Fisiología de los Sistemas Motores

Ma.José Zuluaga

ESFUNO 2011

El movimiento, los sistemas motores controlan...

•locomoción ���� capacidad de desplazarse de forma activa.

•manipulación ���� capacidad de operar en el ambiente !!!

•comunicación ���� capacidad de interaccionar de forma inter- e intra-específica !!!

•postura y el balance

•movimientos respiratorios

•exploración sensorial activa

SISTEMAS MOTORES: conformados por los órganos motores (efectores) y los circuitos neuronales que los controlan.

•Su funcionamiento está íntimamente relacionado con el de los sistemas sensoriales (inicio y retroalimentación durante la ejecución).

•Efectores ����

Células musculares: liso, estriado cardíaco y estriado esquelético ����contracción.

Organización de sistemas motores

Cortezas premotoras y motora

Cerebelo y Ganglios Basales

Tronco encefálico

Médula espinal

Músculo esquelético

Medio

Centros superiores selección e inicio Voluntarios

Centros bajos control de la ejecución Reflejos y Actos rítmicos

Retroalimentación del acto ejecutado

CONTROLCONTROL

Entrada Sensorial:

inicio retroalimentación

CONTROLCONTROL

•JERÁRQUICO

•SERIE Y PARALELO

•RETROALIMENTACIÓNORGANIZACIÓN

Principales de ACTOS MOTORES...

•Reflejos ���� simples e involuntarios.

estímulo-respuesta

principalmente médula y tronco encefálico

•Rítmicos ���� ej. locomoción.

centros generadores de patrón en médula espinal y tronco encefálico.

inicio y finalización voluntario (cerebro).

aumento de complejidad

organización jerárquica de los sistemas motores

•Voluntarios ���� complejos y voluntarios. organizados con un propósito, sin necesidad de estímulo sensorial.

control por la corteza cerebral

•Emocionales involuntarios ���� complejos e involuntarios.

control por hipotálamo y centros mesencefálicos

VÍA FINAL COMÚN:

Motoneuronas y músculo esquelético

Órganos efectores: músculos estriados esqueléticos

•músculo de vertebrados:100 a 1 millón de fibras musculares.

•aumento de la fuerza generada por la contracción muscular soportesoporte

flexor

extensor•Músculo unido al esqueleto por tendones.

• Las articulaciones permiten movimiento para adelante y atrás o más.

• Los músculos se encuentran generalmente en pares antagónicos:

•Extensor ���� al contraerse se extiende el miembro.

•Flexor ���� al contraerse se flexiona el miembro.

¿Quiénes inervan a las fibras musculares?

MOTONEURONAS (MN)- se encuentran en la sustancia gris del asta ventral de la médula espinal o en los núcleos motores de los nervios craneales en el tronco encefálico.

ventral

dorsal

Purves et al., 2da edición

moto-neuronas

Axones descendientes de MN de núcleo

superiores

Asta ventral

Raíz ventral

Nervio

Raíz dorsalColumna

dorsal

Hacia músculo Motoneurona

en asta ventral

del receptor sensorial

Neurona sensitiva en ganglio de raíz dorsal

Axones ascendentes sensitivos

blbl

Organización de las MN en la médula espinal

•regiones medulares relacionadas a los somites embrionarios ����

MN de un segmento segmento inervan músculos que se formaron a partir del mismo.

••Engrosamientos Engrosamientos ���� dan la inervación de los miembros superiores e inferiores.

•Dentro de un mismo segmento las MN distribuidas de forma somatotsomatotóópicapica.

Purves et al., 2da edición

Unidad Motora (UM)

Compuesta por la Motoneuronas α y el conjunto de fibras musculares que ésta inerva.

Fibras musculares inervadas por una única MN

MN en médula espinal

•1 fibra muscular recibe aferencia de 1 neurona, pero una MN inerva a múltiples fibras musculares.

• UM varUM varíían en tamaan en tamaññoo:

- casi 1:1 en músculos pequeños de motricidad fina.

- 1:1000 en músculos grandes de generación de fuerza.

Códigos que determinan la fuerza de contracción

1. Por una MN frecuencia de descarga

Estimulación de la MN

Contracción del músculo

Purves et al., 2da edición

2. En un músculo

número y tipo de UM

Existen 3 tipos de fibras musculares → 3 tipos de Unidades Motoras (UM)

Purves et al., 2da edición

Fuerza

Tiempo (ms)

% de Fu

erza

max

.

Tiempo (ms)

UM RÁPIDAS FATIGABLES (tipo FF)

ej. saltar

UM RÁPIDAS FATIGABLES-RESISTENTES (tipo FFR)

ej. caminar

UM LENTAS (tipo S)

ej. estar de pie

¿Cómo se controla la contracción muscular?

Existen receptores sensoriales en los músculos: PROPIORECEPTORES

permiten seguir, y por lo tanto modular, los movimientos y ajustes posturales.

HUSO MUSCULAR ����

Dentro del músculo.

Conformado por fibras musculares intrafusales (no contractiles) contenidas en cápsula de tejido conjuntivo.

Purves et al., 2da edición

↑ frecuencia de descarga al estirarse el músculo.

información de la longitud.

¿Cómo se controla la contracción muscular?

ÓRGANO TENDINOSO DE GOLGI���� en unión músculo-tendón.

frecuencia de descarga al contraerse el músculo.

Información de la tensión.

Existen receptores sensoriales en los músculos: PROPIORECEPTORES

permiten seguir, y por lo tanto modular, los movimientos y ajustes posturales.

Purves et al., 2da edición

ACTOS MOTORES SIMPLES:

Reflejos Espinales

Reflejos

•sujetos a modulación intra-medular y de centros superiores ����

permitiendo adaptar el reflejo a la tarea que se esté ejecutando.

•se integran con los comandos que descienden de los centros superiores para producir actos motores complejos.

•actos motores coordinados simples e involuntarios.

•respuesta estereotipada frente a estimulación sensorial (principalmente cutánea o muscular)

•respuesta graduada en función de la intensidad del estímulo.

Reflejo por extensión

•huso muscular

•neurona sensorial

•motoneuronas m. homónimo

•motoneuronas m. antagonista

•interneurona

Al estirar un músculo, éste tiende a contraerse de forma refleja

se “opone” o “resiste” el estiramiento

Purves et al., 2da edición

Reflejo por extensión

2 propiedades:

1. Divergencia. se estimulan VARIAS MN del músculo homónimo.

2. Inervación recíproca. Excita inter-neuronas que inhiben MN del músculo antagonista ����

lo relaja (importante en articulaciones)

• huso muscular detecta un estiramiento aumenta su frecuencia de descarga.

• neurona sensorial estimula MNsde ese músculo ���� monosinmonosináápticoptico

• generando la contracción del músculo.

MNs moduladas por centros superioresPurves et al., 2da edición

Reflejo flexor

• Es un reflejo de protección���� genera contracción del músculo flexor que retira o aleja el miembro del estímulo.

• Activado por estímulo cutáneo nocivo.

• La neurona sensorial estimula a diversas interneuronas, que a su vez estimulan o inhiben MNs ����

PolisinPolisináápticoptico.

3 propiedades:

1. Divergencia e Inervación recíproca.

2. Reflejo extensor cruzado. Se genera el efecto opuesto en el otro miembro, para evitar caída.

¿Cómo se regulan los reflejos?

información sensorial de neurona sensorial

información directa de corteza motora

información de otras vías descendentes

Kandel et al.,

Control de los actos motores por Control de los actos motores por centros medios.centros medios.

bulbo raquídeo

protuberancia

Tronco encefálico���� centros medios de control motor

bulbo raquídeo

protuberancia

mesencefalo

Posee nnúúcleos motores importantescleos motores importantes:

•Control del inicio y modulación del progreso de los actos motores rítmicos.

•Control del balance y postura corporal.

formaciformacióón reticular: n reticular: recibe información sensorial + control superior. Modulación de la locomoción y ajustes posturales.

nnúúcleo vestibular: cleo vestibular: recibe aferencias del sistema vestibular. Modulación de la locomoción y la postura.

nnúúcleo rojo: cleo rojo: modulación sensorial del movimiento de miembros superiores y locomoción.

Tronco encefálico���� centros medios de control motor

Durante movimientos voluntarios (ej. jalar una palanca en respuesta a un sonido) la formación reticular inicia ajustes posturales anticipatorios paraajustes posturales anticipatorios paraestabilizar la posturaestabilizar la postura.

Como consecuencia del importante control de la formación reticulada por parte de centros motores corticales superiores...

¿Cómo regula el tronco encefálico los actos motores? Vías motoras descendentes

“Sistema postural”

VIAS MEDIALES DEL TRONCO ENCEFÁLICO

VIAS LATERALES DEL TRONCO ENCEFÁLICO

+ corticoespinal=“Sistema voluntario”

tracto tracto reticuloespinalreticuloespinal (parten de la formación reticular en tronco encefálico).

influye sobre postura.

tracto tracto rubroespinalrubroespinal (se origina en núcleo rojo del tronco encefálico).

ACTOS MOTORES VOLUNTARIOS:

centros superiores de control motor.

Movimiento Voluntario•actos motores organizados en función de la tarea a realizar.

•ocurren en respuesta a estímulos (internos y/o externos) y también son generados internamente.

•mejoran con la experiencia-- aprendizaje.

•planificación, iniciación y dirección de éstos es por centros superiores.

Cortezas premotoras y motora

Cerebelo y Ganglios Basales

Tronco encefálico

Médula espinal

Músculo esquelético

Medio

Entrada Sensorial:

inicio retroalimentación

Retroalimentación del acto ejecutado

CORTEZA MOTORA PRIMARIA (Área 4 de Brodmann)

Control de la EJECUCIÓN, parámetros de inicio

•Extensión varía en función de la complejidad y precisicomplejidad y precisióónn.

•Son movimientos movimientos más que los músculos ����

•1 músculo está más de 1 vez en una región.

•corteza de 1 hemisferio inerva las MNs de los músculos contralateralescontralaterales(Mitchell 1860´s)

••representacirepresentacióón n somatotsomatotóópicapica del cuerpo. Por estimulación/contracción (Hitzing y Fritsch, 1860y algo���� Ferrier, 1870).

lesión o estimulaciónPurves et al., 2da edición

Corteza motora primaria

CORTEZA PREMOTORA (Área 6 de Brodmann)

SELECCIÓN y PLANIFICACIÓN del acto a realizarse

•Su estimulación (mayor intensidad que área 4) provoca movimientos complejos (ej apretón de manos).

•Cada región posee representación somatotsomatotóópicapica.

••LateralLateral (área premotora lateral ventral y dorsal) ����

intención para realizar un movimiento guiado por estpor estíímulos mulos externos, visualesexternos, visuales principalmente (ej. hacia un objeto).

••MedialMedial ((áárea suplementaria y rea suplementaria y cinguladacingulada) ) ����

intención para realizar un movimiento guiado por estestíímulos o mulos o estados internosestados internos.

Purves et al., 2da edición

CORTEZA PREMOTORA (Área 6 de Brodmann)

PLANIFICACIÓN y SELECCIÓN de acto motor voluntario a realizarse

•Activación del área suplementaria (SMA) y motora primaria frente a la ejecución real e imaginaria de un movimiento.

Cunnington et al., 2005

% C

ambio

de se

ñal

% C

ambio

de se

ñal

Tiempo (s)

Imaginarlo

Ejecutarlo

VÍAS DESCENDENTES CORTICALES

Vías descendentes corticales laterales

TRACTOS CORTICOESPINAL y CORTICOBULBAR LATERAL

TRACTOS CORTICORETICULOESPINAL y RUBROESPINAL (indirecto lateral)

LATERAL

Se clasifican en base a su lugar de terminación en la médula espinal:

Las proyecciones son contralaterales.

Vías descendentes corticales medial

CORTICOESPINAL y CORTICOBULBAR MEDIAL

CORTICORETÍCULOESPINAL y RUBROESPINAL (indirecta medial)

MEDIAL

Las proyecciones son bilaterales.

Movimiento Voluntario•actos motores organizados en función de la tarea a realizar.

•ocurren en respuesta a estímulos (internos y/o externos) y también son generados internamente.

•mejoran con la experiencia-- aprendizaje.

•planificación, iniciación y dirección de éstos es por centros superiores.

Cortezas premotoras y motora

Cerebelo y Ganglios Basales

Tronco encefálico

Médula espinal

Músculo esquelético

Medio

Entrada Sensorial:

inicio retroalimentación

Retroalimentación del acto ejecutado

áreas somato-sensoriales

Corteza prefrontal

componente emocional, toma de decisión

áreas integración multi-sensorial

Información sensorial

CORTEZA PREMOTORA

CORTEZA MOTORA

plan

GANGLIOS BASALES

CEREBELO

tálamo

circuitos cortico-subcorticales:ajuste y control para coordinar la correcta selección y ejecución del movimiento.

•Ganglios basales: ejercen un control fino del movimiento reforzando el patrón motor seleccionado e inhibiendo patrones conflictivos. Además, papel importante en la selección del acto motor a realizar (CORRECTA DECISIÓN).

•Cerebelo: control sensorio-motor- evalúa la existencia de disparidades entre la intención y la acción y las corrige (CORRECTA EJECUCIÓN).

Purves et al., 2da edición

Emocionales involuntarios ���� complejos e involuntarios.control por hipotálamo y centros mesencefálicos.

Expresiones faciales: escapando a las vExpresiones faciales: escapando a las víías motoras clas motoras cláásicas...sicas...

Duchenne de Bougne(1862)

sonrisa voluntaria

sonrisa emocional

Purves et al., 2da edición

Referencias bibliográficas

� Neurociencia y conducta. Kandel, Schwartz y Jessell. Capítulo: 27.

Músculos y receptores musculares; 28. Reflejos medulares y 29. Movimiento

voluntario.

� Principios de Neurociencias. Kandel (es más extenso). Capítulo 34.

Unidad motora; 36. Reflejos medulares y 38. El movimiento voluntario.

� Neuroscience. 2do edition. Purves et el al. (es más extenso: buscar por tópico).