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Sistema nervioso

SISTEMA NERVIOSO

Para poder entender parte del funcionamiento del sistema nervioso es necesario tener claros algunos conceptos de electricidad, ya que la información que recibimos del exterior por medio de los órganos de los sentidos se trasmiten al cerebro por pulsos eléctricos que ahí son procesados y luego la respuesta del cerebro, que puede ser inmediata, mediata o de largo plazo (en cuyo caso la información es almacenada en la memoria para ser usada cuando así se requiera), es mandada también por pulsos eléctricos que se trasmiten a través de las neuronas o células constitutivas del sistema nervioso. Comenzaremos por recordar que en la naturaleza existen dos tipos de cargas eléctricas, la positiva (+) y la negativa (-). Los átomos que conforman la materia están formados por un núcleo constituido por protones que tienen carga positiva y neutrones que son partículas sin carga; el núcleo está rodeado de electrones que son partículas elementales con carga negativa. De manera que si sumamos las cargas negativas más las positivas el resultado nos dirá si es un átomo estable, cuando la suma de las cargas es cero; un ión positivo si la suma es mayor que cero, o un ión negativo si la suma es menor que cero. Las cargas eléctricas, por el simple hecho de existir, ejercen entre sí una fuerza, la cual está dada por la ley de Coulomb: FE es la magnitud de la fuerza eléctrica que se mide en Newton (N), k es una constante de proporcionalidad, q y Q son las cargas consideradas medidas en Coulomb (C) y r es la distancia que las separa medida en metros (m), de modo que si consideramos dos cargas del 1 C cada una, separadas 1 m, la fuerza que siente cada una por la presencia de la otra es de 1N. Si las cargas son del mismo signo, la FE será positiva, ya que (-)(-) = (+)(+) = +, y las cargas se repelerán, mientras que si son de signos contrarios FE resultará negativa, (+)(-) = (-)(+) = -, y las cargas se verán atraídas entre sí. Como puede observarse en la expresión para FE, ésta se encuentra presente sin importar la distancia que separa a las cargas q y Q y sin importar el medio que las rodee; es la misma en el vacío que en el aire o en cualquier otro medio, y está aplicada a lo largo de la línea que une las cargas q y Q. Si la distancia que separa a q de Q es muy grande, FE será pequeña; a medida que la distancia decrece FE será mayor. Puede decirse que la carga q siente una fuerza FE que la acerca o la aleja de Q (dependiendo de si son de signos contrarios o iguales), debido al campo eléctrico E generado por Q, el cual se encuentra presente en todo el espacio siempre que Q exista. El campo eléctrico generado por Q se expresa como: La magnitud de E depende únicamente de la magnitud de Q y de la distancia r a la que se encuentra q, sus unidades son N/C Una cantidad importante, que también depende del valor de Q, es el potencial sus unidades son N.m/C llamadas volts = V. Si se considera una carga Q a cada punto del espacio se le puede asociar un valor para f que nos dice la cantidad de trabajo que se requiere para mover una carga positiva unitaria (1.6 x 10 -19 C) desde el infinito (una distancia muy grande) hasta el punto que está a la distancia r de Q. Si conocemos el potencial eléctrico de Q en dos puntos del espacio separados r1 y r2 respectivamente f1 y f2 entonces la diferencia entre ellos se conoce como diferencia de potencial o voltaje entre esos puntos: Si en un lugar del espacio hay una carga positiva y en otro hay una carga negativa separadas por una distancia d, se genera una diferencia de potencial o voltaje V. Si las cargas se acumulan en placas metálicas, por ejemplo, a la placa donde se acumula la carga se le conoce como electrodo. Al electrodo positivo se le llama ánodo mientras al negativo se le llama cátodo. El sistema nervioso es la parte más complicada del cuerpo humano, su funcionamiento aún no se conoce completamente, sin embargo, ya se sabe que de él depende la mayor parte del trabajo del cuerpo. El sistema nervioso puede ser dividido en dos partes: el central (SNC) y el periférico (SNP), por sus características anatómicas. El sistema nervioso central está compuesto por el cerebro, cerebelo, diencéfalo y el tallo cerebral; comúnmente se dice que lo forman el cerebro y la médula espinal; está protegido por los huesos que forman el cráneo y la columna vertebral, y su función es interpretar y procesar la información que recibe por estímulos eléctricos, principalmente del exterior, para luego enviar la información requerida, también por estímulos eléctricos, al lugar adecuado del cuerpo. Por ejemplo, si se recibe un chispazo muy luminoso, la información llega al cerebro por medio del nervio óptico y el cerebro manda la orden de cerrar los ojos; si se aspira polvo en una cantidad que provoca irritación en las mucosas, la orden del cerebro es que se estornude o se tosa, etc. La información que llega a él también puede provenir del interior del cuerpo. Por ejemplo, cuando nos duele el estómago por exceso de comida, el cerebro nos puede ordenar el deseo de ya no ingerir más alimento; si hay una infección presente, puede ordenar que se eleve la temperatura del cuerpo para ayudar a combatirla, etc. Pero aún es más complejo pues puede evocar recuerdos que nos hacen sonreír o llorar, recordar un dato que necesitamos, etc. Con cierto adiestramiento podemos controlar nuestras funciones vitales como la respiración con sólo desearlo. El sistema nervioso periférico está compuesto por los nervios que se encuentran fuera del SNC, se divide en dos partes: el sistema nervioso somático, que controla las funciones voluntarias, como por ejemplo el caminar hacia un lugar específico, escribir, etc., y el sistema nervioso autónomo que es el que controla las funciones involuntarias como son la digestión, respiración, deglución etcétera. Las células que constituyen al sistema nervioso, llamadas fibras nerviosas o simplemente neuronas están formadas por un cuerpo celular o soma que rodea a una región conocida como núcleo, el cuerpo celular tiene varias ramificaciones o dendritas que adquieren información de las neuronas adjuntas a través de las uniones sinápticas. Al proceso del paso de la información de una neurona a otra se le conoce como sinapsis. Esta información se transmite por la neurona a través del soma hasta llegar a una extensión llamada axón, la cual se ramifica a su vez en varias terminales que conforman otras uniones sinápticas trasmitiendo la información a una o varias neuronas o bien a fibras musculares, como se muestra en la figura 7, formando así una red enormemente compleja. El cerebro humano adulto pesa aproximadamente 1350 g y contiene unos diez mil millones de neuronas y cientos de miles de otras células. Las neuronas del cuerpo humano son de dos tipos diferentes: unas llamadas mielinizadas están cubiertas por una sustancia grasa, la mielina, que se encuentra distribuida en el axón por tramos separados por pequeñas distancias no cubiertas llamadas nodos de Ranvier; otras, no cubiertas por mielina, se llaman no mielinizadas. Figura 7. Las neuronas son las células que forman el sistema nervioso, las hay
mielinizadas y no mielinizadas.
La velocidad de transmisión de la información depende del tipo de neurona y del grueso de ésta. Las neuronas mielinizadas trasmiten a mayor velocidad que las no mielinizadas, además, mientras mayor sea el diámetro del axón, mayor será la velocidad de la transmisión. Un axón no mielinizado de aproximadamente 1 mm de diámetro trasmite la información con velocidades entre 20 y 50 m/s, mientras que uno mielinizado de aproximadamente 1 m (milésima parte de milímetro) la transmite con una velocidad cercana a los 100 m/s. La mayor parte de las neuronas en el cuerpo humano son mielinizadas y algunas tienen axones que llegan a medir más de un metro, por ejemplo aquellas que producen el movimiento de los dedos del pie, pues sus cuerpos celulares se encuentran en la médula espinal. Cuando la información se trasmite a un músculo, la neurona que la lleva se llama motoneurona o neurona motora. Al conjunto de neuronas que se unen para activar un músculo se le llama nervio motor y puede activar de 25 a 2 000 fibras musculares causando que éstas se tensen o se relajen, lo que da como resultado un movimiento muscular suave, firme y preciso. Las neuronas que captan información y la trasmiten al cerebro se llaman sensoriales. Sin embargo, hay algunas que pueden activar directamente nervios motores provocando una acción muscular rápida sin esperar a que llegue la información al cerebro y luego éste trasmita la orden para activar el músculo. Este tipo de acción se llama reflejo y previene al cuerpo de daños serios; por ejemplo, si tocamos un cuerpo muy caliente primero retiramos la mano (acto reflejo) y luego sentimos el dolor (la señal la recibió el cerebro y nos manda una sensación de dolor para retirar la mano). El mecanismo por el cual se trasmite la información es excesivamente complejo, aquí nos limitaremos exclusivamente a los fenómenos eléctricos, pero es preciso señalar que la forma fundamental de la actividad nerviosa es de carácter bioquímico. Para entender el fenómeno eléctrico en la transmisión de la información comenzaremos por decir que a través de la superficie del axón existe una diferencia de potencial debido a que en la parte externa hay más iones positivos que en la parte interna; se dice que la neurona está polarizada. Esta diferencia de potencial es de 60 a 90 mV y se conoce como potencial de restauración o restitución véase la Figura 8. Para estimular la neurona es necesario producir un cambio momentáneo en el potencial de restitución, hay un límite inferior capaz de producir este cambio al que se conoce como umbral de la neurona y puede ser diferente dependiendo del lugar donde se encuentre y de la persona, por eso es que sentimos más fuerte un mismo golpe en la mejilla que en la palma de la mano y que una persona sea más sensible que otra. Figura 8. Transmisión de un pulso eléctrico a lo largo del axón. a)
Potencial de restauración del axón, aproximadamente -88mv. b) Un estímulo a
la izquierda del punto de observación P provoca que los iones sodio de carga
positiva se muevan despolarizando la membrana. c), d), e) muestran como se
va propagando el pulso, restableciéndose el voltaje inicial una vez que terminó
de pasar el estímulo.
Cuando el estímulo sobrepasa el umbral, se genera un potencial de acción que se propaga por el axón en ambas direcciones, sólo que cuando llega al cuerpo celular se pierde la información, mientras que al llegar a los puntos terminales del axón se sigue propagando por medio de las uniones sinápticas. El potencial de acción se debe a que la membrana que cubre al axón permite que los iones positivos Na+ (sodio +) pasen a través de ella provocando la despolarización de la membrana. El interior se hace positivo hasta alcanzar aproximadamente 50 mV, provocando que el potencial se invierta en la región de estimulación y haya movimiento de iones, lo que a su vez despolariza la región contigua, como se muestra en la figura 8. El punto de estimulación original se recupera un tiempo después, ya que la membrana no permite el paso de los iones negativos grandes A- (proteínas), pero sí el de los iones sodio +: Na+, potasio +: K+ y cloro -: Cl-. Mientras no se haya restablecido la membrana no registra ningún otro estímulo. La recuperación del potencial de acción se debe principalmente a las bombas de iones, así como los cambios en la permeabilidad de la membrana. Cuando la fibra nerviosa es mielinizada, el potencial de acción decrece en tamaño en la región donde hay mielina hasta llegar al siguiente nodo de Ranvier, donde actúa como un estímulo restaurando el potencial de acción a su forma y medida original, por lo que parece como si brincara de nodo a nodo. De manera que podemos comparar la red nerviosa del cuerpo humano con las conexiones internas de una computadora: la información se trasmite por pulsos eléctricos de un punto a otro hasta llegar al cerebro, el cual manda a su vez información por pulsos eléctricos al lugar donde se requiera. El estudio del cerebro es mucho más complicado de entender que la transmisión de señales eléctricas a través del axón, pues se trata de una compleja maraña de neuronas interconectadas de tal forma que el cerebro maneja toda la información que recibe desde antes de que ocurra el nacimiento, hasta la muerte de la persona. Sin embargo, la parte del cerebro más desarrollada en el hombre es la corteza o estructura externa, que le ha permitido dominar a todas las demás especies. La corteza cerebral puede dividirse en diferentes áreas dependiendo de la parte específica del cuerpo que controlan; por ejemplo, la visión es manejada por la parte posterior de la corteza, conocida como corteza visual, las sensaciones son manejadas por otra área diferente, etc. Es más difícil definir las áreas que controlan las funciones intelectuales, aunque se sabe que por lo menos en parte son responsables las áreas frontales. Para el estudio del comportamiento de las señales eléctricas del cerebro se usa un aparato llamado electroencefalógrafo, que registra las señales y nos las puede presentar ya sea en una pantalla o en una gráfica a la que se le llama electroencefalograma (EEG). Para hacer el registro de las señales se usan unos discos pequeños de plata con una cubierta de cloruro de plata, llamados electrodos, que son colocados en los lugares del cerebro que se desea estudiar usando una pasta adhesiva conductora que ayuda al paso de la señal hacia el electrodo, el cual la lleva a un amplificador. Para el registro de una señal se necesitan al menos dos electrodos; cada uno mide un potencial. Frecuentemente el potencial de referencia es el de un electrodo colocado en el lóbulo de la oreja, debido a que es un punto con poca actividad eléctrica, entonces se dice que se trabajó en el modo unipolar. El EEG resulta de la diferencia entre estos dos potenciales, realmente no es otra cosa que la gráfica de cómo varía el voltaje con respecto al tiempo. El EEG obtenido de electrodos en la superficie de la cabeza, se compone por ondas rítmicas lentas cuyo tamaño puede variar entre 10 y 100 microvolts (esto se conoce como amplitud del pulso); estas ondas varían en forma, amplitud y frecuencia (número de pulsos emitidos por segundo, su unidad es el Hertz: Hz). Cuando la frecuencia está entre 8 y 13 Hz se conoce como ritmo alfa y se dice que 1 persona se encuentra en un estado alfa que corresponde a estar calmado, relajado. Cuando la persona está más alerta, el valor de la frecuencia aumenta, es mayor que 13 Hz y se conoce como estado beta; en cambio, si se encuentra sumida en un sueño ligero la frecuencia baja, su valor está entre 4 y 7 Hz y se conoce como estado theta; si el sueño es profundo, la frecuencia estará entre 0.5 y 3.5 Hz y se la conoce como estado delta. Otra forma de obtener EEG es determinar la señal de voltaje entre dos electrodos cualesquiera. Ésta se conoce como modo bipolar y puede ser muy útil en el diagnóstico de diferentes enfermedades tales como la epilepsia (en sus diferentes variedades), tumores cerebrales o diversas enfermedades infecciosas que pueden afectar seriamente al cerebro. El EEG tiene muchas aplicaciones, una de ellas es en cirugía, ya que puede indicar el nivel de anestesia del paciente; en el estudio de estados de sueño y de vigilia es una herramienta invaluable. Estudios más complicados del cerebro se llevan a cabo haciendo pequeñas perforaciones en el cráneo e introduciendo unas agujas muy finas, aislantes, que llevan en su interior el electrodo y la cabeza de éste en la punta. Estos electrodos se mandan hasta el sitio específico que se estudia; por su tamaño se les llama microelectrodos. Haciendo uso de estos microelectrodos se sabe que el control de la temperatura del cuerpo se lleva a cabo en el hipotálamo.

Source: http://faciasweb.uncoma.edu.ar/academica/materias/morfo/ARCHIVOPDF5/3-SISTEMA_NERVIOSO.pdf

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