EL IMPULSO NERVIOSO Y EL IMPULSO ELECTRICO
El presente trabajo considera las relaciones entre el impulso nervioso y el impulso eléctrico, rescatando elementos de asociación a manera de analogía, pero diferenciando uno de otro, merced a sus particularidades y rescatando el uso del término bioeléctrico, como mecanismo biológico de transducción sensorial en el mundo animal.
ANTECEDENTES
Las reacciones termonucleares del sol, que se generan a una distancia aproximada de 149600000 kilómetros de nuestro planeta, como ondas electromagnéticas y que en su forma calórica aporta a la superficie terrestre en órbita una energía de 0,14 vatios por cm 2, de la cual un 47% llega a la superficie terrestre, influyendo nuestro clima (Keppler, 1986), y a nosotros al captar directamente por mediación de nuestro sistema nervioso, sea por nuestras terminaciones nerviosas (sensación de calor) o por nuestras retinas (sensación visual). Lo visual lo sentimos como el "rebote" de la energía en un cuerpo coloreado, por mediación de los conos, células retinianas catalogadas como receptores electromagnéticos o fotorreceptores (Kandel et al., 1997, Carlson, 1996) 1996) que ³barren´ ³barren´ el espectro espectro visible entre aproximadamente aproximadamente 400 400 y 700 nanómetros (Carpenter, 1998; Matlin, 1996); en este sentido la retina es incapaz de tocar la corteza de un árbol, ve el espacio que es el lugar donde se encuentra la información acerca del árbol, pero la diferencia entre espacio y materia es producto de la actividad cerebral, puesto puesto que espacio y materia es un continuo que difiere en organización y complejidad. Vemos espacio transparente cuando no somos capaces de descubrir y de codificar una organización energética que sobrepasa nuestra capacidad de organización y ello, porque hemos desarrollado una serie de mecanismos neuronales, los cuales aplicando una lógica algorítmica, decodifican la información contenida en cada punto del espacio y la transforman en un campo energético, energético, el cual interactuando con la organización del espacio, da como resultado la aparición o no de una imagen (Grinberg, 1979). El mecanismo mecanismo de sensibilidad sensibilidad orgánico orgánico es activo y puede considerarse considerarse semejante al que que utilizan los cables eléctricos, pero no igual como tan corrientemente, se hace, ya que existen diferencias notables entre estos tipos de interacción de materia, una inorgánica más resistente al deterioro por interacción física y otra biológica, menos resistente a dichas interacciones. Galeno en el segundo siglo indicó que el cerebro gobierna la sensación por la secreción de un ³pneuma´ psíquico que viaja a través de canales imperceptibles de los nervios; hoy sabemos que las sensaciones y otras funciones neurales son la consecuencia de interacciones entre las células nerviosas disparadas por señales eléctricas las cuales son propagadas no dentro de los axones o fibras nerviosas, pero sí mas bien a lo largo de sus membranas externas (Schwartz, 1989). Nuestro
cerebro ³absorbe´ de nuestros sentidos una secuencia de impresiones y las convierte en experiencias mentales y emociones; estos eventos se han podido observar mediante tecnología de imágenes por la tomografía de emisión de positrones y resonancia magnética
nuclear, técnicas acopladas a computadores para capturar en tiempo real las imágenes fisiológicas asociadas con dichos procesos, mostrando las regiones cerebrales activadas (Raiche, 1994). La piel, el mas extenso de nuestros órganos receptores, proporciona una gran cantidad de información a nuestro cerebro, sobre el entorno; contiene millones de receptores que responden a variados tipos de estímulos, y una parte importante de esta información llega hasta la médula espinal a través de fibras sensitivas, donde los mensajes son procesados por mecanismos complejos (Maxwell, 1991). Entramos en contacto con miríadas de componentes químicos disueltos en el aire o en el agua pero experimentamos olores y sabores (Kandel et al., 1997), los botones gustatorios constituidos de 50 a 100 células receptoras y células de soporte, son las estructuras que median el sentido del gusto ( Nelson, 1998), las señales químicas olorosas y de feromonas secretadas por individuos pueden ser detectadas en el órgano vomeronasal (Sam et al, 2001) y el bulbo olfatorio accesorio y elicitar conductas o respuestas fisiológicas (Kellikher et al 2001). Básicamente de estas maneras el ser humano construye en su cerebro el mundo a través de sus sentidos, pues dichos órganos de los sentidos captan diferentes formas de energía y la transforman en energía nerviosa, único lenguaje que el cerebro puede manejar. Nuestro
cerebro construye representaciones del universo rodeante, las procesa, combina, organiza, clasifica, almacena, modifica y reinterpreta para actuar sobre el mundo (Lopera, 1997), nuestras percepciones no son registros directos del mundo que nos rodea sino que se construyen internamente (Kandel et al., 1997), el cerebro es el que hace este registro en gran parte se comporta como un ordenador probabilistico y nuestras acciones se basan en predicciones sobre situaciones futuras. Si el cerebro no fuese capaz de llenar huecos y apostar con pocas pruebas, la actividad se detendría en ausencia de información sensorial. Una rana rodeada de moscas muertas se muere de hambre, puesto que toda acción cesa cuando la imaginación no puede reemplazar la ausencia de estímulos. El cerebro no ³ve´, ³oye´ ni ³siente´ el mundo exterior, lo construye como respuesta a estímulos(Carter, 1998). La sensación, en cualquier sistema, se inicia con una forma de energía física que estimula a los receptores sensoriales; esta energía se convierte en una forma que puede transmitirse por las neuronas y así finalmente la estimulación llega al cerebro (Matlin y Foley, 1996), en este proceso, cada relevo o estación neuronal en un circuito supone una transformación y, al mismo tiempo, se puede constituir en un punto nodal al que se puede acceder desde orígenes, funciones o necesidades distintas (Delgado, 1999). Desde el punto de vista físico, los transductores se definen como dispositivos que convierten una forma de energía en otra, usualmente eléctrica; debe responder solamente a la forma de energía presente en la medición, excluyendo todas las demás. Los varios tipos de receptores convierten las formas particulares de energía a la cual cada uno está ajustado hacia la energía eléctrica de los impulsos nerviosos. Uno puede compararlas con los mecanismos transductores que la moderna tecnología ha desarrollado en gran variedad de maquinas de control automático y herramientas que miden la temperatura, presión, grado de flujo para alimentar sus circuitos nerviosos artificiales del sistema de control. Un transductor debe servir de interfase con el sistema vivo de tal manera que cumpla la primera regla de Kelvin sobre la instrumentación, la cual indica que un instrumento ideal de medida no debe alterar el evento que se está midiendo . Para medir y registrar potenciales bioeléctricos se utilizan como transductores los electrodos, debido a que la corriente corporal es iónica, mientras que en los electrodos y alambres conectores es electrónica (Lanzas, 1996).
En el medio rodeante hay formas energéticas presentes que actúan sobre nuestro organismo y el de los demás seres animales, son variadas y regularmente se categorizan así: 1.Energía cinética: Aquella que implica traslación o movimiento de partículas, como cuando el vapor de una tetera que contiene agua hirviendo, choca contra las aspas de un molinete, haciendo que éste gire. 2.Energía eléctrica: El movimiento de las aspas, del caso anterior transformado en energía eléctrica que puede encender una bombilla.
puede a su vez ser
Energía química: asociada a las interacciones o reacciones entre átomos y/o moléculas (Rossoti, 1986), como cuando se deja caer ácido sulfúrico (H2SO4) sobre limaduras de zinc, con la consecuente producción de burbujeo de hidrógeno (H2) a nivel del agua que rodea dichas limaduras. 4.Energía atómica: este tipo energético se debe a la interacción de partículas nucleares sobre otros núcleos, desagregándolos o desintegrándolos (Rossoti, 1986; Frumento, 1995). Es así como en la descomposición radioactiva del uranio 238, se da la expulsión de helio y se forma torio (Rossoti, 1986). 5.Energía biológica: para nuestro caso concreto del ser humano, la actividad bioquímica, biofísica y biomecánica, son la suma de las energías ya descritas, pero que se centran en células vivas. Las fibras nerviosas asociadas a los órganos receptores, recogen de estos los mensajes, mensajes que luego "pasan" por intersticios sinápticos a otras neuronas (Frumento, 1995), liberando neurotransmisores que ponen en marcha impulsos en las células con las que contactan (Maxwell, 1991; Purves y col, 2001). La información enviada por las fibras sensitivas no se transmite simplemente por las células de la medula espinal hasta el cerebro, como una red telefónica (Maxwell, 1991). Ver, oír, oler y tocar son triunfos analíticos, así la estructura y la función de las conexiones pueden ser modificadas por la experiencia. Las percepciones no son copias directas y precisas del mundo que nos rodea. La sensación es una abstracción, no una réplica del mundo real. Hay tres puntos comunes en todos los sentidos: el estímulo es físico, se traducen en impulsos nerviosos y dan respuesta a un mensaje. Los colores, sonidos, sabores y olores son construcciones mentales creadas en el cerebro por el procesamiento sensorial, no existen como tales fuera del cerebro. Nuestras percepciones no son registros directos del mundo que nos rodea sino que se construyen internamente (Kandel et al, 1997). Los neurofisiólogos han clasificado las fibras sensitivas de la piel, denominadas fibras aferentes primarias, con base en la velocidad con que conducen los impulsos y los tipos de estímulos que las activan (Maxwell, 1991); los diferentes receptores transducen señales por diferentes vías (Buck, 1995). Transducir en el supuesto de que el estado mental sea una forma de energía distinta de la eléctrica: el vervo puede sustituirse por transformar o convertir con resultados idénticos. Desde el interior corporal, el cerebro ha de construirse una imagen de su entorno que no necesariamente ha de ser fiel en sus distintas magnitudes físicas y manifestaciones energéticas, sino útil en el sentido adaptativo. Todas las neuronas sensoriales terminan por transducir las distintas fuentes de energía que detectan (luz, sonido, etcétera) en energía eléctrica, en biopotenciales. ¡en algún punto del circuito nervioso, la fruta que se deshace en la
boca se ha de transformar en gusto!. Ser una paradoja, señalada por más de uno, que las funciones analíticas de la realidad más complejas que realiza el cerebro tengan lugar en las poblaciones cerebrales mas alejadas (en número de sinapsis) del mundo exterior.. Podemos formarnos un concepto del universo, pero no meter a este en nuestro interior. El mundo sólo nos pertenece en sueños, porque todo lo que en ellos aparece procede de nuestra actividad cerebral (Delgado, 2000). Una forma particular de energía es la nerviosa, variedad de energía biológica, que para efectos del medio ambiente externo y en su influjo sobre nuestro cuerpo, se transduce, con particularidades, consecuentes con dicho medio. Es decir, por la conversión de energía no biológica, en energía biológica pudiendo compararlas con las maquinas transductoras desarrolladas por la moderna tecnología en gran variedad de maquinas de control automático e industrias con mecanismos que miden temperatura, presión, grado de flujo, alimentando sus circuitos que informan a circuitos nerviosos artificiales de control de sistemas (Loewenstein, 1960). Lo anterior se ejemplifica, entendiéndolo cuando a nosotros llega una onda energética de calor; esta no sigue como tal por las ramificaciones aferentes de la neurona, ni a través de las sinapsis con segundas neuronas, ni ascendiendo así por los fascículos espinotalamicos laterales y luego hasta la corteza somatosensitiva (Carlson, 1996), ya que de ser así, esta energía térmica lesionaría desnaturalizando las proteínas celulares de estas estructuras humanas. El mecanismo de sentir el calor, se da por estímulo en el integumento, de receptores nerviosos, que en sí modifican sus procesos bioquímicos y biofísicos internos de condición de reposo o estado basal, que se transmiten a lo largo de la fibra neuronal conectada del receptor, hasta el sistema nervioso central, haciéndose finalmente conscientes en niveles superiores del neuroeje, como el caso del cortex somatosensitivo (Guyton, 1997; Purves y col, 2001). Con un cable eléctrico sucede algo diferente, ya que si una onda térmica le impacta, como tal fluirá a través del entramado atómico de dicho cable. El calor que se siente en un extremo o cara de un metal, un momento después, se recibe como tal en el otro extremo, caso muy diferente a como se percibe por transducción en el ser viviente. Los metales sólidos presentan una nube electrónica comunitaria en la que sus electrones se mueven libremente a través del metal. La mayor parte de los metales son muy buenos conductores eléctricos en los que el movimiento de las cargas eléctricas en el seno de este material constituye un flujo de corriente eléctrica. Los mejores conductores son las sustancias que poseen conductores móviles, como los metales pues los poseen en su nube electrónica comunitaria, estos electrones fluirán más libremente si la temperatura aumenta y se desordena el sólido (Rossoti, 1986).
Tema central Varias razones permiten diferenciar el impulso nervioso y el impulso eléctrico, a pesar de sus nalogías usuales en las Ciencias de la Salud:
1. Puesto que los electrones se hallan en un circuito metálico, la fuente de corriente eléctrica solo produce su movimiento con una velocidad relativamente lenta de alrededor de 0,01 cm/s para una corriente de un amperio en un conductor de cobre de 1 mm de diámetro (Weber et al, 1954), por ello los nervios no son ³hilos eléctricos´ que permiten la transmisión pasiva del impulso nervioso. En un sólido cristalino como un metal, sus átomos están empaquetados apretadamente y los electrones que avanzan son impedidos por colisiones continuas, su velocidad promedio se mide en unidades por metros cuadrados por voltio segundo. Entre los valores típicos se tiene 0,0012 para el aluminio, 0,0032 para cobre y 0,0056 para plata (Hayt, 1992), el potencial de transmembrana viaja a lo largo de la fibra nerviosa a una velocidad de 1000 a 10000 cm/s, la conductividad eléctrica es el fenómeno de transporte en el que la carga eléctrica en forma de electrones se mueve a través del sistema (Levine, 1981). Con muy mínima velocidad, el impulso nervioso o potencial de acción, viaja por "cables" biológicos gelatinosos, a velocidades variables que oscilan entre 0,5 m/s - 2 m/s en fibras nerviosas amielínicas y otras de carácter mielínico, que pueden llegar a 120 m/s (Maxwell, 1991; Guyton, 1997; Schmid, 1986; Beatty, 1996). Lo anterior implica unas marcadas diferencias de conducción, para cada uno de los impulsos en mención, que los hacen completamente diferentes. 2. En lo que respecta a la intensidad del impulso, para el caso de la membrana neuronal como elemento estructural del "cable" biológico, permanece estable a lo largo de la misma, mientras que en el cable eléctrico, el impulso disminuye progresivamente. 3.El cable eléctrico es una banda sólida por asociación íntima de los átomos del metal que lo conforman y a su vez es uniformemente cilíndrico en todo su recorrido (Rossoti, 1986), el cilindroeje neuronal como cable biológico, es una banda recubierta discontinuamente por células que producen mielina con periodicidad promedia en el sistema nervioso periférico de cada 0,5 a 1 mm (Snell, 1994; Somjen, 1986). Este recubrimiento actúa como un excelente aislante, impidiendo casi todo escape de iones, salvo por los espacios no cubiertos, los nodos de Ranvier o nodulaciones axónicas (sus componentes son biomoléculas: lípidos como esfingomielina y lipoproteínas que se hayan muy distendidas entre sí, es decir, no en unión tan íntima con sus átomos, comparado con los del cable eléctrico) por donde pueden difundir fácilmente los iones del medio intraaxónico al extra axónico (Carpenter, 1998 ). 4.Por un cable eléctrico, los electrones fluyen con una marcada uniformidad, mientras que por el axón fluyen iones en forma saltatoria, sólo por los espacios internodales; en el cable eléctrico, el impulso sólo es de carácter eléctrico en el axón el impulso depende de iones por flujo en continuidad de membranas y depende en la mayoría de los casos de la existencia de sinapsis bioquímicas, que utilizan un mediador entre la neurona y el órgano aferente, estas sustancias son los neurotransmisores (Duque y col, 1997). Existen sinapsis eléctricas, en las que hay un eslabonamiento de conexinas de una neurona a otra y por lo tanto, no se requiere de la presencia del neurotransmisor ( Traub, 1995), como es
el caso del núcleo vestibular del VIII par craneal, el núcleo mesencefálico del nervio trigémino, el núcleo olivar inferior y el ganglio abdominal del cangrejo de río (Duque y col, 1997). 5.En el cable eléctrico, el flujo de electrones puede realizarse de un polo a otro o a la inversa, es decir en cualquier sentido (dependiendo del circuito), en el axón el sentido del flujo efectivo del potencial de acción, es unidireccional (anterógrado o del soma hacia el axón), cuando el potencial se ha generado (no depende del circuito), debe tenerse en cuenta que un potencial de acción se puede generar en cualquier lugar de la membrana neuronal, pero aquellos que culminan con la acción óptima sobre otra célula se producen en el cono axónico. 6.En una fibra nerviosa (excitable), no puede producirse una segunda corriente de acción mientras la membrana se halla despolarizada a consecuencia de un potencial de acción procedente (período refractario absoluto) (Carpenter, 1998; Rosenzweig, 1992), en un cable eléctrico esto no sucede y se pueden suceder repetida y continuamente muchas corrientes de electrones. 7. Otra característica de la transmisión del impulso nervioso (transmisión sináptica), es que cuando sus terminales presinápticas son estimuladas continua y repetidamente con una elevada frecuencia, el número de descargas postsinápticas al principio son bastante elevadas, pero se hacen cada vez menores, o sea hay una fatiga de dicha transmisión. En un cable eléctrico el flujo de electrones que se establece por conexiones de dos cables (cerrando un circuito mediante un interruptor), no se fatiga, antes se agiliza o estabiliza el flujo, por la "sensibilización" de electrones que quedan dispersos en el retículo atómico del cable. 8.El impulso nervioso es de velocidad muy baja si se compara con la velocidad de los impulsos eléctricos; la velocidad de un impulso nervioso se determina por el tiempo que necesitan los iones para fluir en ambos sentidos a través de la membrana celular (Cromer, 1985).
