluna, con la función de amortiguación y protección del cartílago, entre otras.
Medios de unión, conformados por fibras de colágeno, dispuestas a modo de envoltorio llamado cápsula articular y a modo de refuerzos llamados ligamentos. 

Tipos de uniones sinoviales

Estos según el tipo de movimiento específico que realicen las articulaciones:
- Articulación esféricas: la cabeza de un hueso encaja en la cavidad cóncava del otro. Se encuentran las caderas y en los hombros.
- Articulación en silla de montar: sólo existe en la base de los pulgares y permite el movimiento en dos direcciones (adelante y atrás y de lado a lado).
- Articulaciones en bisagra: como las del codo y de los dedos, son menos móviles y permiten el movimiento en solo una dirección.
- Articulación pivotal: es aquella en que un cilindro óseo gira en torno a su propio eje, estando en contacto con otra superficie que le forma un anillo (parte hueso, parte ligamento) como la articulación, radio-cubital superior (antebrazo).
- Articulación elíptica: en el extremo de un hueso con forma de ovoide (huevo) se mueve en una cavidad elíptica. Se encuentran en el radio del antebrazo y el hueso escafoides de la mano.
- Articulación deslizante: algunas superficies de huesos son casi planas y se deslizan una sobre otra. Se encuentran en algunas articulaciones de manos y pies.

Biomecánica de la marcha.

El ciclo de la marcha comienza cuando un pie hace contacto con el suelo y termina con el siguiente contacto del mismo pie; a la distancia entre estos dos puntos de contacto con el suelo se le ll ama un paso completo. Se divide al ciclo de la marcha en dos principales componentes: la fase de apoyo y la fase de balanceo. Una pierna está en fase de apoyo cuando está en contacto con el suelo después está en fase de balanceo cuando no toca contacta con el suelo. Estas dos fases se van alterando de una pierna a la otra durante la marcha. En un paso completo, el apoyo sencillo se refiere al periodo cuando sólo una pierna está en contacto con el suelo.
El periodo de doble apoyo ocurre cuando ambos pies están en contacto con el sueño simultáneamente. La diferencia entre correr y caminar es la ausencia de un periodo de doble apoyo.

Fase de apoyo está dividida en cinco intervalos

Contacto del talón. - Instante en que el talón toca el suelo.
Apoyo plantar. - Contacto de la parte anterior del pie con el suelo
Apoyo medio. - Momento en que el trocánter mayor se encuentra alineado verticalmente con el   centro del pie, visto desde el plano sagital.
Elevación del talón. - Instante en el que el talón se eleva del suelo
Despegue del pie. - Momento en el que los dedos se elevan del suelo.

La fase del balanceo se divide en tres intervalos:

Aceleración. - Se caracteriza por la rápida aceleración del extremo de la pierna inmediatamente después que los dedos dejan el suelo
Balanceo medio. - La pierna en movimiento rebasa a la pierna de apoyo como péndulo.
Desaceleración. - La pierna desacelera al acercarse al final del intervalo.
La cantidad relativa de tiempo gastado durante cada fase de la marcha según el Instituto de Biomecánica de Valencia, a una velocidad normal de 100 a 115 pasos por minuto es:
- Fase de apoyo: 60% del ciclo
- Fase de balanceo: 40% del ciclo
- Doble apoyo: 20% del ciclo

Ahora viendo los movimientos según su plano sagital se ha dividido por zonas:

Columna vertebral y pelvis: Rotación de la pelvis hacia el mismo lado del apoyo y la columna hacia el lado contrario, inclinación lateral de la pierna de apoyo.
Cadera: Los movimientos que se producen son la reducción del muslo y descenso de la pelvis hacia el lado contrario. Los músculos que actúan durante la primera parte de la fase de apoyo son los tres glúteos que se contraen con intensidad moderada, pero en la parte media disminuyen las contracciones del glúteo mayor y del medio. En la última parte de esa fase se contraen los abductores. 
Rodilla: Los movimientos que se producen son ligera flexión durante el contacto, que continúa hacia la fase media, seguida por la extensión hasta que el talón despega cuando se flexiona la rodilla para comenzar con el impulso. La flexión baja la trayectoria vectorial del centro de gravedad del cuerpo, incrementándose la eficacia de la marcha. La musculatura actuante son los extensores del cuádriceps que contraen moderadamente en la primera parte de la fase de apoyo, siguiendo una relajación gradual. Cuando la pierna llega a la posición vertical la rodilla aparentemente se cierra y produce una contracción de los extensores.
Tobillo y pie: Los movimientos producidos en esta fase son la ligera flexión plantar seguida de una ligera flexión dorsal. Por ello los músculos que actúan son el tibial anterior en la primera fase de apoyo y el extensor cerca del momento de la transición de la fase de impulso y apoyo. Sin embrago, la fuerza relativa de estos músculos está influenciada por la forma de caminar cada sujeto


Línea del Centro de Gravedad

Las leyes de la mecánica dicen claramente que el mínimo gasto de energía se consigue cuando un cuerpo se mueve en línea recta, sin que el centro de gravedad se desvíe, tanto para arriba como para abajo, como de un lado a otro. Esta línea recta sería posible en la marcha normal si las extremidades inferiores terminaran en ruedas. Como no es esto lo que ocurre, el centro de gravedad del cuerpo se desvía de una línea recta, pero para la conservación de la energía, la desviación o desplazamiento debe quedarse a un nivel óptimo. 
Puede definirse como un punto donde se resume todo el peso de un cuerpo (cualquier objeto).
Ese punto que representa el eje del peso del cuerpo u objeto, a su vez es el punto donde todas las partes se equilibran. Además, en el cual todo el peso corporal se concentra y donde todos los planos del cuerpo se interceptan unos a otros. 

Si pudiéramos comprimir el cuerpo humano desde todas direcciones y reducirlo solo a un punto, este sería el CDG, si una persona tiene una masa de 70kg los 70kg por efecto de la aceleración gravedad produce una fuerza (peso) concentrada en ese punto.

En la posición anatómica, el centro de gravedad se encuentra en la pelvis, anterior al sacro (segunda vértebra sacral, S-2). En las mujeres, se encuentra más abajo que en los hombres, debido a que las mujeres poseen una pelvis y muslos más pesados y piernas más cortas.
Representa una línea vertical imaginaria que atraviesa el centro de gravedad. La línea de gravedad depende de la posición del centro de gravedad. En términos generales, se admite que cuando la postura es correcta, la línea pasa a través de las vértebras cervicales medias y lumbares medias y por delante de las vértebras dorsales.

El mínimo gasto de energía se consigue cuando un cuerpo se mueve en línea recta, sin que el CDG se desvíe, tanto para arriba como para abajo, como de un lado a otro. Como no es esto lo que ocurre, la desviación o desplazamiento debe quedarse a un nivel óptimo.
En la marcha normal el CDG se mueve hacia arriba y hacia abajo, conforme se desplaza. El punto más alto se produce cuando la extremidad que carga el peso está en el centro de su fase de apoyo; el punto más bajo ocurre en el momento del apoyo doble, cuando ambos pies están en contacto con el suelo. El punto medio de este desplazamiento vertical en el adulto masculino es aproximadamente de 5 cm. La línea seguida por el centro de gravedad es muy suave sin cambios bruscos de desviación. 

La Línea de Gravedad y la Postura

La línea de gravedad representa una línea vertical imaginaria que atraviesa el centro de gravedad. La línea de gravedad es la proyección del CDG y depende de la posición del mismo, está se utiliza generalmente en la evaluación de la postura, ya que por el recorrido de la misma se encuentran distintos puntos anatómicos de referencia.  
Por otro lado, La postura consiste en la distribución de la masa corporal en relación con la gravedad sobre una base de sostén o sustentación (Kuchera 1997). La Postura es el conjunto de posiciones que adoptan todas las articulaciones del cuerpo en un momento determinado. 

 En la postura bípeda ideal el resultado de la interacción de muchas fuerzas externas (gravedad, reacción del piso, inercia) e internas como la actividad muscular, tensiones capsulares, articulares, de ligamentos fascias, tendones, etc.)  que inciden y se generan en el cuerpo humano para mantener la postura estable y alineada. Ésta línea de gravedad se representa por una plomada, que no es más que una cuerda sujeta a un punto fijo (techo) y en el otro extremo un peso (F3), entonces está línea queda marcada por acción de la gravedad en una vista lateral y sobre el plano sagital e la postura ideal pasa o concuerda por estos puntos anatómicos específicos.  

Desplazamiento vertical

En la marcha normal el centro de gravedad se mueve hacia arriba y hacia abajo, de manera rítmica, conforme se mueve hacia adelante. El punto más alto se produce cuando la extremidad que carga el peso está en el centro de su fase de apoyo; el punto más bajo ocurre en el momento del apoyo doble, cuando ambos pies están en contacto con el suelo. El punto medio de este desplazamiento vertical en el adulto masculino es aproximadamente de 5 cm. La línea seguida por el centro de gravedad es muy suave sin cambios bruscos de desviación. 

 Desplazamiento lateral

Cuando el peso se transfiere de una pierna a otra, hay una desviación de la pelvis y del tronco hacia el lado o extremidad en la que se apoya el peso del cuerpo. El centro de gravedad, al tiempo que se desplaza hacia adelante no sólo sufre un movimiento rítmico hacia arriba y abajo, sino que también oscila de un lado a otro.
El desplazamiento total de este movimiento lateral es también aproximadamente de 5 cm. El límite de los movimientos laterales del centro de gravedad ocurre cuando cada extremidad está en el apoyo medio y la línea del centro de gravedad es también en este caso, de curvas muy suaves.

Determinantes de la marcha

Durante la marcha, el movimiento que imprime el centro de gravedad es sinuoso y no rectilíneo, lo cual exige ciertos intercambios de energía: conversiones entre energía cinética y potencial y transferencias de energía entre segmentos. 
Durante la fase de apoyo bipodal el centro de gravedad del tronco se encuentra en su posición más baja y presenta su máxima velocidad hacia delante, es decir, su energía potencial es mínima y su energía cinética máxima. 
Tradicionalmente se han identificado seis mecanismos fundamentales de optimización de la marcha encaminados a la reducción de las oscilaciones que presentaría teóricamente el centro de gravedad del cuerpo. Estos seis mecanismos fundamentales son: 
Rotación pélvica en el plano transversal: la pelvis rota hacia delante en el plano horizontal 4o cada lado de la línea central, cuando el centro de gravedad está en el punto inferior de la trayectoria de la curva. Esta rotación permite que el desplazamiento vertical del centro de gravedad disminuya 1 cm. Para compensar, los brazos se mueven en sentido opuesto a los miembros inferiores y la cintura escapular gira en el sentido contrario a la pelviana.
Inclinación pélvica: la pelvis desciende hacia el lado de la pierna en balanceo, mientras que la pierna que soporta el peso entra en aducción a medida que la pelvis de desplaza hacia ella. Este ligero desplazamiento sirve para reducir la elevación del centro de gravedad en 3 mm.
Flexión de la rodilla durante la fase de apoyo: luego del apoyo de talón, la rodilla se flexiona unos 15º, lo cual desciende en otros 3 mm el centro de gravedad en su punto máximo.  
Ancho de la base de sustentación: En la marcha normal, la pelvis debe desplazarse horizontalmente para mantener su estabilidad en el apoyo medio. La estrecha base de sustentación, entre 5 y 10 cms reduce el desplazamiento lateral del centro de gravedad.  
Contacto mediante el talón y despegue mediante el antepié.
Ligera angulación fisiológica en valgo de la rodilla: Persiguiendo una reducción del desplazamiento lateral del centro de gravedad. 
Cuando se pierde cualquiera de estos 6 mecanismos fundamentales, se produce un aumento del gasto de energía.

Movimientos del Centro de Gravedad Durante la Marcha

El CDG puede variar en la ubicación de diferentes individuos ya que depende de la estructura de cada persona, su anatomía, durante las fases de la marcha humana el CDG sufre desplazamientos hacia arriba y abajo, hacia anterior y posterior y lateralmente es decir en todos los planos lo que va a garantizar que la proyección vertical del mismo caiga siempre sobre la base, estos movimientos influyen directamente en el consumo energético de una persona y de ser alterados afectan a la eficiencia de la marcha.
Existen diversos mecanismos de control de los desplazamientos CDG en el cuerpo Humano al marchar, los cuales aseguran que dicho desplazamiento no sea mayor a 5cm y fueron descritos por Saunders, Inman y Eberhart. 
Referencias Bibliográficas

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