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Dr. Fernando D. Saraví Los reflejos son reacciones involuntarias a estímulos externos o internos, que en general tienden a contrarrestar o cancelar la perturbación que les dio origen. Por ej., un estímulo irritante en la laringe provoca tos, que tiende a eliminar el agente irritante (humo o un cuerpo extraño). La tos es un ejemplo de un reflejo protector. Otros reflejos protectores son el parpadeo causado por un estímulo en la córnea y la flexión del miembro superior frente a un estímulo nociceptivo (doloroso) en la mano. En este último caso, la mano es retirada antes de que la sensación de dolor sea percibida conscientemente. Otros reflejos cumplen funciones reguladoras, p.ej. de la presión arterial, de la longitud de un músculo o de la posición de las articulaciones. Los reflejos pueden también clasificarse según sus efectores. Los reflejos somáticos tienen como efector la musculatura esquelética, en los reflejos autónomos los efectores son músculo liso o glándulas exocrinas, y en los reflejos neuroendocrinos una glándula, como la neurohipófisis. Todo reflejo consta de componentes que, en conjunto, forman el arco reflejo: un receptor que detecta el estímulo, una vía aferente al sistema nervioso, una o más sinapsis, una vía eferente y un efector. Es necesario identificar estos componentes para comprender y describir cualquier reflejo. Los reflejos difieren en su latencia (tiempo entre el estímulo y la respuesta), su distribución (locales, segmentarios, generalizados), su curso temporal (fásicos o tónicos) y su postdescarga (persistencia de la descarga eferente tras concluir el estímulo). En general, los reflejos son graduables, de modo que estímulos poco intensos causan respuestas débiles y la intensidad de la respuesta crece con la magnitud del estímulo. Como se notó en ORGANIZACIÓN DE LOS SISTEMAS MOTORES, el nivel inferior del control motor está en el asta anterior de la médula espinal y los núcleos motores de los pares craneales. Allí se encuentran los somas de las motoneuronas α que inervan los músculos. Toda orden motora debe pasar por las motoneuronas α, las cuales son así la vía final común donde las influencias procedentes de diferentes niveles son integradas y transformadas en órdenes directas a los músculos inervados por ellas. Se estima que cada motoneurona α recibe diez mil sinapsis, procedentes de la corteza motora, núcleos del tallo cerebral, aferentes somáticos e interneuronas. EL REFLEJO MIOTÁTICO Cuando un músculo con su inervación intacta es traccionado por una fuerza externa, su longitud varía mucho menos que si está desnervado. El mantenimiento de una longitud constante frente a una fuerza que tiende a estirar el músculo se debe a un reflejo llamado miotático o de estiramiento muscular. El huso muscular Los receptores del reflejo miotático se ubican en estructuras llamadas husos musculares que existen en la masa muscular, dispuestos en Reflejos espinales Posgrado-00 Sello Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 2 paralelo con las fibras musculares. Los husos musculares poseen mecanorreceptores capaces de detectar cambios de la longitud del músculo (Fig. 1). En el huso muscular hay fibras musculares llamadas intrafusales, de menor diámetro y longitud que las comunes (llamadas extrafusales). Los extremos de las fibras intrafusales son contráctiles, pero sus centros no. Los centros de las fibras intrafusales están rodeados de una cápsula conectiva, pero sus extremos contráctiles se extienden fuera de la cápsula. Según la disposición de los núcleos celulares, las fibras intrafusales se clasifican en fibras con núcleos “en bolsa” (tipos 1 y 2) y “en cadena”. En torno de este centro se enrollan receptores anulospirales, mecanorreceptores cuyas fibras aferentes son mielínicas, llamadas Ia y II. Las fibras Ia, gruesas, forman las terminaciones primarias, que rodean los centros de ambos tipos de fibras en bolsa y de las fibras en cadena nuclear, mientras que las de tipo II, más delgadas, forman terminaciones secundarias, que se distribuyen en las porciones más externas de las fibras en bolsa 2 y en cadena. Las fibras intrafusales reciben inervación eferente por las motoneuronas gamma, de somas son más pequeños y axones más delgados que los de las motoneuronas alfa. La motoneuronas gamma dinámicas inervan las fibras en bolsa 1, mientras que las motoneuronas gamma llamadas estáticas inervan las fibras en bolsa 2 y en cadena nuclear. El arco reflejo Como el huso muscular se dispone en paralelo con las fibras extrafusales, cuando el músculo es estirado el huso también se estira. El estiramiento deforma los receptores y aumenta su descarga aferente (Fig. 2). Las fibras Ia establecen sinapsis excitatorias con las motoneuronas α del mismo músculo (agonista) que inervan sus fibras extrafusales. La contracción de éstas tiende a acortar el músculo y por tanto a reducir la deformación de los mecanorreceptores (realimentación negativa). La vía principal del reflejo es monosináptica ya que los aferentes Ia excitan directamente las motoneuronas α del mismo músculo. Además las fibras Ia excitan (más débilmente) motoneuronas α de músculos con igual acción, llamados sinergistas (por ej., los aferentes Ia del cuádriceps estimulan las motoneuronas del sartorio). Simultáneamente, los aferentes Ia excitan interneuronas inhibitorias que disminuyen la actividad de las motoneuronas α que inervan los músculos con acción opuesta sobre la misma articulación (antagonistas) como el bíceps crural en el ejemplo citado. A la inversa, si el músculo estirado fuera el bíceps crural, esto activaría aferentes Ia que estimularían sus propias motoneuronas α e Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 3 inhibirían las del cuadriceps. Este fenómeno se llama inervación recíproca. Los aferentes anuloespirales descargan con baja frecuencia a la longitud normal del músculo. Esto les permite señalar al sistema nervioso central tanto acortamientos del músculo, que reducen la frecuencia de descarga, como alargamientos, que aumentan dicha frecuencia. El reflejo miotático tiene un componente fásico y otro tónico (Fig. 3). El componente fásico consiste en una descarga inicial más intensa pero transitoria que depende de la velocidad o tasa del estiramiento, es decir de cómo varía la longitud del músculo en el tiempo. Cuanto más abrupto sea el estiramiento, mayor será la respuesta fásica. El componente tónico consiste en una descarga sostenida que es proporcional a la magnitud del estiramiento. En general es menos intenso que el componente fásico pero persistente mientras perdure el aumento de longitud. La respuesta fásica se explora clínicamente estirando abrupta y brevemente el tendón con un martillo de reflejos (Fig. 4). Esta respuesta se debe exclusivamente a los aferentes Ia, mientras que la respuesta tónica se debe a ambas clases de aferentes (Ia y II). El componente tónico contribuye significativamente a determinar el tono muscular normal, ya que en la longitud de reposo de los músculos en su inserción normal, los receptores del huso están sometidos a cierto grado de estiramiento que determina una descarga tónica de baja frecuencia. El componente fásico es importante frente a estiramientos repentinos, ya que la mayor descarga eferente, proporcional a la tasa de estiramiento, proporciona una fuerza muscular adicional que tiende a impedir que el músculo se siga estirando. Latencia y postdescarga El reflejo miotático se caracteriza por una latencia muy breve (25 a 30 ms) debido a su naturaleza monosináptica. Su postdescarga es mínima o nula: el aumento de descarga de las motoneuronas alfa del agonista cesa tan pronto se normaliza la frecuencia de descarga aferente de los receptores del huso muscular. Inervación fusimotora (sistemagamma) Como se dijo, el huso muscular también recibe inervación eferente, proporcionada por pequeñas motoneuronas llamadas γ, cuya activación produce la contracción de las fibras intrafusales. Dado que los husos musculares ocupan un volumen muy pequeño del músculo, la contracción de las fibras intrafusales prácticamente no modifica por sí misma la fuerza desarrollada por el músculo. No obstante, la contracción de las fibras intrafusales estira los receptores Ia y II y por tanto indirectamente aumenta la frecuencia de descarga de las motoneuronas α que inervan las fibras extrafusales y determinan la fuerza total desarrollada por el músculo. Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 4 El sistema eferente gamma funciona como un regulador de la sensibilidad del huso muscular al estiramiento. Durante muchas actividades motoras, incluso las voluntarias, se produce una activación simultánea de las motoneuronas α y γ (coactivación α-γ). Esto asegura que el control de la longitud del músculo por el reflejo miotático persista aunque el músculo se esté acortando (Fig. 5). La coactivación α-γ permite que el reflejo miotático actúe como un servo- mecanismo en el cual la variable “longitud del músculo” continúa siendo regulada en longitudes diferentes de la de reposo. La coactivación α-γ adquiere particular importancia para el control de actos motores precisos, como realizar movimientos delicados de los dedos al girar un dial, o movimientos muy precisos de los pies al caminar por una cornisa. Inhibición recurrente Cuando son estimuladas por aferentes anulospirales u otras influencias excitatorias, las motoneuronas alfa poseen un mecanismo adicional de regulación de su propia descarga. Dentro del asta anterior, las motoneuronas α emiten colaterales a interneuronas inhibitorias llamadas células de Renshaw, que a su vez inhiben a las motoneuronas que las estimularon (y a otras motoneuronas sinergistas), al tiempo que inhiben las interneuronas que actúan sobre los antagonistas. Además de ser activadas por las motoneuronas, la actividad de las células de Renshaw es modulada por influencias superiores (Fig. 6). La célula de Renshaw emplea como neurotransmisor inhibidor el aminoácido glicina. Este subcircuito llamado de inhibición recurrente, que limita la actividad de las motoneuronas a aquéllas que están bajo mayor excitación. Aunque a primera vista la acción de las células de Renshaw parece superflua e incluso contraproducente, es muy necesaria para el funcionamiento normal de los reflejos espinales en particular y de la función motora de la médula en general. Esto se evidencia dramáticamente porque cuando se impide el efecto de la glicina, por ejemplo al bloquear sus receptores con estricnina, se produce una marcada hiperreflexia seguida de convulsiones, una hiperextensión del cuerpo llamada opistótonos y la muerte por asfixia. La Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 5 toxina tetánica también inhibe la transmisión glicinérgica (y GABAérgica) pero por bloqueo de la liberación de los neurotransmisores y causa signos similares (Fig. 7). Control superior Finalmente, las influencias superiores pueden modificar la eficacia del reflejo miotático ya sea reforzándolo o atenuándolo, por diversos mecanismos: inhibición presináptica de los aferentes Ia, efectos directos sobre las motoneuronas o modulación de la actividad de interneuronas excitatorias e inhibitorias. Asimismo existe un asa “larga” del reflejo miotático mediante la cual los aferentes Ia excitan neuronas de la corteza motora que inervan las motoneuronas α del agonista y los sinergistas. Las influencias superiores sobre el arco reflejo elemental le proporcionan a éste regulación fina, flexibilidad y versatilidad (capacidad de adaptación a diferentes situaciones funcionales). REFLEJO DE INHIBICIÓN AUTÓGENA Es el reflejo que tiene como receptor el órgano tendinoso de Golgi. Su función es la regulación refleja de la fuerza que desarrolla un músculo. El órgano tendinoso de Golgi (OTG) El OTG es un mecanorreceptor encapsulado de 0,5 a 1 mm de largo y 0,1 mm de diámetro, en el cual una fibra mielínica denominada Ib pierde la mielina y se ramifica entre las fibras de colágeno del tendón. Las ramitas nerviosas terminales se disponen en ángulo recto con respecto a las fibras de colágeno (y el eje del tendón): Fig. 8. Si aumenta la fuerza que soporta el tendón, las fibras colágenas se estiran y deforman a las terminales de los aferentes Ib, lo cual aumenta su frecuencia de descarga. Al contrario de lo que ocurre con los aferentes de los husos musculares, que son sensibles a la longitud y no a la fuerza, la descarga Ib no es modificada por los cambios de longitud del músculo si no existe aumento de la fuerza o tensión desarrollada. La razón es que, a diferencia de los husos musculares, que se disponen en paralelo con las fibras extrafusales, los OTG se encuentran dispuestos en serie con estas últimas. Arco reflejo, latencia y postdescarga A diferencia de los aferentes Ia del huso muscular, los aferentes Ib del OTG carecen de conexiones monosinápticas con las motoneuronas alfa. Sus acciones son mediadas siempre por interneuronas inhibitorias (al agonista y sinergistas) o excitatorias (al antagonista); Fig. 9. Por tanto la latencia de su efecto es mayor que la del reflejo miotático y su posdescarga puede también ser algo mayor. Función del reflejo Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 6 Cuando se intenta flexionar la pata de un animal descerebrado (ver ORGANIZACIÓN DE LOS SISTEMAS MOTORES) inicialmente existe una resistencia creciente debido a la hiperactividad del reflejo miotático. No obstante, de persistir la fuerza externa, súbitamente el músculo extensor se relaja y el miembro se flexiona sin resistencia. Este fenómeno se debe a la descarga creciente de los aferentes Ib y se le llama reacción de alargamiento, inhibición autógena o “reflejo de cortaplumas” por analogía con la resistencia creciente, seguida del súbito cierre, cuando uno intenta cerrar un cortaplumas. Por su efecto en animales descerebrados, se pensó inicialmente que la única función del OTG era proteger al músculo de fuerzas excesivas. Sin embargo, el registro directo de aferentes Ib mostró que la descarga comienza a aumentar con fuerzas muy débiles e inocuas. La frecuencia de descarga Ib es linealmente proporcional a la tensión en el tendón (Fig. 10). Adicionalmente, algunos OTG muestran una respuesta inicial más intensa proporcional a la tasa de aumento de la fuerza (respuesta fásica). Por tanto, hoy se admite que el OTG constituye un sistema de monitoreo continuo de la fuerza desarrollada por el músculo. Esta información complementa a la proporcionada por los aferentes del huso muscular, que monitorea la longitud del músculo (Fig. 11). En condiciones normales, las influencias reflejas de los OTG se superponen a las de los husos musculares pero son opuestas: inhibición de las motoneuronas alfa del agonista y sinergistas, y facilitación de las motoneuronas alfa de los antagonistas. Por esta razón se llamó “reflejo miotático inverso” a la respuesta originada en los OTG, pero la denominación no es correcta ya que no es una respuesta reguladora de la longitud del músculo, sino de la fuerza. EL REFLEJO NOCICEPTIVO (“flexor”) Cuando se aplica deliberada o accidentalmente un estímulo doloroso a la extremidad de un miembro, éste se flexiona y aparta del estímulo agresor la pata, la mano o el pie. Se creería que la reacción se debe al dolor percibido, pero el tiempo de respuesta es más breve que el necesario para la percepción consciente de dolor. Además, el reflejo persiste (e incluso se exagera) en animales o pacientes espinales, que carecen de sensibilidad consciente debajo del nivel del corte. Receptores Los receptores del reflejonociceptivo son nociceptores cutáneos, cuyos aferentes son fibras mielínicas delgadas (Aδ) y amielínicas (Cdr) que se describen en DOLOR Y MECANISMOS NOCICEPTIVOS. Se trata de un reflejo extrínseco, es decir, originado en receptores que están fuera del músculo. Arco reflejo El reflejo nociceptivo posee una latencia mayor que el miotático, lo cual se debe no sólo a que Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 7 los aferentes conducen más lentamente, sino a que sus circuitos espinales son polisinápticos e involucran interneuronas excitatorias e inhibitorias (Fig. 12). Al producirse un reflejo nociceptivo, por ejemplo, al pisar un objeto punzante, se producen efectos recíprocos en los músculos del miembro afectado: se activan las motoneuronas alfa de los músculos flexores al tiempo que se inhiben las motoneuronas alfa de los extensores (inervación recíproca). En el miembro contralateral se producen cambios opuestos: facilitación de los extensores e inhibición de los flexores; a esto se le llama extensión cruzada. Esta última reacción permite que el miembro no estimulado soporte el peso del cuerpo mientras el otro se flexiona (Fig. 13). En cuadrúpedos, la musculatura de los tres miembros no estimulados sufre cambios de tono apropiados para mantener la postura. Esto demuestra que el reflejo nociceptivo involucra conexiones intersegmentarias largas. La respuesta a un estímulo nociceptivo es graduable: un estímulo débil en el dedo puede causar sólo flexión en la muñeca, en tanto que un estímulo intenso causa flexión violenta también de codo y hombro. Aunque la latencia del reflejo nociceptivo (polisináptico) es siempre mayor que la del reflejo miotático (monosináptico), el tiempo de respuesta es inversamente proporcional a la intensidad del estímulo. Los estímulos más intensos 1) activan más a cada receptor involucrado provocando una descarga más frecuente, y 2) reclutan receptores no activados por estímulos más débiles. La combinación de mayor número de receptores con mayor frecuencia de descarga acorta la latencia y aumenta la intensidad de la respuesta flexora. Postdescarga Otra característica importante del reflejo nociceptivo es la existencia de postdescarga, lo que significa que las motoneuronas estimuladas continúan descargando incluso después de haber desaparecido el estímulo, de modo que la flexión persiste cuando la actividad aferente ya se ha normalizado. La postdescarga dura más mientras más intenso es el estímulo, y se considera debido a circuitos reverberantes de interneuronas que continúan estimulando (cada vez con menor intensidad) a las motoneuronas flexoras e inhibiendo a las extensoras. Respuesta local Finalmente, el reflejo nociceptivo se caracteriza por la denominada respuesta local. Por ej., si el Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 8 estímulo nociceptivo se aplica al muslo en lugar del pie, la flexión será más intensa a nivel de la cadera que del pie o la rodilla. En otras palabras, la activación e inhibición de la musculatura como consecuencia de un estímulo nociceptivo muestra adaptabilidad a la localización precisa, sobre la superficie del cuerpo, del estímulo agresor. Dependiendo de la localización del estímulo, en ocasiones una respuesta extensora puede ser más apropiada que una respuesta extensora, y en esto también el reflejo nociceptivo es adaptable. RECLUTAMIENTO DE UNIDADES MOTORAS Como se vio en MÚSCULO ESQUELÉTICO, el sistema nervioso regula la fuerza que desarrolla un músculo mediante el control de la frecuencia de descarga de cada unidad motora, y del número de unidades motoras activadas. La máxima fuerza se desarrollará cuando todas las unidades motoras del músculo estén activas y descargando con máxima frecuencia. No obstante, el rango de frecuencias de descarga de las motoneuronas es relativamente limitado. En la Fig. 14 se ilustra el comportamiento de 59 unidades motoras (correspondientes a otras tantas motoneuronas) cuando un sujeto realiza una contracción voluntaria; la escala de la abscisa es logarítmica. Las diversas unidades se activan con diferentes umbrales de fuerza, pero una vez que comienzan a descargar, su frecuencia de descarga inicial es de 4 a 8 Hz, y el máximo es de 24 Hz. Las unidades motoras que se activan con fuerzas mayores muestran en general menor rango de frecuencia de descarga, como se ve a la derecha de la Fig. 14. Reclutamiento por tamaño En la vida cotidiana, es excepcional que un músculo deba desarrollar la máxima fuerza que le es posible. Cuando se requiere una fuerza máxima de manera abrupta y no gradual, todas las unidades motoras son reclutadas casi simultáneamente. Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 9 Sin embargo, la mayoría de las tareas usuales exige un desarrollo de fuerza que no supera el 30 % del máximo. Elwood Henneman (1915-1996) descubrió que cuando la fuerza que debe desarrollar un músculo aumenta gradualmente, sus motoneuronas alfa activas se reclutan en un orden determinado, desde las más pequeñas a las más grandes (Fig. 15 A). Las motoneuronas de menor tamaño inervan unidades motoras más pequeñas que las de mayor tamaño. Las unidades motoras pequeñas corresponden a fibras musculares tipo I (lentas) , mientras que las mayores corresponden a fibras tipo II (rápidas). La fuerza que desarrollan las unidades tipo I es menor que la que desarrollan las de tipo II (ver MÚSCULO ESQUELÉTICO 2: LA CONTRACCIÓN MUSCULAR Y SU REGULACIÓN). En la Fig. 15 B puede verse que las unidades motoras que desarrollan menos fuerza son reclutadas primero (nótese que la escala es logarítmica en ambos ejes). Este fenómeno se conoce como principio de reclutamiento por tamaño (o principio de Henneman) y se cumple tanto para los reflejos como para los movimientos rítmicos y voluntarios. Una explicación de este fenómeno se encuentra en las propiedades electrofisiológicas de las motoneuronas (Fig. 16). Dado que la superficie somatodendrítica es menor en las motoneuronas pequeñas, su resistencia de membrana es mayor. Para una determinada corriente Is causada por la activación de una sinapsis excitatoria, el potencial postsináptico excitatorio (PPE) será mayor cuanto mayor sea la resistencia de membrana (Rm), según la ley de Ohm: PPE = Is. Rm. Por tanto, una misma corriente despolarizante causará un PPE mayor en las motoneuronas pequeñas, que por ello alcanzarán el umbral de disparo para un potencial de acción antes que las motoneuronas mayores. El principio de reclutamiento por tamaño tiene dos consecuencias fisiológicas importantes. Reflejos espinales Dr. Fernando D. Saraví 10 En primer lugar, permite que una contracción de baja intensidad sea mantenida exclusivamente por fibras de tipo I, que son metabólicamente más económicas (consumen menos ATP para igual fuerza) y son más resistentes a la fatiga. Por este último hecho, la contracción de baja intensidad puede mantenerse por períodos prolongados. En segundo lugar, proporciona un mecanismo por el cual puede graduarse con mayor precisión la fuerza que un músculo realiza. Cuando la fuerza que debe realizar el músculo es escasa, reclutar unidades motoras pequeñas permite una gradación fina de la fuerza realizada. Por otra parte si lo que se requiere es una fuerza creciente, al valor de fuerza desarrollada se le va sumando la contribución de unidades motoras más grandes y poderosas, pero menos resistentes a la fatiga. Por esta razón los esfuerzos máximos solamente pueden sostenerse por períodos breves.
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