III. SISTEMA NERVIOSO

PARA poder entender parte del funcionamiento del sistema nervioso es necesario tener claros algunos conceptos de electricidad, ya que la informaci�n que recibimos del exterior por medio de los �rganos de los sentidos se trasmiten al cerebro por pulsos el�ctricos que ah� son procesados y luego la respuesta del cerebro, que puede ser inmediata, mediata o de largo plazo (en cuyo caso la informaci�n es almacenada en la memoria para ser usada cuando as� se requiera), es mandada tambi�n por pulsos el�ctricos que se trasmiten a trav�s de las neuronas o c�lulas constitutivas del sistema nervioso.

Comenzaremos por recordar que en la naturaleza existen dos tipos de cargas el�ctricas, la positiva (+) y la negativa (-). Los �tomos que conforman la materia est�n formados por un n�cleo constituido por protones que tienen carga positiva y neutrones que son part�culas sin carga; el n�cleo est� rodeado de electrones que son part�culas elementales con carga negativa. De manera que si sumamos las cargas negativas m�s las positivas el resultado nos dir� si es un �tomo estable, cuando la suma de las cargas es cero; un ion positivo si la suma es mayor que cero, o un ion negativo si la suma es menor que cero.

Las cargas el�ctricas, por el simple hecho de existir, ejercen entre s� una fuerza, la cual est� dada por la ley de Coulomb:

F_E es la magnitud de la fuerza el�ctrica que se mide en newtons (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 F_E ser� positiva, ya que (-)(-) = (+)(+) = +, y las cargas se repeler�n, mientras que si son de signos contrarios F_E resultar� negativa, (+)(-) = (-)(+) = -, y las cargas se ver�n atra�das entre s�.

Como puede observarse en la expresi�n para F_E, �sta 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 vac�o que en el aire o en cualquier otro medio, y est� aplicada a lo largo de la l�nea que une las cargas q y Q.

Si la distancia que separa a q de Q es muy grande, F_E ser� peque�a; a medida que la distancia decrece F_E ser� mayor.

Puede decirse que la carga q siente una fuerza F_E que la acerca o la aleja de Q (dependiendo de si son de signos contrarios o iguales), debido al campo el�ctrico E generado por Q, el cual se encuentra presente en todo el espacio siempre que Q exista. El campo el�ctrico generado por Q se expresa como:

La magnitud de E depende �nicamente 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 tambi�n depende del valor de Q, es el potencial el�ctrico:

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 est� a la distancia r de Q.

Si conocemos el potencial el�ctrico 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:

f₁ - f₂ = Df = V

sus unidades tambi�n son volts.

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 met�licas, por ejemplo, a la placa donde se acumula la carga se le conoce como electrodo. Al electrodo positivo se le llama �nodo mientras al negativo se le llama c�todo.

El sistema nervioso es la parte m�s complicada del cuerpo humano, su funcionamiento a�n no se conoce completamente, sin embargo, ya se sabe que de �l depende la mayor parte del trabajo del cuerpo. El sistema nervioso puede ser dividido en dos partes: el central (SNC) y el perif�rico (SNP), por sus caracter�sticas anat�micas.

El sistema nervioso central est� compuesto por el cerebro, cerebelo, dienc�falo y el tallo cerebral; com�nmente se dice que lo forman el cerebro y la m�dula espinal; est� protegido por los huesos que forman el cr�neo y la columna vertebral, y su funci�n es interpretar y procesar la informaci�n que recibe por est�mulos el�ctricos, principalmente del exterior, para luego enviar la informaci�n requerida, tambi�n por est�mulos el�ctricos, al lugar adecuado del cuerpo. Por ejemplo, si se recibe un chispazo muy luminoso, la informaci�n llega al cerebro por medio del nervio �ptico y el cerebro manda la orden de cerrar los ojos; si se aspira polvo en una cantidad que provoca irritaci�n en las mucosas, la orden del cerebro es que se estornude o se tosa, etc. La informaci�n que llega a �l tambi�n puede provenir del interior del cuerpo. Por ejemplo, cuando nos duele el est�mago por exceso de comida, el cerebro nos puede ordenar el deseo de ya no ingerir m�s alimento; si hay una infecci�n presente, puede ordenar que se eleve la temperatura del cuerpo para ayudar a combatirla, etc. Pero a�n es m�s complejo pues puede evocar recuerdos que nos hacen sonre�r o llorar, recordar un dato que necesitamos, etc. Con cierto adiestramiento podemos controlar nuestras funciones vitales como la respiraci�n con s�lo desearlo.

El sistema nervioso perif�rico est� compuesto por los nervios que se encuentran fuera del SNC, se divide en dos partes: el sistema nervioso som�tico, que controla las funciones voluntarias, como por ejemplo el caminar hacia un lugar espec�fico, escribir, etc., y el sistema nervioso aut�nomo que es el que controla las funciones involuntarias como son la digesti�n, respiraci�n, degluci�n etc�tera.

Las c�lulas que constituyen al sistema nervioso, llamadas fibras nerviosas o simplemente neuronas est�n formadas por un cuerpo celular o soma que rodea a una regi�n conocida como n�cleo, el cuerpo celular tiene varias ramificaciones o dendritas que adquieren informaci�n de las neuronas adjuntas a trav�s de las uniones sin�pticas. Al proceso del paso de la informaci�n de una neurona a otra se le conoce como sinapsis. Esta informaci�n se transmite por la neurona a trav�s del soma hasta llegar a una extensi�n llamada ax�n, la cual se ramifica a su vez en varias terminales que conforman otras uniones sin�pticas trasmitiendo la informaci�n a una o varias neuronas o bien a fibras musculares, como se muestra en la figura 7, formando as� 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 c�lulas. Las neuronas del cuerpo humano son de dos tipos diferentes: unas llamadas mielinadas est�n cubiertas por una sustancia grasa, la mielina, que se encuentra distribuida en el ax�n por tramos separados por peque�as distancias no cubiertas llamadas nodos de Ranvier; otras, no cubiertas por mielina, se llaman no mielinadas.

Figura 7. Las neuronas son las c�lulas que forman el sistema nervioso, las hay mielinadas y no mielinadas.

La velocidad de trasmisi�n de la informaci�n depende del tipo de neurona y del grueso de �sta. Las neuronas mielinadas trasmiten a mayor velocidad que las no mielinadas, adem�s, mientras mayor sea el di�metro del ax�n, mayor ser� la velocidad de la trasmisi�n. Un ax�n no mielinado de aproximadamente 1 mm de di�metro trasmite la informaci�n con velocidades entre 20 y 50 m/s, mientras que uno mielinado de aproximadamente 1 m (mil�sima parte de mil�metro) la transmite con una velocidad cercana a los 100 m/s. La mayor parte de las neuronas en el cuerpo humano son mielinadas y algunas tienen axones que llegan a medir m�s de un metro, por ejemplo aquellas que producen el movimiento de los dedos del pie, pues sus cuerpos celulares se encuentran en la m�dula espinal.

Cuando la informaci�n se trasmite a un m�sculo, la neurona que la lleva se llama motoneurona o neurona motora. Al conjunto de neuronas que se unen para activar un m�sculo se le llama nervio motor y puede activar de 25 a 2 000 fibras musculares causando que �stas se tensen o se relajen, lo que da como resultado un movimiento muscular suave, firme y preciso.

Las neuronas que captan informaci�n y la trasmiten al cerebro se llaman sensoriales. Sin embargo, hay algunas que pueden activar directamente nervios motores provocando una acci�n muscular r�pida sin esperar a que llegue la informaci�n al cerebro y luego �ste trasmita la orden para activar el m�sculo. Este tipo de acci�n se llama reflejo y previene al cuerpo de da�os serios; por ejemplo, si tocamos un cuerpo muy caliente primero retiramos la mano (acto reflejo) y luego sentimos el dolor (la se�al la recibi� el cerebro y nos manda una sensaci�n de dolor para retirar la mano).

El mecanismo por el cual se trasmite la informaci�n es excesivamente complejo, aqu� nos limitaremos exclusivamente a los fen�menos el�ctricos, pero es preciso se�alar que la forma fundamental de la actividad nerviosa es de car�cter bioqu�mico.

Para entender el fen�meno el�ctrico en la trasmisi�n de la informaci�n comenzaremos por decir que a trav�s de la superficie del ax�n existe una diferencia de potencial debido a que en la parte externa hay m�s iones positivos que en la parte interna; se dice que la neurona est� polarizada. Esta diferencia de potencial es de 60 a 90 mV y se conoce como potencial de restauraci�n o restituci�n v�ase la Figura 8.

Para estimular la neurona es necesario producir un cambio moment�neo en el potencial de restituci�n, hay un l�mite 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 m�s fuerte un mismo golpe en la mejilla que en la palma de la mano y que una persona sea m�s sensible que otra.

Figura 8. Trasmisi�n de un pulso el�ctrico a lo largo del ax�n. a) Potencial de restauraci�n del ax�n, aproximadamente -88mv. b) Un est�mulo a la izquierda del punto de observaci�n P provoca que los iones sodio de carga positiva se muevan despolarizando la membrana. c), d), e) muestran como se va propagando el pulso, restableci�ndose el voltaje inicial una vez que termin� de pasar el est�mulo.

Cuando el est�mulo sobrepasa el umbral, se genera un potencial de acci�n que se propaga por el ax�n en ambas direcciones, s�lo que cuando llega al cuerpo celular se pierde la informaci�n, mientras que al llegar a los puntos terminales del ax�n se sigue propagando por medio de las uniones sin�pticas.

El potencial de acci�n se debe a que la membrana que cubre al ax�n permite que los iones positivos Na+ (sodio +) pasen a trav�s de ella provocando la despolarizaci�n de la membrana. El interior se hace positivo hasta alcanzar aproximadamente 50 mV, provocando que el potencial se invierta en la regi�n de estimulaci�n y haya movimiento de iones, lo que a su vez despolariza la regi�n contigua, como se muestra en la figura 8.

El punto de estimulaci�n original se recupera un tiempo despu�s, ya que la membrana no permite el paso de los iones negativos grandes A^- (prote�nas), pero s� el de los iones sodio +: Na⁺, potasio +: K⁺ y cloro -: Cl^-. Mientras no se haya restablecido la membrana no registra ning�n otro est�mulo. La recuperaci�n del potencial de acci�n se debe principalmente a las bombas de iones, as� como los cambios en la permeabilidad de la membrana.

Cuando la fibra nerviosa es mielinada, el potencial de acci�n decrece en tama�o en la regi�n donde hay mielina hasta llegar al siguiente nodo de Ranvier, donde act�a como un est�mulo restaurando el potencial de acci�n 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 informaci�n se trasmite por pulsos el�ctricos de un punto a otro hasta llegar al cerebro, el cual manda a su vez informaci�n por pulsos el�ctricos al lugar donde se requiera.

El estudio del cerebro es mucho m�s complicado de entender que la trasmisi�n de se�ales el�ctricas a trav�s del ax�n, pues se trata de una compleja mara�a de neuronas interconectadas de tal forma que el cerebro maneja toda la informaci�n que recibe desde antes de que ocurra el nacimiento, hasta la muerte de la persona. Sin embargo, la parte del cerebro m�s desarrollada en el hombre es la corteza o estructura externa, que le ha permitido dominar a todas las dem�s especies.

La corteza cerebral puede dividirse en diferentes �reas dependiendo de la parte espec�fica del cuerpo que controlan; por ejemplo, la visi�n es manejada por la parte posterior de la corteza, conocida como corteza visual, las sensaciones son manejadas por otra �rea diferente, etc. Es m�s dif�cil definir las �reas que controlan las funciones intelectuales, aunque se sabe que por lo menos en parte son responsables las �reas frontales.

Para el estudio del comportamiento de las se�ales el�ctricas del cerebro se usa un aparato llamado electroencefal�grafo, que registra las se�ales y nos las puede presentar ya sea en una pantalla o en una gr�fica a la que se le llama electroencefalograma (EEG). Para hacer el registro de las se�ales se usan unos discos peque�os 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 se�al hacia el electrodo, el cual la lleva a un amplificador.

Para el registro de una se�al se necesitan al menos dos electrodos; cada uno mide un potencial. Frecuentemente el potencial de referencia es el de un electrodo colocado en el l�bulo de la oreja, debido a que es un punto con poca actividad el�ctrica, entonces se dice que se trabaj� en el modo unipolar. El EEG resulta de la diferencia entre estos dos potenciales, realmente no es otra cosa que la gr�fica de c�mo var�a el voltaje con respecto al tiempo.

El EEG obtenido de electrodos en la superficie de la cabeza, se compone por ondas r�tmicas lentas cuyo tama�o puede variar entre 10 y 100 microvolts (esto se conoce como amplitud del pulso); estas ondas var�an en forma, amplitud y frecuencia (n�mero de pulsos emitidos por segundo, su unidad es el Hertz: Hz). Cuando la frecuencia est� 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 est� m�s 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 sue�o ligero la frecuencia baja, su valor est� entre 4 y 7 Hz y se conoce como estado teta; si el sue�o es profundo, la frecuencia estar� entre 0.5 y 3.5 Hz y se la conoce como estado delta.

Otra forma de obtener EEG es determinar la se�al de voltaje entre dos electrodos cualesquiera. �sta se conoce como modo bipolar y puede ser muy �til en el diagn�stico 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 cirug�a, ya que puede indicar el nivel de anestesia del paciente; en el estudio de estados de sue�o y de vigilia es una herramienta invaluable.

Estudios m�s complicados del cerebro se llevan a cabo haciendo peque�as perforaciones en el cr�neo e introduciendo unas agujas muy finas, aislantes, que llevan en su interior el electrodo y la cabeza de �ste en la punta. Estos electrodos se mandan hasta el sitio espec�fico que se estudia; por su tama�o 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 hipot�lamo.