Fisiología de Sistemas: Introducción

La fisiología de sistemas estudia cómo los distintos sistemas del cuerpo humano funcionan en conjunto para mantener la homeostasis. Los estímulos llegan a nuestro cuerpo de diferentes maneras y se procesan según su intensidad y frecuencia de potenciales de acción.

Los receptores sensoriales están ubicados tanto en nuestros cinco sentidos (oído, ojo, piel, lengua y nariz) como en el interior del cuerpo (propiosensores y órgano vestibular). Cuando un receptor recibe un estímulo, lo transmite mediante sinapsis a una neurona postsináptica que procesa y envía esta información.

El sistema nervioso central (SNC) está formado por el cerebro y la médula espinal. La médula tiene una función específica según su región: la parte posterior/dorsal sube información sensitiva y visceral, mientras que la anterior/ventral baja información motora y autonómica.

💡 La diferencia entre homeostasis y alostasis es clave: la homeostasis busca mantener un equilibrio constante, mientras que la alostasis logra estabilidad mediante adaptación continua a las exigencias del entorno.

El cerebro contiene estructuras con funciones específicas: la corteza cerebral recibe y procesa información, el hipocampo está relacionado con la memoria, la amígdala con las emociones, el cerebelo con los movimientos voluntarios, y el hipotálamo controla la homeostasis y funciones básicas como comer.

Estructura y Función del Cerebro

El cerebro está dividido en lóbulos, cada uno con funciones especializadas. El lóbulo frontal se encarga del pensamiento, planificación y movimientos voluntarios. El lóbulo temporal procesa la audición, comprensión del lenguaje y memoria. El lóbulo occipital está dedicado principalmente a la visión, mientras que el lóbulo parietal procesa información sensorial como tacto, temperatura y orientación espacial.

El tronco cerebral consta de tres partes principales. El mesencéfalo controla los movimientos oculares y conecta los sistemas auditivo y visual. La protuberancia contribuye al equilibrio, postura y regulación de la respiración. El bulbo raquídeo contiene centros autónomos que regulan funciones vitales como la respiración, presión arterial y reflejos como deglución, tos y vómito.

La división en hemisferios es otra característica fundamental del cerebro. Cada hemisferio controla el lado opuesto del cuerpo y tiene ciertas especializaciones, aunque trabajan en constante comunicación a través del cuerpo calloso.

🧠 ¿Sabías que cada parte de tu cuerpo tiene una representación proporcional en el cerebro? Zonas con mayor sensibilidad, como los dedos o los labios, ocupan más espacio en la corteza cerebral que otras partes menos sensibles.

Tipos de Sinapsis y Neurocircuitos

Existen dos tipos principales de sinapsis. La sinapsis eléctrica ocurre mediante un flujo pasivo de corriente eléctrica a través de uniones gap $gap-junction$, permitiendo una comunicación rápida y directa. La sinapsis química, más común, implica la liberación de neurotransmisores desde una neurona presináptica hacia una postsináptica.

Los principales neurocircuitos del sistema nervioso funcionan mediante neurotransmisores específicos. La noradrenalina (desde el locus coeruleus) regula la atención, excitación y respuesta al estrés. La serotonina (núcleos del rafe) modula el comportamiento emocional, estado de ánimo, sueño y apetito. La dopamina (área tegmental ventral) está involucrada en movimiento, motivación y sistema de recompensa. La acetilcolina participa en atención, memoria y regulación del ciclo sueño-vigilia.

El sistema nervioso periférico presenta una distribución segmentaria de los nervios. Los nervios periféricos se organizan siguiendo un patrón de dermatomas, donde cada segmento de la médula espinal corresponde a una región específica de la piel.

🔍 La sinapsis química es más lenta que la eléctrica pero permite un procesamiento más complejo de la información, siendo fundamental para el aprendizaje y la memoria.

Receptores Sensoriales

Los mecanorreceptores detectan cambios de presión en distintas partes del cuerpo. En la piel, los corpúsculos de Pacini captan estos cambios. En el oído, las células ciliadas del órgano de Corti se doblan cuando las ondas sonoras mueven la membrana, abriendo canales iónicos que generan potenciales de acción transmitidos por el nervio coclear.

Los fotorreceptores de la retina responden a cambios de luz y se dividen en dos tipos: conos (para luz intensa, colores RGB y alta resolución) y bastones (para visión escotópica, blanco y negro, baja resolución pero muy sensibles).

Los quimiorreceptores detectan sustancias químicas. En la nariz, las células receptoras del epitelio olfatorio envían señales al bulbo olfatorio. En la lengua, las papilas gustativas captan los sabores básicos: dulce, salado, ácido, amargo y umami.

Los termorreceptores como los corpúsculos de Krause detectan sensaciones de frío, mientras que los corpúsculos de Ruffini responden al calor. Los nociceptores son sensibles al dolor o cambios extremos de temperatura, activándose cuando hay daño potencial.

👁️ La distribución de nuestros receptores sensoriales en el cerebro forma un "homúnculo sensorial", una representación desproporcionada donde zonas más sensibles como labios o dedos ocupan más espacio cortical que otras partes del cuerpo.

Sistema Nervioso Motor

El sistema nervioso motor controla tres tipos de músculos: esquelético (voluntario y estriado), cardíaco (involuntario y estriado) y visceral (involuntario y liso). Los movimientos pueden ser voluntarios (controlados por el cerebro), involuntarios (controlados por el bulbo raquídeo) o reflejos (controlados por la médula espinal).

Las áreas motoras cerebrales incluyen el área motora primaria (M1), el área pre-motora (APM) y el área motora suplementaria (AMS). Estas áreas se encuentran junto a las áreas sensitivas, lo que permite respuestas motoras rápidas ante estímulos sensoriales.

Existen dos vías principales de eferencias motoras: la vía piramidal $cortico-espinal$ controla los movimientos voluntarios, mientras que la vía extrapiramidal $cortico-bulbar$ regula movimientos posturales e inhibe movimientos involuntarios. Estas vías trabajan juntas para lograr un control motor óptimo.

🏃 El control motor funciona jerárquicamente: el nivel alto (cerebro) crea estrategias, el nivel medio (corteza motora y cerebelo) desarrolla tácticas, y el nivel bajo (tronco cerebral y médula espinal) ejecuta las acciones necesarias. ¡Así es como logras lanzar una pelota con precisión!

La representación de los músculos en la corteza motora forma un "homúnculo motor" donde, al igual que en el sensorial, partes con movimientos finos como manos y cara ocupan más espacio que otras áreas del cuerpo.

Ganglios Basales y Movimientos Reflejos

Los ganglios basales ayudan a iniciar y suavizar movimientos musculares, suprimen movimientos involuntarios y coordinan cambios de postura. Funcionan mediante dos vías principales: la vía directa y la vía indirecta.

En la vía directa, un estímulo llega al putamen que inhibe al globo pálido interno (GPi). Como el GPi normalmente inhibe al tálamo, esta inhibición del GPi permite que el tálamo active la corteza pre-motora, facilitando los movimientos. En la vía indirecta, el estímulo al putamen inhibe al globo pálido externo (GPe), activando el núcleo subtalámico (STN), que estimula al GPi para inhibir al tálamo, frenando los movimientos.

Los movimientos involuntarios ocurren mediante arcos reflejos. El reflejo miotático es un ejemplo: cuando un músculo se estira, los husos musculares envían señales a la médula espinal, que activa motoneuronas alfa para contraer el músculo. Simultáneamente, las motoneuronas gamma ajustan la tensión del huso muscular para mantenerlo sensible a nuevos estiramientos.

🔄 Las neuronas de los ganglios basales utilizan neurotransmisores específicos: las inhibitorias liberan GABA, mientras que las excitatorias liberan glutamato. Este balance es crucial para el control motor normal.

El reflejo miotático inverso ocurre cuando la contracción activa de un músculo causa inhibición refleja de la contracción, mediado por el órgano de Golgi. Este reflejo protege al músculo de tensiones excesivas que podrían dañarlo.

Sistema Nervioso Autónomo

El sistema nervioso autónomo (ANS) controla las funciones involuntarias del cuerpo y se divide en dos ramas principales: simpático y parasimpático.

El sistema simpático prepara al cuerpo para situaciones de "lucha o huida". Se origina en la región toracolumbar de la médula espinal. Sus neuronas preganglionares liberan acetilcolina (ACh) y activan receptores nicotínicos en los ganglios, mientras que las neuronas posganglionares liberan noradrenalina que actúa sobre receptores adrenérgicos en los órganos efectores.

El sistema parasimpático promueve estados de "descanso y digestión". Se origina en regiones sacra y craneal. Tanto sus neuronas preganglionares como posganglionares liberan acetilcolina, pero actúan sobre diferentes tipos de receptores: nicotínicos en los ganglios y muscarínicos en los órganos efectores.

Estos sistemas funcionan de manera antagónica para mantener el equilibrio homeostático del cuerpo. Por ejemplo, mientras el simpático acelera el ritmo cardíaco, el parasimpático lo disminuye.

⚡ El sistema simpático actúa como un acelerador en situaciones de estrés, mientras que el parasimpático funciona como un freno cuando necesitamos relajarnos. ¡Un equilibrio perfecto para adaptarnos a cualquier situación!

La activación específica de estas vías es esencial para respuestas fisiológicas adecuadas a distintas situaciones, desde el estrés agudo hasta el descanso profundo.