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Equilibrio, postura y reflejos vestibulares Dr. Fernando D. Saraví Cada vez que se realiza un movimiento voluntario, acontecen de manera previa y simultánea ajustes en la actividad de diversos grupos musculares que no realizan el movimiento en sí, pero que se requieren para mantener el equilibrio y la postura durante el acto voluntario. POSTURA Y EQUILIBRIO Se denomina postura al conjunto de relaciones que guardan los segmentos corporales (tronco, cabeza y miembros). La postura puede definirse con respecto a las relaciones de los segmentos corporales entre sí, lo cual supone un sistema de coordenadas egocéntricas. Cuando la posición de los segmentos se detalla con referencia al espacio circundante, se emplean coordenadas exocéntricas. Un caso especial de coordenadas exocéntricas es la referencia al campo gravitatorio terrestre (coordenadas geocéntricas). El equilibrio se define como el mantenimiento o la restauración de la postura frente a la fuerza gravitatoria u otras fuerzas desestabilizantes. Normalmente el equilibrio debe mantenerse tanto en condiciones estáticas, como la posición de pie o en cuclillas, como dinámicas, como la marcha o el ciclismo. Para mantener el equilibrio se requiere: 1. Sensores de posición y movimiento: proprioceptores, mecanorreceptores y nociceptores cutáneos, receptores vestibulares y visión (Tabla 1). 2. Estructuras integradoras que ponderen toda la información y emitan los comandos motores apropiados. El tallo cerebral cumple esta función en el control del equilibrio y la postura. 3. Efectores que ejecuten las correcciones necesarias (musculatura esquelética, principalmente axial). Tabla 1: Sensores para el control de la postura y el equilibrio Variable Sensor Longitud de los músculos y sus variaciones Receptores anulospirales Fuerza desarrollada por los músculos Órgano tendinoso de Golgi Posición de los miembros y del tronco Receptores articulares y anulospirales Contacto con el piso u otros planos, viento, etc. Mecanorreceptores cutáneos Posición y aceleración de la cabeza en el espacio Aparato vestibular Posición relativa de la cabeza y el tronco Receptores de los músculos del cuello Accidentes del terreno y objetos Visión APARATO VESTIBULAR El mantenimiento del equilibrio corporal frente a las fuerzas gravitatorias y otras que surgen durante el movimiento depende en parte de información propioceptiva, exteroceptiva y visual. Sin embargo, existe un aparato sensorial relacionado con la percepción consciente de la posición de la cabeza en el espacio tridimensional y sus desplazamientos. Dicho aparato es crucial para el mantenimiento (o el restable- cimiento) del equilibrio corporal y además influencia de manera continua los movimientos en ejecución. El laberinto vestibular alberga cinco órganos receptores: el utrículo y el sáculo detectan aceleraciones lineales de la cabeza y la fuerza gravitatoria, en tanto que los tres conductos semicirculares detectan aceleraciones angulares en los tres planos del espacio (Fig. 1). Células ciliadas. Los elementos receptores del vestíbulo son células ciliadas (CC) con un haz de estereocilias y un único kinocilio, cuyo funcionamiento general es similar al de las CC de la cóclea. La porción apical, ciliada, está bañada por endolinfa, que tiene una concentración de K+ próxima a 150 Fig. 1 Posgrado-00 Sello Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 2 mmol/L y un potencial positivo (+ 80 mV) con respecto al líquido intersticial (Fig. 2). Las células se despolarizan cuando el haz de cilias se inclina hacia el kinocilio, y se hiperpolarizan cuando se inclinan en sentido opuesto. Los desplazamientos laterales no afectan el potencial transmembrana de las CC. La despolarización de las CC se debe a la apertura de canales de transducción mecanoeléctrica (MET) en las cilias, permea- bles a K+ y Ca2+. El poten- cial de equili- brio electroquí- mico de ambos iones favorece su ingreso a la CC y causa una corriente despo- larizante apical que a su vez activa canales de Ca2+ en la membrana ba- Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 3 solateral. El ingreso de Ca2+ provoca la liberación de glutamato que estimula receptores en las terminales sinápticas de los aferentes vestibulares. El glutamato es luego captado por las células de sostén, que lo metabolizan a glutamina, la cual puede reincorporarse a la CC para la nueva síntesis de glutamato (Fig. 3). El Ca2+ también favorece la repolarización de la CC porque abre canales de K+ que responden a la concentración intracelular de Ca2+. Esto causa la repolarización una vez que cesa el ingreso de K+ y Ca2+ por la membrana apical. No obstante, mientras el haz de estereocilias siga deformado hacia el kinocilio, la CC continúa despolarizada (respuesta tónica). Cuando las cilias no son deformadas existe de todos modos un cierto grado de despolarización debido al ingreso apical de K+ y Ca2+ que causa una liberación escasa pero sostenida de glutamato y es responsable de la descarga de potenciales de acción aferentes con baja frecuencia (Fig. 4 A). Esta frecuencia se reduce cuando las estereocilias se inclinan alejándose del kinocilio. Por esta razón, tanto la despolarización como la hiperpolarización de las CC modifica la frecuencia de la descarga aferente y por tanto la información que llega al SNC (Fig. 4 B). Conductos semicirculares. Las CC de los conductos semicirculares (7 000 en cada uno) están situadas en las ampollas, rodeadas de una sustancia gelatinosa (la cúpula) que es deformada por la inercia de la endolinfa durante las rotaciones en el plano apropiado. Todos los kinocilios de cada CC se orientan en la misma dirección (Fig. 5). En condiciones fisiológicas, los conductos semicirculares se activan e inhiben por lo menos de a pares: los dos horizontales cuando la cabeza está inclinada 30º y gira en el plano horizontal, y el conducto anterior de un lado con el posterior del lado opuesto cuando la aceleración es en un plano anteroposterior oblicuo con respecto a la línea media. En otros planos se produce activación e inhibición de más de un par de conductos a la vez. Utrículo y sáculo. El utrículo y el sáculo poseen respectivamente 30 000 y 16 000 CC. En el utrículo y el sáculo, la región donde se sitúan las células ciliadas se denomina mácula. Las máculas están cubiertas por la membrana otolítica, gelatinosa, por encima de la cual existen cristales de carbonato de calcio, las otoconias (Fig. 6 A). En cada mácula los kinocilios de las CC siguen una distribución simétrica en torno de una línea curva llamada estriola (Fig. 6 B). Dada la orientación variable, la aceleración lineal en el plano de la mácula siempre despolariza algunas CC e hiperpolariza otras; por tanto detectan aceleraciones en cualquier dirección del plano de la mácula. Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 4 La orientación horizontal de la mácula del utrículo le permite determinar: la inclinación de la cabeza y la aceleración en cualquier dirección horizontal. El sáculo, a su vez, es muy importante para detectar aceleraciones en el plano sagital (vertical), incluida la causada por la gravedad. El utrículo y el sáculo difieren de los conductos semicirculares en su relativa falta de adaptación frente a un estímulo sostenido, como la inclinación de la cabeza (Fig. 7 A). Por el contrario, los conductos semicirculares responden al inicio y a la finalización de una rotación, cuando existe aceleración angular, pero tienden a adaptarse cuando la velocidad angular es constante (Fig. 7 B). VÍAS CENTRALES La información procedente de estos órganos receptores viaja por la rama vestibular del VIII par. Aunque experimental y clínicamente es posible estimular selectivamente uno de estos órganos, o un par de ellos, la Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 5 mayoría de los desplazamientos naturales de la cabeza afecta la descarga aferente devarios y por tanto proporciona un patrón de información complejo. Existen cuatro núcleos vestibulares: superior, medial, lateral (de Deiters) y descendente. Todos reciben aferencias de los cinco órganos vestibulares isolaterales, aunque los conductos semicirculares proyectan más a los núcleos superior y medial y los órganos otolíticos (utrículo y sáculo) al lateral y al descendente (Fig. 8 A). Las conexiones centrales del aparato vestibular integran señales vestibulares, visuales y motoras en los propios núcleos vestibulares y en el cerebelo. La descarga tónica del nervio vestibular informa sobre la posición de la cabeza en el espacio. Frente a aceleraciones lineales o angulares la descarga varía fásicamente. La proyección vestibular al núcleo ventrolateral del tálamo y de allí área somestésica I de la corteza parietal (3a y 2) y el área 5 de Brodmann permite la percepción de la rotación y la orientación vertical (Fig. 8 B). Vías vestibuloespinales. El aparato vestibular influye sobre la motricidad somática en forma directa por las vías vestibuloespinales lateral y medial (Fig. 9). Ambas vías cumplen funciones diferentes. El tracto vestíbuloespinal medial desciende bilateralmente solamente hasta la médula cervical, donde controla las motoneuronas eferentes a la musculatura responsable de los movimientos de la cabeza en respuesta a la estimulación vestibular. En cambio, el tracto lateral no se cruza y activa motoneuronas a lo largo de toda la médula espinal del mismo lado que inervan los músculos relacionados con el mantenimiento del equilibrio. REFLEJOS VESTÍBULO-OCULARES Y NISTAGMO Los aferentes vestibulares también median los reflejos vestíbulo-oculares (RVO) rotacional, traslacional y de contragiro (iniciados, respectivamente, por los conductos semicirculares, el utrículo y el sáculo). Todos estos reflejos tienden a estabilizar los ojos (y la imagen visual) cuando la cabeza se desplaza y son importantes para la estabilidad de las imágenes en la retina. Además permite distinguir entre la variación de una imagen causada por desplazamiento de la cabeza y la variación causada por desplazamiento del entorno; cuando inclinamos la cabeza, no percibimos que la imagen visual se haya inclinado. Por ejemplo, durante un giro hacia la izquierda (sentido horario), el RVO rotacional tiende a llevar los ojos hacia la derecha mediante conexiones excitatorias con el núcleo del motor ocular externo derecho y del motor ocular común izquierdo y conexiones inhibitorias a los correspondientes antagonistas (Fig. 10). Si el giro es continuado, los ojos vuelven a la posición central rápidamente y se desplazan a la derecha lentamente. En la Fig. 10 , para simplificar el diagrama se muestran sólo las conexiones del conducto semicircular izquierdo estimulado, pero el derecho también promueve idénticos efectos al ser inhibido. El movimiento ocular rítmico resultante se denomina nistagmo. La fase lenta es originada por las aferencias vestibulares y la fase rápida (de retorno) es mediada por circuitos del tallo cerebral que restablecen la posición de los ojos. No obstante, el nistagmo se denomina según esta fase rápida porque es la más ostensible. Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 6 Durante una rotación sostenida en un ambiente iluminado, al nistagmo vestibular se le superpone (suma) un nistagmo originado por el desplazamiento del campo visual (nistagmo optokinético) por aferentes de la retina que proyectan al pretectum y de allí al núcleo vestibular medial. En primates hay además un componente cortical, mediado por el sistema dorsal responsable de localizar y computar el movimiento de objetos en el campo visual (ver VISIÓN). CONTROL VESTIBULAR DE LA POSTURA Y EL EQUILIBRIO Diversos reflejos originados en el vestíbulo contribuyen de manera fundamental al mantenimiento de la postura y del equilibrio dinámico y estático. Tanto los reflejos vestibulares como reflejos iniciados por extensión de los músculos del cuello (propioceptores cervicales) contribuyen a mantener la postura y el equilibrio (Fig. 11). Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 7 Cuando se inclina la cabeza hacia un lado, los vestíbulos favorecen la extensión de los miembros del lado en que se inclina la cabeza y la flexión contralateral, mientras que los reflejos del cuello tienden a acciones opuestas. Si la cabeza se inclina sola mientras el cuerpo permanece estacionario, las influencias de ambas clases de aferentes tienden a cancelarse entre sí. Si la cabeza se inclina solidariamente con el cuerpo, predomina el reflejo vestibular. Si la cabeza permanece vertical y se desplaza el tronco, sólo se activa el reflejo cervical. Los efectos sobre el tono extensor y flexor de ambos reflejos son mediados por vías vestíbulospinales y retículospinales. Otro reflejo mediado por estos aferentes es el reflejo de caída, que produce contracción de los músculos del cuello, extensión de los miembros superiores y flexión de los inferiores ante una pérdida del equilibrio que tienda a producir una caída hacia adelante. Todos estos reflejos pueden ser modificados por el aprendizaje y por influencias superiores. En la Fig. 12 se muestra cómo una reacción refleja iniciada en el vestíbulo puede modificarse según el contexto. En ambos casos se produce una aceleración similar de la cabeza, pero en A se debe a desplazamiento hacia atrás de los pies (el sujeto está sobre una plataforma), mientras que en B se desplaza la cabeza hacia delante. La aceleración de la cabeza debe de producir señales vestibulares – principalmente del utrículo – virtualmente idénticas en ambos casos (trazado superior). No obstante, en A la reacción postural muscular se produce en los músculos de la pantorrilla, mientras que en B se produce en los músculos del cuello. EQUILIBRIO Y POSTURA DURANTE LOS MOVIMIENTOS VOLUNTARIOS Los reflejos iniciados en el vestíbulo y los receptores somáticos propioceptivos y mecanosensibles cutáneos son muy importantes no solamente para mantener el equilibrio estático, sino para proveer una postura adecuada y mantener automáticamente el equilibrio mientras se realizan movimientos voluntarios. Cuando se realiza un movimiento voluntario, la corteza motora envía simultáneamente impulsos descendentes que activan a las motoneuronas de los músculos ejecutores del movimiento y a neuronas del tallo cerebral que realizarán los ajustes posturales para mantener el equilibrio (Fig. 13). Este tipo de ajuste acontece por anteroalimentación, ya que la orden motora antecede al movimiento voluntario. El ajuste postural se efectúa principalmente mediante las vías vestibuloespinales y retículoespinales. No obstante, la anteroalimentación es incapaz de lograr un ajuste fino, o de prever fuerzas inesperadas (Por ej., al levantar un peso que es mayor que lo esperado, como una caja llena que se suponía vacía). Por esta razón, es necesario que tanto la orden motora para el movimiento voluntario como las responsables de los ajustes posturales sean corregidas momento a momento por retroalimentación. Las señales de retroalimentación proceden principalmente de los propioceptores, mecano- rreceptores cutáneos, aferentes vestibulares y la visión. En la Fig. 14 un sujeto debe abrir una puerta ante una señal sonora. Traccionar del picaporte causaría una fuerza de reacción que tendería a desequilibrar al individuo desplazándolo hacia delante. Ello no ocurre porque antes de que se contraiga el bíceps, encargado del movimiento Equilibrio y postura Dr. Fernando D. Saraví 8 voluntario, se produce un aumento de la actividad en los gemelos que anticipa el ajuste postural. EFECTOS DE LA SECCIÓN DEL NEUROEJE La sección completa del neuroeje produce invariablemente abolición de los movimientos voluntarios. No obstante, sus efectos sobre la postura son muy diferentes, dependiendo del nivel del corte. Sección de la médula espinal.La sección completa de la médula causa por debajo de la lesión la pérdida permanente de: 1) Los movimientos voluntarios y 2) La sensibilidad en todas sus formas. Además produce de manera inmediata pero transitoria una arreflexia completa, denominada choque espinal (medular). Esto último no se debe al traumatismo en sí, ya que el bloqueo de las vías espinales por frío o anestésicos locales también lo causa, pero de modo rápidamente reversible. El choque se debe a la pérdida de las influencias excitatorias descendentes, y se acompaña de una hiperpolarización de las motoneuronas. La recuperación es más lenta cuanto más encefalizadas estén las funciones motoras. Dura minutos en anfibios, horas en mamíferos carnívoros, y un mes o más en el hombre. La recuperación se debe en parte al establecimiento de nuevas sinapsis y en parte a un aumento de sensibilidad de las motoneuronas a neurotransmisores excitatorios. Los reflejos reaparecen gradualmente y llegan a ser exagerados. La exaltación del reflejo miotático produce espasticidad, una combinación de hipertonía muscular, hiperreflexia y clonus (cuando se estira un músculo y se mantiene estirado, se produce una serie de contracciones de amplitud decreciente). En el hombre, la interrupción de la vía corticospinal causa el signo de Babinski: cuando se estimula el borde externo de la planta del pie, en lugar de flexión de los dedos hay extensión del hallux (dedo gordo) y separación de los demás dedos. El reflejo nociceptivo (“flexor”) también se exagera, y un estímulo relativamente débil puede causar, además de flexión isolateral y extensión cruzada, relajación de esfínteres y reacciones autonómicas. Rigidez de descerebración. En animales, una sección completa del neuroeje en el nivel superior de la protuberancia no causa choque espinal, sino un estado de rigidez por hiperactividad de los músculos extensores (antigravitatorios) debida a la pérdida de inhibición cortical y la conservación de influencias excitatorias (vías retículospinales y vestíbulospinales) que causan activación de motoneuronas γ y exageran el reflejo miotático, y también por una excitación directa de motoneuronas α. Un animal descerebrado puede mantenerse erguido si se lo coloca sobre las cuatro patas, y muestra una hiperextensión de la cabeza, el lomo y las patas. No puede incorporarse ni caminar. En el hombre, la rigidez de descerebración causa hiperextensión de los cuatro miembros. Los animales a los que se les extirpa la corteza motora también desarrollan rigidez (llamada de decorticación) pero son capaces de incorporarse y marchar, aunque anormalmente. No ocurre otro tanto en el hombre, en el cual la rigidez de decorticación produce extensión de los miembros inferiores, pero flexión de los superiores.
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