Neurofisiología aplicada al ejercicio (parte 1)

«Tenemos cerebro por una razón solamente, y esta es producir movimientos adaptativos y complejos»

Daniel Wolpert

 

Como bien explica Daniel Wolpert, el sistema nervioso cumple una función clara: permitir el movimiento de nuestro cuerpo. En este artículo vamos a repasar la organización general del sistema nervioso, en especial de los reflejos medulares, con el fin de arrojar un poco de luz al proceso de gestión de la información y la toma de decisiones por parte del sistema nervioso. El tema, pese a ser muy interesante, ya aviso que es algo complejo.

 

Componentes del sistema nervioso

El sistema nervioso desde una perspectiva anatómica puede dividirse en dos partes:

Sistema nervioso central (SNC)

  • Encéfalo (Cerebro, cerebelo y tronco del encéfalo)
  • Médula espinal

Sistema nervioso periférico (SNP)

  • Todas las demás neuronas que no están dentro del SNC

También se puede clasificar en dos categorías según su funcionalidad:

  • Sistema nervioso somático
  • Sistema nervioso autónomo
    • Simpático
    • Parasimpático
    • Entérico

A toda entrada sensorial, es decir, la información que llega a nuestros receptores sensoriales, se la denomina feedback aferente; a la salida de información la llamamos salida motora eferente. La función principal del sistema nervioso es procesar la información que recibe para producir respuestas motoras adecuadas. Este es un proceso complejo en el que más del 99% de la información sensorial es desechada y solo el 1% se considera relevante y se canaliza para acabar produciendo respuestas adecuadas.

Hay tres niveles de funcionamiento del sistema nervioso central:

  • Nivel de médula espinal: es más que una zona de transmisión de información; controla movimientos de marcha, reflejos que controlan vasos sanguíneos, movimientos del tubo digestivo, tono muscular ante la gravedad, etc.
  • Nivel del encéfalo inferior: controla la gran mayoría de las actividades subconscientes: presión arterial, respiración, equilibrio, reflejos como la salivación, pautas emocionales, etc.
  • Nivel del encéfalo superior: es el centro de almacenamiento de la memoria y siempre funciona en asociación con los centros inferiores del sistema nervioso, permitiéndoles dar respuestas más precisas.

El sistema nervioso controla las actividades corporales haciendo tres cosas:

  • Contracción de los músculos esqueléticos de todo el cuerpo.
  • Contracción de la musculatura lisa en los órganos internos.
  • Secreción de las glándulas endocrinas y exocrinas del cuerpo.

A estas actividades se las llama funciones motoras del sistema nervioso y a los músculos y glándulas se les denomina efectores. Al sistema que controla la contracción de la musculatura esquelética se lo denomina sistema nervioso somático; la musculatura lisa y las glándulas son controladas por el sistema nervioso autónomo.

Las respuestas motoras automáticas conciernen a las regiones más bajas del sistema nervioso, mientras que los movimientos deliberados y controlados por el pensamiento corresponden a las partes más altas.

 

Los receptores sensoriales

Son los mecanismos encargados de recoger información tanto del exterior como del interior de nuestro cuerpo. Hay receptores del dolor, térmicos, químicos, electromagnéticos y mecánicos, y son estos últimos los que nos aportan información relativa al movimiento al detectar la deformación mecánica del receptor o de las células adyacentes al receptor.

Los receptores sensoriales son capaces de detectar diferentes estímulos gracias a sus sensibilidades diferenciales. Cada tipo de receptor es sumamente sensible a un estímulo específico para el que está diseñado, y no responde prácticamente ante los otros tipos de estímulo.

El receptor sensorial está inervado por una fibra nerviosa que termina en una zona específica del sistema nervioso encargada de gestionar la sensación que este haz transmite, es decir, la visión tiene su zona, el gusto la suya, etc. A este fenómeno se le llama principio de la “línea marcada”.

La excitación de los receptores puede venir por deformación mecánica, por un cambio químico, por un cambio de temperatura o por radiación electromagnética, y esto concuerda con los diferentes tipos de receptores sensoriales conocidos. Al final, todo estímulo provoca un cambio en la permeabilidad de la membrana y, por consiguiente, un cambio de potencial. Cuando el potencial de receptor se eleva por encima del umbral, desencadena un potencial de acción.

 

La médula espinal

La médula espinal es un cordón de tejido nervioso de unos 2cm de ancho y 42cm de largo, contenido dentro del canal vertebral, y cumple dos funciones: la sustancia blanca conduce los impulsos nerviosos desde órganos receptores hasta el encéfalo y devuelve la respuesta, mientras que la sustancia gris genera el arco reflejo ante actos rápidos e involuntarios.

Si hacemos un corte transversal, la médula está formada por la sustancia gris en forma de “H” o mariposa en el centro, y una sustancia blanca periférica. Longitudinalmente se divide en 31 segmentos, uno para cada par de nervios; así, los nervios espinales quedan emplazados en ocho cervicales, doce torácicos, cinco lumbares, cinco sacros y uno coccígeo. Cada segmento tiene dos pares de raíces (dorsales y ventrales) situados de forma simétrica en la parte dorsal y ventral.

La sustancia gris está compuesta principalmente por neuronas y células de sostén. La sustancia blanca de la médula es la que rodea la sustancia gris y está formada principalmente por fascículos o haces de fibras, que vienen a ser los axones que transportan la información.

Nervios raquídeos:

Tienen su origen en la médula espinal y hay 31 pares. Cada nervio raquídeo posee una raíz anterior motora, formada por las fibras de las motoneuronas del asta anterior, y una raíz posterior sensitiva, que comunica con el asta posterior y presenta un ganglio espinal constituido por neuronas sensitivas unipolares. La unión de las dos raíces estructura un nervio mixto puesto que contiene fibras sensitivas y motoras.

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Función conductora de la médula espinal

La actividad conductora de la médula es una función específica de los cordones (anteriores, laterales y posteriores) formados por sustancia blanca. Cada cordón está constituido por fibras mielínicas agrupadas en haces; algunos son ascendentes y otros descendentes.

Vías ascendentes:

Al entrar en la médula, las fibras sensitivas de las raíces posteriores se agrupan en diferentes haces según sus funciones. Las que conducen la sensibilidad táctil se ubican en los cordones posteriores. Las fibras que conducen impulsos relacionados con el dolor y la temperatura forman el haz situado en los cordones laterales.

Las fibras táctiles penetran en la médula e inmediatamente ascienden para llegar al bulbo raquídeo; aquí hacen sinapsis con una segunda neurona cuyo axón cruza al lado opuesto del bulbo para terminar en el tálamo, masa de sustancia gris que coordina los impulsos sensitivos. Del tálamo, una tercera neurona lleva los impulsos a la corteza cerebral, donde se produce la sensibilidad consciente. Esto significa que las impresiones táctiles del lado derecho del cuerpo son percibidas en la mitad izquierda del cerebro y viceversa.

Vías descendentes:

La gran mayoría de las fibras que componen los haces descendentes tiene su origen en neuronas de la corteza cerebral, y por ella fluyen los impulsos para los movimientos voluntarios. Los axones de estas neuronas motoras descienden por la sustancia blanca del cerebro y atraviesan el tronco encefálico. A nivel del bulbo raquídeo, el 85% de las fibras descendentes se entrecruzan, de modo que las que bajan de la mitad izquierda del cerebro continúan por el cordón lateral derecho de la médula y viceversa. Estas fibras pertenecientes a los cordones laterales, terminan a diferentes alturas de la médula espinal, donde hacen sinapsis con las neuronas motoras ubicadas en el asta anterior de la sustancia gris. El axón de la segunda neurona motora sale por la raíz del nervio raquídeo y termina su recorrido en un órgano efector. Como resultado de los entrecruzamientos de las fibras, cada mitad del cerebro controla la motilidad voluntaria del lado opuesto del cuerpo, tronco y extremidades.

 

Modulación de las respuestas motoras por parte de la médula espinal

La sustancia gris medular es el área integradora para los reflejos medulares. Después de entrar en la médula, las señales sensoriales tienen dos puntos de destino diferentes: primero, una rama del nervio sensitivo termina en la sustancia gris medular y da lugar a reflejos locales (y otros efectos) en ese segmento. Segundo, otra rama transmite señales a niveles superiores del sistema nervioso (a través de las vías ascendentes de la sustancia blanca) a niveles superiores de la propia médula, al tallo cerebral, o incluso a la corteza cerebral. Cada segmento de la médula tiene varios millones de neuronas en su sustancia gris, en la que nos encontramos (además de las neuronas sensoriales) neuronas de dos tipos diferentes: neuronas motoras anteriores e interneuronas.

Neuronas motoras anteriores:

En cada segmento de las astas anteriores de la sustancia gris medular hay varios miles de neuronas que son más grandes que las demás: las neuronas motoras anteriores. Estas fibras nerviosas que salen de la médula por las astas anteriores inervan las fibras musculares esqueléticas. Son de dos tipos:

  • Neuronas motoras Alfa
: inervan las grandes fibras musculares esqueléticas. 
La estimulación de una única fibra nerviosa excita entre 3 y centenares de fibras musculares esqueléticas, denominadas colectivamente la unidad motora.
  • Neuronas motoras Gamma: son mucho más pequeñas, y están situadas junto con las alfa en las astas anteriores. Transmiten impulsos a través de fibras tipo A gamma, hasta fibras especiales de la musculatura esquelética denominadas fibras intrafusales, que son parte del huso muscular.

Interneuronas:

Están presentes en todas las áreas de la sustancia gris medular y son aproximadamente 30 veces más numerosas que las neuronas motoras anteriores. Estas fibras son pequeñas y se excitan con facilidad; a menudo muestran actividad espontánea y son capaces de disparar a velocidades de hasta 1500 veces por segundo.

Tienen muchas interconexiones entre sí y con las neuronas motoras anteriores; estas conexiones son responsables de muchas de las funciones integradoras de la médula espinal.

Tan solo unas pocas señales sensoriales que entran procedentes de los nervios espinales o señales desde el cerebro terminan directamente en las neuronas motoras anteriores; la mayoría de ellas se transmiten en primer lugar por interneuronas. El haz corticoespinal termina casi en su totalidad en interneuronas y solo después de que las señales de este haz se hayan integrado con señales procedentes de otros haces medulares o de los nervios espinales en la asociación interneuronal, llegan a las neuronas motoras anteriores para controlar la función muscular.

Terminamos aquí la primera parte, que nos sirve de base para entender el próximo artículo. ¡Hasta la semana que viene!

Artículo escrito por Pablo Vázquez Arillo, Julio 2018.

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