UD2, COORDINACIÓN NERVIOSA Y EJERCICIO by Patricia González

UNIDAD DIDÁCTICA 2

COORDINACIÓN NERVIOSA Y EJERCICIO 1

1. FUNCIÓN DE RELACIÓN Y COORDINACIÓN Una cuestión crucial para la supervivencia de los seres humanos, es poder captar señales del medio, tanto interno como externo, y elaborar respuestas. La eficacia de las respuestas depende de los sistemas de relación y coordinación, el nervioso y el endocrino, que trabajan juntos y están relacionados. Las informaciones registradas por nuestro organismo (estímulos) son transmitidas a un centro nervioso o a una célula endocrina, que producen una señal para que se desarrolle una respuesta idónea. Los receptores, son las células encargadas de la recepción de la señal, y pueden ser externos (repartidos por todo el cuerpo) o internos (captan información de factores fisiológicos). Convierten el estímulo en un impulso nervioso que es transmitido a través de neuronas hasta un centro nervioso, que integra la información y emite otro impulso nervioso que llegará a un órgano efector que efectuará una respuesta. Esta puede ser: motora, si comporta un movimiento proporcionado por tejido muscular, o secretora, cuando es la secreción de determinada sustancia por parte de una glándula. 2

2. NEURONA: UNIDAD FUNCIONAL DEL SISTEMA NERVIOSO

SegĂşn su funciĂłn, las neuronas se dividen en: - Sensitivas o aferentes: conducen el impulso nervioso desde los receptores hasta los centros nerviosos. - Motoras o eferentes: llevan el mensaje desde el centro nervioso hasta los efectores. - Interneuronas: conectan las neuronas sensitivas con las motoras. Se localizan en el SNC. 3

3. NEUROGLÍA O células de la glía son mucho más numerosas que las neuronas y son su soporte estructural y funcional: les proporcionan nutrientes, recogen sus residuos metabólicos, desempeñan funciones inmunológicas… La destrucción de estas células es la responsable de la esclerosis múltiple, enfermedad autoinmune, en la que las células del sistema inmune destruyen a las células nerviosas del propio organismo. 4

Tipos de células gliales: - Astrocitos: forma estrellada y tienen varias funciones, entre ellas fagocitar microorganismos patógenos y desechos celulares. - Microglía: recogen residuos celulares. Están situadas próximas a los vasos sanguíneos. - Oligodendrocitos y células de Schwann: recubren axones de neuronas del SNC y SNP respectivamente. Las céls de Schwann están formadas casi exclusivamente por mb plasmática, que es muy rica en un lípido llamado mielina, que es un gran aislante eléctrico. Estas céls se enrollan alrededor de los axones formando la vaina de mielina, que presenta unas discontinuidades llamadas nódulos de Ranvier. 5

4. TRANSMISIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO La neurona genera y propaga impulsos nerviosos gracias al flujo de iones (Na+ y K+) a través de su mb plasmática. Neurona en reposo: desigual distribución de iones a ambos lados de la mb. En el interior mucho más K+ que en el exterior, donde hay más Na+. La mb es muy permeable al K, poco permeable al Na y casi impermeable a los iones fosfato (PO4 3-). Como la mb es muy permeable al K, y este está muy concentrado en el interior de la mb, tiende a salir, por lo que aumentan las cargas positivas en el exterior. Con esta salida de cargas positivas, se genera una diferencia de potencial entre ext e int de la mb de unos -70 mV, llamado potencial de reposo. Así, en reposo, la mb está polarizada. 9

Esta diferencia de concentración a ambos lados de la mb permanece invariable en la neurona, gracias a la actuación de la llamada bomba Na-K, mecanismo de transporte activo presente en la mb neuronal que deja entrar dos iones K y fuerza la salida de 3 iones Na, gastando ATP. Además en la mb existen también canales de Na normalmente cerrados. Cuando llega a la neurona un estímulo estos canales se abren y el Na+ entra masivamente a favor de gradiente de concentración y eléctrico. La entrada de Na cambia la polaridad de la mb: en el punto donde se aplicó el estímulo, el int se hace positivo y el ext negativo (+40 mV). Esto se conoce como potencial de acción y la mb está ahora despolarizada. 11

Para que se despolarice la mb, y por tanto se produzca potencial de acción, los estímulos deben alcanzar el umbral de excitación. La neurona obedece a la ley del todo o nada: el potencial de acción ni aumenta ni disminuye, se produce cuando alcanza el umbral de excitación, o no se produce. La apertura de los canales de Na+ dura poco tiempo. Al cerrarse, se abren los canales de K +, este sale al exterior haciéndose otra vez positivo y se vuelve al potencial de reposo. Acto seguido, la bomba Na-K expulsa el Na que ha entrado e introduce K, restableciéndose las concentraciones iniciales de ambos iones. 13

El impulso nervioso se propaga a las zonas próximas generando en ellas el mismo fenómeno. Esto se debe a que los canales de Na cercanos a la zona despolarizada se abren y así el mensaje nervioso se desplaza como una onda a lo largo del axón. Así como la onda de despolarización se desplaza por el axón, se va restableciendo la polarización por detrás de ella, pues la mb vuelve a ser impermeable al Na. Aunque se aplique otro estímulo durante el tiempo en que la mb está despolarizada, no se origina un nuevo impulso, se encuentra en período refractario. Este período dura sólo 1 ó 2 milésimas de segundo, lo que significa que la neurona puede transmitir de 500 a 1000 impulsos por segundo. 14

En los axones con mielina, el impulso se transmite con mayor velocidad, puesto que los potenciales sólo se generan en los nódulos de Ranvier, pues la mielina, al ser aislante, no permite el paso de cargas a su través. Así, el impulso se transmite como a saltos, de nódulo a nódulo ( propagación saltatoria). Esto también permite ahorrar energía, pues la bomba Na-K sólo trabaja en los nódulos.

ACTIVIDADES 1) Una neurona en reposo presenta desigual distribución de iones a ambos lados de su mb. ¿De qué iones se trata? ¿Qué causa esta distribución desigual?¿Cómo funcionan los canales de Na y K? 2) ¿Por qué se dice que la transmisión del impulso nervioso obedece a la ley del todo o nada? ¿Por qué algunos estímulos no producen potencial de acción? 3) ¿Cómo es posible que nuestras neuronas puedan transmitir tantos impulsos por segundo? 4) ¿Qué ventajas poseen los axones que poseen vaina de mielina con respecto a los que no la tienen? 5) En el siguiente gráfico se muestra el potencial de mb de una neurona cuando el axón recibe un estímulo.

a) b) c) d) e)

A) Señala en que momento ( 1,2,3,4,5) se produce: Apertura de canales de Na Rápida entrada de iones Na Canales K abiertos Canales K cerrados Cierre canales Na

B) Relaciona cada tramo del gráfico con los distintos períodos del impulso nervioso.

5. LA SINAPSIS Ramón y Cajal descubrió en el siglo pasado que las neuronas están separadas unas de otras por unos espacios muy pequeños, y que los impulsos nerviosos se producen gracias a la existencia de estructuras especializadas llamadas sinapsis. Estas se establecen entre las ramas terminales del axón de una neurona y las dendritas de otra, o también entre una neurona y una fibra muscular o una célula glandular. Las sinapsis pueden ser químicas o eléctricas.

Elementos de una sinapsis química

1. Elemento presináptico o botón sináptico: engrosamiento de la parte terminal del axón de la neurona por la que llega el impulso. Aquí se localizan unas vesículas que contienen neurotransmisores, sustancias químicas excitadoras o inhibidoras. 2. Hendidura sináptica: espacio que separa el elemento presináptico del postsináptico. 3. Elemento postsináptico: membrana de la dendrita de la neurona que recibe el impulso, que tiene receptores específicos para los neurotransmisores. 18

La sinapsis eléctrica sólo se establece entre las células musculares cardíacas, cuyas membranas están muy próximas y comunicadas mediante uniones especiales por las que pasan los neurotransmisores. Uniones neuromusculares Los botones sinápticos de una sola neurona pueden inervar hasta 250 millones de fibras musculares. Al conjunto de fibras musculares y neurona motora que las inerva se le conoce como placa motora. Estas unidades son las responsables del movimiento muscular. El neurotransmisor más frecuente en este tipo de sinapsis es la acetilcolina. En la zona de contacto, el botón sináptico forma una dilatación que se aloja en una depresión poco profunda de la fibra muscular. Cuando el potencial de acción alcanza la placa motora se libera acetilcolina, que atraviesa la mb de la fibra muscular e induce la despolarización de la misma. 19

6.NEUROTRANSMISORES La llegada del impulso nervioso a un botón sináptico provoca la entrada de Ca+2 al interior de la neurona procedente del medio extracelular. Esto hace que algunas de las vesículas liberen, por exocitosis, neurotransmisores a la hendidura sináptica. Si el neurotransmisor es excitador, se une a los receptores postsinápticos despolarizando la mb y provocando así la propagación del impulso nervioso. Si es inhibidor, provoca que el interior de la mb se haga todavía más negativo, se hiperpolarice, y por tanto, que la neurona postsináptica sea menos excitable, dificultando la transmisión del impulso nervioso. 22

Funciones de algunos neurotransmisores ACETILCOLINA: estimula la contracción muscular. Disminuye la frecuencia cardíaca. NOREPINEFRINA (ANTES NORADRENALINA): aumenta el nivel de alerta y atención, y prepara la musculatura para una actividad intensa. SEROTONINA: induce el sueño y puede regular el estado de ánimo. DOPAMINA: es inhibidor, controla la hiperactividad de las neuronas motoras. 23

7. ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO El sistema nervioso (SN) humano está integrado por dos sistemas: • Sistema Nervioso Central (SNC): encéfalo y médula espinal. • Sistema Nervioso Periférico (SNP): compuesto por los nervios llamados craneales o raquídeos, en función del lugar a donde llegan o desde donde se inician. • Sistema Nervioso Autónomo (SNA): nervios que se originan en determinadas regiones del encéfalo o de la médula espinal y que controlan actividades involuntarias. 24

7.1 SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

a) Encéfalo Alojado en el cráneo. En un corte transversal del encéfalo observamos una porción externa de color gris (sustancia gris) donde se sitúan los cuerpos neuronales, y otra interna, la sustancia blanca, formada por los axones de las neuronas. Diferenciamos 3 regiones: -) Encéfalo anterior o Prosencéfalo: se divide en diencéfalo y telencéfalo -) Encéfalo medio o Mesencéfalo -) Encéfalo posterior o Rombencéfalo: se divide en mielencéfalo y metencéfalo. 25

En el interior del encéfalo se abren 4 cavidades llamadas ventrículos, comunicadas entre sí y continuas con el conducto que hay dentro de la médula espinal llamado epéndimo. Estas cavidades están llenas de líquido cefalorraquídeo. Externamente al encéfalo (igual que en la médula espinal) se encuentran 3 membranas, las meninges, que son, de dentro afuera, piamadre, aracnoides y duramadre. Entre la piamadre y la aracnoides tb hay líquido cefalorraquídeo, que amortigua los golpes. - PROSENCÉFALO Zona donde se integran las funciones superiores de los animales. Distinguimos: 26

1) Telencéfalo o cerebro: ocupa casi la totalidad del cráneo. Única región donde se perciben y elaboran sensaciones conscientes. Longitudinalmente está dividido por un surco en dos hemisferios, derecho e izquierdo. La capa más externa se llama corteza, y está llena de circunvoluciones (pliegues) que aumentan su superficie y cisuras que permiten distinguir 4 lóbulos: frontal, temporal, parietal y occipital, en cada uno de los hemisferios. Cada lóbulo tiene funciones específicas. Ambos hemisferios están conectados por el cuerpo calloso, formado por haces de fibras nerviosas, de sustancia blanca, y permite que se comuniquen entre sí. El hemisferio izquierdo es el cerebro lógico, analítico y verbal; el derecho es el cerebro artístico, concibe el mundo de manera global, sin realizar procesos analíticos. Pero ambos se complementan. En la corteza se produce el análisis de la información sensorial, su integración, y se elaboran respuestas motoras voluntarias adecuadas para cada caso. Las zonas sensoriales analizan los estímulos. Las áreas de asociación reciben la información sensorial rica y variada y la comparan con la almacenada en la memoria. Son las responsables del lenguaje, creatividad, aprendizaje y memoria. En las zonas motoras se elaboran las órdenes voluntarias. 27

2) Diencéfalo: debajo del telencéfalo y distinguimos las siguientes partes: a) Tálamo: situado bajo el cuerpo calloso, regula la entrada de mensajes sensoriales a la corteza. Relacionado tb con las emociones y la memoria. b) Hipotálamo: pequeña región situada bajo el tálamo, controla e integra actividades del SNA regulando funciones como frecuencia cardíaca, movimientos del tubo digestivo o impulsos sexuales. Controla tb el apetito y la sed, la temperatura corporal o la presión sanguínea (homeostasis). El hipotálamo actúa tb como glándula, pues segrega hormonas como la oxitocina y la vasopresina. c) Hipófisis: unida al hipotálamo y por debajo de éste, glándula endocrina. d) Epitálamo: contiene la glándula pineal, que produce melatonina, hormona relacionada con los patrones del sueño. 28

- MESENCÉFALO Tiene gruesas paredes y en su interior hay un conducto, el acueducto de Silvio. En su techo hay 4 protuberancias. Las dos superiores controlan los movimientos reflejos de la cabeza y los ojos, relacionados con el sentido de la vista, mientras que las dos inferiores controlan los movimientos que responden a los estímulos auditivos. - ROMBENCÉFALO Es una dilatación de la médula espinal y posee dos zonas: a) Cerebelo: es bilobulado. Se compone de un cuerpo central o vermis y los lóbulos cerebelosos, que es su cara inferior están divididos por un profundo surco en dos hemisferios cerebelosos. Coordina la actividad de los músculos esqueléticos de 3 formas: 1) Conoce el estado del músculo y el esfuerzo que se le va a pedir y hace los ajustes necesarios para que los movimientos corporales sean suaves y precisos. 2) Produce en los músculos el tono adecuado para que puedan mantener la postura corporal. 3) Recibe información sobre la postura corporal en el espacio y hace los ajustes necesarios para mantener el equilibrio. b)

Protuberancia: conecta los hemisferios cerebelosos.

c) Bulbo raquídeo: conecta el encéfalo con la médula espinal. Controla funciones viscerales involuntarias tales como el ritmo respiratorio, el cardíaco, el reflejo de la deglución y el del vómito.

b) Médula espinal Situada en el interior de la columna vertebral, se comunica con el encéfalo a través del foramen magnum. Termina a la altura de la segunda vértebra lumbar. Está recorrida por un canal, el epéndimo, continuación de los ventrículos del encéfalo y que, como ellos, contiene líquido cefalorraquídeo. La médula está compuesta, al igual que el encéfalo, por sustancia gris y sustancia blanca, pero ordenadas de manera inversa que en aquel: la sustancia gris tiene forma de mariposa y se sitúa en el interior, mientras que la blanca se sitúa rodeándola, hacia el exterior. De las paredes laterales de la médula parten los nervios espinales o raquídeos (31 pares) con dos raíces: una dorsal, que es la vía de entrada de estímulos sensitivos, y una ventral, que constituye la vía de salida de los estímulos motores. En cada raíz dorsal hay un ganglio espinal, donde se localizan los cuerpos de las neuronas sensitivas con un solo axón, pero con dos ramas: una lleva el impulso nervioso desde los órganos hasta el ganglio, 36 y la otra, desde el ganglio hasta el SNC.

7.2 SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO Compuesto por nervios. Se encarga de enlazar las células receptoras con los centros nerviosos y éstos con los órganos efectores. Los nervios están formados por una gran cantidad de fibras nerviosas (axones). Cada axón está rodeado de un finísima mb, el endoneuro. Un número determinado de fibras nerviosas con sus correspondientes endoneuros forman un haz de fibras, rodeado por el perineuro. Un nervio consta de varios haces de fibras, unidas por el epineuro, en el cual tb hay vasos sanguíneos. 38

Según el sentido del impulso nervioso que conducen, los nervios pueden ser: - SENSITIVOS: conducen impulsos desde los receptores hasta los centros nerviosos. - MOTORES: conducen impulsos desde los centros nerviosos a los efectores. - MIXTOS: si tienen fibras sensitivas y motoras. Según su origen, pueden ser: - CRANEALES: salen del encéfalo y son 12 pares. Se encargan de inervar diferentes estructuras de la cabeza, el tronco y algunos órganos internos. - ESPINALES: salen de la médula, son 31 pares: 8 cervicales, 12 dorsales, 5 lumbares y 6 sacros. 39

7.3 SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO Controla las funciones fisiológicas básicas o involuntarias. Actúa sobre el corazón, el músculo liso y las glándulas de secreción. Regula la respiración, digestión, circulación y excreción. Se divide en dos, con funciones antagónicas: - SIMPÁTICO: sus neuronas salen de las zonas torácico-lumbares de la médula. Es especialmente importante en situaciones de emergencia para las que se necesita un aporte extra de energía al sistema muscular esquelético y un mejor funcionamiento de los sistemas de alerta. - PARASIMPÁTICO: sus neuronas parten del encéfalo, a través de los nervios craneales, y de la región sacra de la médula. Actúa en aquellas situaciones que implican reposo y aprovechamiento energético. 40

8. EL ACTO REFLEJO En él, el impulso recorre el camino más corto desde el receptor al efector, a través del SNC. Se produce automáticamente y no requiere la consciencia. Es una respuesta muy rápida. La cadena de neuronas que intervienen en esta acción se denomina arco reflejo. En el intervienen, al menos, dos neuronas, una sensitiva y la otra motora. Así, el reflejo rotuliano consiste en: 42

9. ENFERMEDADES DE SN CEFALEA: consistente en dolores fuertes y frecuentes de cabeza. Tiene causas diversas: poco aporte de oxígeno al encéfalo, inflamación de encéfalo o meninges, infecciones de ojos o nariz,… ACCIDENTE CEREBROVASCULAR: puede ser por una disminución del riego sanguíneo o por rotura de un vaso sanguíneo en el encéfalo. Factores de riesgo: hipertensión, altos niveles de colesterol en sangre, tabaco, obesidad o excesiva ingesta de alcohol. PARKINSON: alteración progresiva del SNC que consiste en temblor, rigidez y movimientos lentos. Se debe a una disminución en la secreción de dopamina. ALZHEIMER: deterioro progresivo de las funciones mentales, como consecuencia de alteraciones en el tejido cerebral. ESCLEROSIS MÚLTIPLE: enfermedad progresiva que se caracteriza por la destrucción de la mielina del SNC. Cuando la mielina se daña, los impulsos no circulan bien. 44

10. ADAPTACIONES DEL SN AL EJERCICIO Y AL ESTRÉS La adaptación es la respuesta del organismo a modificaciones relacionadas con el entrenamiento y el ejercicio físico, cuando este genera estímulos eficaces. Para que un estímulo provoque una respuesta debe alcanzar un umbral mínimo de esfuerzo. Así, caminar 0,5 km no sirve para entrenar, pues no provoca ninguna respuesta. Los estímulos de intensidad media sirven para entrenar si se repiten muchas veces, y sólo los estímulos de intensidad fuerte, que sobrepasan el umbral, producen fenómenos de adaptación. 45

Las principales adaptaciones del SN a la práctica continuada de actividad física conllevan: - Aumento de la velocidad de percepción de estímulos y de su transformación en orden motora. - Disminución del estrés y sensación de bienestar. - Activación de nuevas unidades motoras. Los niveles de dopamina aumentan con el ejercicio ligero a moderado, y esta hormona nos permite conciliar el sueño y hace que nos sintamos bien. El ejercicio intenso aumenta los niveles de adrenalina, y ésta disminuye los de dopamina, por lo que después de este ejercicio nos será más difícil conciliar el sueño. Los ejercicios prolongados de intensidad moderada aumentan la concentración de noradrenalina, mientras que ejercicios cortos pero intensos provocan importantes aumentos de adrenalina y noradrenalina. Estas hormonas desempeñan un papel fundamental en la respuesta de nuestro organismo ante una situación de estrés. Recientes estudios han demostrado que un estilo de vida físicamente activo favorece la actividad cerebral y ello se traduce en una mejora de nuestras capacidades mentales y cognitivas.