Control Motor

Dr. Carlos Ñancupil Bello

Neurólogo

Control MotorDefinición:

El sistema motor humano controla directamente el movimiento por selección directa de los blancos de acción, generando un plan motor, y coordinando las fuerzas necesarias para activar estos objetivos.El control motor es el proceso regulador que permite el planeamiento, estructuración y reorganización de la actividad motora. El control motor se constituye en el sistema ordenador de las potencialidades del hombre (Capacidad Motora) para la ejecución (acción motora).

Históricamente ha habido una pugna entre dos posiciones en relación al control motor. Por un lado, están quienes afirman que los

sistemas nerviosos actúan de forma reactiva; así, los más complejos movimientos

están conformados por el montaje organizado de arcos reflejos y solo podrían presentarse por la presencia de estímulos sensoriales adecuados. Por otro lado están quienes proponen que los comportamientos

no son reactivos al medio; estos comportamientos corresponderían a las

pautas motoras fijas o a patrones innatos de comportamiento

Control Motor

Esta área, por tanto, estudia desde la recepción de información relevante, estímulos, hasta la programación y ejecución de la respuesta motora

Control Motor

Tres diferentes niveles de cooperación:El mas alto nivel planea el movimientoEl mas bajo corresponde a los reflejos espinalesEl nivel intermedio conecta ambos para la ejecución de la labor

Las acciones voluntarias ( concientes) y automáticas ( reflejas), son la combinación de diferentes niveles de control. Los reflejos asisten en la función voluntaria y la activación cortical puede regular los diferentes niveles de control .

Influjo continuo de información sensorial

Control Motor

Neuroanatomía del control motor

Foco de Atención

Los movimientos voluntarios son programados en el cerebro. Varias áreas corticales ej. Córtex motor suplementario, ganglios basales, carebelo, tálamo, giro cingular anterior y córtex somatosensorial suplementario son ligados al córtex motor primario. Estos centros están envueltos en la planificación del movimiento.

Foco de Atención

El comando final que ejecuta el movimiento es iniciado en las células piramidales del córtex primario motor y transmitido atraves de la vía córtico espinal al cuerno ventral de la medula espinal.

En el nivel espinal especifico, la neurona motora superior sinapta con el alfa motoneurona, el cual transmite el comando a la fibra muscular.

Córtex Motor

Córtex Motor

Humunculo Motor

Humunculo Motor

Tracto Córtico espinal

El córtex motor primario esta envuelto en vías de reflejo de inhibición descendentes, las cuales varían su nivel de actividad de acuerdo a la atención, alerta y estado emocional del sujeto.

Movimientos subsidiarios

La activación de músculos subsidiarios son a menudo asociados con movimientos voluntarios y son función de servo acción necesaria ej. control postural. Esta acción incluye ajustes posturales anticipatorios usualmente automáticos, controlados inconcientemente.

El responsable de estas acciones es el control intermedio, también llamado sistema extrapiramidal, envuelto en el control de los movimientos finos, coordinación, tiempo, aprendizage motor y tono muscular

Ganglios basales

Cerebelo

Cerebelo

Tractos tecto y rubroespinal

Tracto reticulo espinal

Tractos descendentes

Programas motores automáticos

Los reflejos son la mas rápida vía de control del movimiento, estos son mono-, bi- y polisinápticos.

La latencia eléctrica refleja consiste en la conducción en neuronas sensitivas, transmisión sináptica y conducción del impulso motor en las motoneuronas.

Ejecución de comandos motores

En el reflejo de estiramiento monosináptico simple, el huso muscular siente el estiramiento de la fibra muscular.

Esta información es mediada por el nervio aferente Ia sensitivo hacia el asta dorsal en el respectivo nivel medular, sinaptando con la respectiva motoneurona activando el músculo correspondiente.

Reflejo Miotático

Ejecución de comandos motores

En reflejos mas complejos, hay un incremento en el numero de interneuronas .

La activación muscular también es modulada por el sistema de neurona motora gamma.

Estos tipos de reflejos son usualmente envueltos en movimientos voluntarios y subsidiarios ej. Permite la fluencia de movimientos que controlan la activación de músculos agonistas y antagonistas.

Neurofisiología del Control motor La Neurona

Oligodendrocito

neurona

neurona

neurona

dendrita

axónmileina

sinapsis

Vaso sanguineo

astrocito

La Neurona

Funciones regionales de la neurona:

Input (dendrita) área gatillo (soma) componente conductivo (axón) Output (sinapsis)

Conectividad Sináptica

Convergencia

Por convergencia se entiende el hecho de que sobre un mismo elemento post-sináptico caen dos o más terminaciones provenientes de uno o más elementos pre-sinápticos. Esta disposición permite que la motoneurona pueda recibir diferentes tipos de informaciones.

Conectividad Sináptica

Divergencia:

Un elemento presináptico termina simultáneamente en dos o más elementos postsinápticos. la complejidad de la divergencia asegura que una sola neurona pueda informar a muchos elementos postsinápticos de su actividad

Conectividad Sináptica Procesamiento en serie y en paralelo

Por procesamiento en serie se entiende la disposición secuencial de elementos, de forma tal que la activación del primero ocasiona la activación del segundo, la de éste la de uno tercero y así en adelante.La estructura de una red de procesamiento en paralelo posee la forma de una pirámide funcional en la cual los diversos niveles son activados en serie. A la activación del nivel A sigue la activación simultánea de los niveles B y C, y a la activación de cada uno de ellos sigue la de otros. Naturalmente, las redes de procesamiento en paralelo poseen una posibilidad infinita de organización .

Conectividad Sináptica Estimulación subliminal

Normalmente una neurona recibe en cada instante miles de informaciones sinápticas, algunas excitatorias, otras inhibitorias. Si la despolarización resultante eleva el potencial de membrana hasta el umbral de disparo, se ocasionará un impulso nervioso que avanzará por el axón. Si una neurona no ha alcanzado el punto de umbral de disparo, pero se encuentra por encima del potencial de reposo, se dice que está en estado de facilitación o subliminal. En este estado de facilitación basta un potencial excitatorio postsináptico muy pequeño para llevar el potencial hacia el punto de umbral. Siempre que se activa una neurona excitatoria, todas las neuronas que reciben contactos sinápticos de ella presentan diferentes niveles de excitación, quedando de esta forma preparadas para la acción.

Conectividad Sináptica Retroalimentación

Las neuronas obtienen información sobre sus acciones directa o indirectamente. Esta información se denomina retroalimentación. La retroalimentación puede ser excitatoria o inhibitoria. Existen dos clases de retroalimentación inmediata y diferida, dependiendo del tiempo tomado por la información en ser recibida. Dentro de la primera categoría podemos contar eventos ocurridos en una misma neurona, tales como la excitación de sus autoreceptores, o la liberación de moléculas de comunicación retrógrada. Dentro de la categoría de retroalimentación diferida existen varios ejemplos, uno de ellos lo constituye la denominada conducción por volumen. Esta forma de conducción se fundamenta en el hecho de que los neurotransmisores pueden viajar considerables distancias antes de encontrar un receptor.

Unidad MotoraCorresponde a una motoneurona con todas las fibras musculares que inerva.Dado que la transmisión a nivel de la sinapsis neuromuscular es “1 a 1”El tamaño de la Unidad Motora determina la precisión del movimiento.

Cada fibra muscular es inervada por una única motoneurona, mientras que cada motoneurona inerva muchas fibras musculares

Tasa de Inervación

Codificación de fuerza contráctil

Código de frecuencia: incremento de la frecuencia de disparo de las motoneouronas genera más fuerza.

Código de población: incremento del número de unidades motoras reclutadas genera más fuerza..

Código de población: principio del tamaño. Elwood

Henneman (1965).

Durante la ejecución de un acto motor las motoneuronas se reclutan y se desreclutan siguiendo una estricta secuencia de acuerdo a su tamaño.

Consecuencias funcionales del Principio del Tamaño:Fibras musculares con mayor capacidad de generación de

fuerza y menor resistencia a la fatiga participan únicamente en actos motores especiales.

Receptores musculares.Huso Neuromuscular.Órgano Tendinoso de Golgi.

Huso Neuromuscular: función sensorial y control del músculo.

•Fibras musculares especializadas: fibras intrafusales.

•Axones sensoriales: aferentes de tipo Ia y II.

•Axones motores que regulan la sensibilidad del huso: sistema fusimotor.

Las fibras intrafusales se disponen en paralelo con las

extrafusales.

Estructura de las fibras intrafusales.

•Región central no contráctil: sitio de terminación de las aferentes sensoriales.

•Regiones polares contráctiles: sitio de inervación por parte de las motoneuronas gama.

Longitud

Aferente IaAferente II

Huso informa acerca de la longitud del músculo como de velocidad de cambio de

la misma.

Órgano Tendinoso de Golgi: disposición en serie con las fibras extrafusales.

•Interpuesto entre músculo y tendón.

•Fibras colágenas unidas a las fibras musculares.

•Ramificaciones de la aferente primaria Ib se entrelaza con las fibras colágenas.

Organo Tendinoso de G olgi :Informan acerca de la tensión generada por

el músculo.

Tensión

Aferente Ib

De acuerdo a las diferencias morfológicas y funcionales del Huso y el OTG:

Aferentes del Huso Neuromuscular se activan durante estiramiento pasivo del músculo.Aferentes del OTG se activan durante la contracción del músculo.

SNC controla sensibilidad del Huso a través de las motoneuronas gama: control

eferente.

Coactivación alfa-gama

•Se da en forma fisiológica durante actos motores voluntarios.

•Impide que se relaje el Huso durante contracciones activas.

•Vertebrados superiores: sistema fusimotor independiente.

•Para niveles diferentes de contracción voluntaria descarga de la aferente primaria Ia es relativamente constante.

Información sensorial originada en los receptores musculares alcanza diferentes

niveles del SNC.

•Centros superiores: selección y ejecución de la estrategia motora (grado de tensión de los músculos, ángulo de articulaciones, etc.).

•Nivel segmentario: organización del acto motor a través de los reflejos.

Organización segmentaria del acto motor: Reflejos

Espinales.Conductas más sencillas: las mejor

comprendidas a nivel celular y circuital.

Bloques fundamentales de conductas más complejas como los movimientos voluntarios.

Desencadenados por la activación de receptores sensoriales del músculo.

Bases NeuromecánicasEstudia la Fuerza como la causa del movimiento

Para otros:El impulso es la causa del movimiento y la fuerza es la expresión del movimiento

Bases Neuromecánicas

MovimientoCoordinación de momentos de fuerza = F x D , como consecuencia del impulso.Para estudiar el músculo desde un punto de vista mecánico, se utilizan modelos que simplifican su estructura para teorizar sobre el

Bases NeuromecánicasModelo de HILL Modelo de las propiedades mecánicas del músculo.

Considera que cuando más estirado está el músculo más fuerza y más energía elástica.

Bases NeuromecánicasModelo de HILL

Modelo de las propiedades mecánicas del músculo.

Modelo matemático del músculo

Curva longitud tensión

Esto no está de acuerdo con Hill pues el decía que a mayor longitud, mayor tensión

Relación fuerza-velocidad

Modelos Conectionistas del control motor

Conectionistas dice relación de conexiones neurales y de los reflejos:

Modelos basados en la relación impulso/tiempo

Mass-spring

Modelo relación impulso/tiempo

El movimientos se produce por comandos centrales, que

determinan la intensidad y la duración de la contracción

muscular, es decir, el control del movimiento se realiza mediante la

cantidad y el tiempo de contracción

Modelo de Mass-SpringConceptos fundamentales:

Longitud/Tensión del músculo: el músculo conforme se estira genera mayor tensión. Pero no es un simple muelle de forma que cuando lo estiramos no solo genera tensión por esto sino también por él.

Reflejo Tónico de estiramiento:Papel del huso neuromuscularReclutamiento de motoneuronas

Servo-hipotesis de Mertón

El control motor se llevaría a cabo por controles centrales que excitan las gamma motoneuronas, las cuales coactiván al huso. Al contraerse mandan información a las interneuronas y a las gamma motoneuronas que provocan la contracción del músculoLas gamma motoneuronas son el centro del control del movimiento

Servo hipótesis de Mertón

Cuando aplicamos una carga externa se producen cambios en la longitud del músculo se exitan los receptores del huso se produce una modificación en la activación de las motoneuronas, por lo tanto cambios en la contracción muscular, compensación en los cambios en la longitud y control de la postura

Modelo AlfaLa actividad muscular se lleva a cabo por las alfa motoneuronas y el huso tendría un papel en el reflejo tónico de estiramiento pero no seria el centro en el control motor.considera que los comandos centrales modifican la actividad alfa, lo que da una contracción al músculo que a medida que aumenta la longitud aumenta la fuerza; es decir, con la actividad alfalo que hacemos es quie aumenta la pendiente de esta curva para que con el mismo nivel de longitud se consiga una mayor fuerza

Modelo landa ( del punto de equilibrio)

Considera que las curvas características son siempre iguales y paralelas, e introduce el punto umbral. Se provoca una modificación del umbral del reflejo de estiramiento tónico provocando un desplazamiento de la curva hacia la derecha o izquierda.

Modelo landa ( del punto de equilibrio)

El umbral de reflejo tónico de estiramiento, grado de estiramiento del músculo a partir del cual se produce el reclutamiento; es decir se produce el RTE ; hasta aquí el músculo es un simple muelle , luego se exita el huso y se activan las alfa motoneuronas

Este umbral, parece ser modificable por comandos centrales que activan la alfa motoneuronas y lo desplazan a derecha - izquierda

Cargas Características

Isométricas: la cantidad de carga se modifica, pero el punto de equilibrio estará siempre en la misma longitud

Isotónicas: se mantienen la misma fuerza y modifica el punto de equilibrio

Elásticas: conforme se modifica la longitud se modifica la intensidad de la carga

Contracción Isometrica

Contracción isotónica

Modelo de Control espinal:sistema feedback de órgano tendinoso de golgi

y m. spindle

Modelo del huso muscular( m. de fibras intrafusales)

M. splinde primario aferente Grupo Ia Fibras de región central no contráctil

M. spindle secundario aferente Grupo II Fibras de región polar inervada y contráctil

Modelo complejo músculo-tendon

CE: contractile element; SE: series element; PE: parallel element; T: tendon. Viscous damping is generally neglected, as here.

Modelo músculo-tendon de Zajac’s

Los movimientos de precisión ( acercar un segmento a un objeto) se controlan por:

Un control de impulso inicialUn control de feedback que corrige los errores del control de impulso inicial