{"id":188933,"date":"2015-02-18T15:42:42","date_gmt":"2015-02-18T17:42:42","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=188933"},"modified":"2015-06-30T16:10:33","modified_gmt":"2015-06-30T19:10:33","slug":"el-arte-de-pararse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-arte-de-pararse\/","title":{"rendered":"El arte de pararse"},"content":{"rendered":"

\"b\u00e7bm\u00e7-300x297\"FABIO OTUBO<\/span>Un hecho curioso para reflexionar mientras se permanece de pie, esperando en alguna cola: sin la actividad constante de m\u00fasculos y nervios, el cuerpo se desmoronar\u00eda como una marioneta soltada por quien la manipula. Para sostenerse en pie, parado, no basta con que los impulsos el\u00e9ctricos que transmite el sistema nervioso ordenen a los m\u00fasculos que permanezcan r\u00edgidos permanentemente. Si as\u00ed fuese, el equilibrio del cuerpo humano ser\u00eda id\u00e9ntico al de un palo de escoba: cualquier perturbaci\u00f3n \u2012la brisa m\u00e1s tenue o incluso la propia respiraci\u00f3n o los latidos card\u00edacos\u2012 provocar\u00edan su ca\u00edda. El mantenerse erguido sobre dos piernas exigir\u00eda la habilidad de un equilibrista de circo, que debe moverse de ac\u00e1 para all\u00e1 para sostener un plato en la punta de una varilla. En el cuerpo humano, una parte del sistema nervioso central ordena, de manera autom\u00e1tica, la contracci\u00f3n y relajaci\u00f3n coordinada de los m\u00fasculos de la pierna, dejando al cerebro libre para prestar atenci\u00f3n al entorno o divagar al respecto de esa clase de curiosidades.<\/p>\n

\u201cAunque no se lo note, permanecer parado es un desaf\u00edo constante para el sistema nervioso\u201d, explica Andr\u00e9 F\u00e1bio Kohn, ingeniero biom\u00e9dico de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP). Kohn y sus alumnos de doctorado desarrollaron un nuevo modelo que describe la forma en que una parte de la m\u00e9dula espinal \u2012el tejido formado por las neuronas agrupadas en el interior de un conducto que atraviesa los huesos de la columna\u2012 controla la contracci\u00f3n y relajaci\u00f3n de los m\u00fasculos ubicados debajo de las rodillas. Esos m\u00fasculos son los que controlan las rotaciones del tobillo, impidiendo que el cuerpo erguido caiga hacia adelante o hacia atr\u00e1s.<\/p>\n

El modelo del equipo de Kohn demuestra que la m\u00e9dula espinal es lo suficientemente poderosa como para recibir las se\u00f1ales el\u00e9ctricas indicadoras de tensi\u00f3n en los m\u00fasculos, procesarlas y enviar de regreso las \u00f3rdenes para controlar esa tensi\u00f3n, con poqu\u00edsima ayuda del cerebro. \u201cAlgunos piensan que la m\u00e9dula espinal es como un cable el\u00e9ctrico que est\u00e1 conectado al cerebro, tan s\u00f3lo un manojo de nervios de paso, pero esa idea es err\u00f3nea. Si el cerebro es el equivalente a una supercomputadora, la m\u00e9dula espinal ser\u00eda una computadora muy potente\u201d.<\/p>\n

Los m\u00fasculos simulados por el equipo de Kohn presentan el mismo modelo de actividad el\u00e9ctrica \u2012una combinaci\u00f3n de se\u00f1ales continuas e intermitentes\u2012 que los neurofisi\u00f3logos e ingenieros biom\u00e9dicos observaron en experimentos recientes con seres humanos. Un m\u00fasculo de acci\u00f3n r\u00e1pida, el gastrocnemio [al que popularmente se lo conoce como gemelo], que, adem\u00e1s de mantener la postura, ayuda a saltar y correr, act\u00faa en forma m\u00e1s pulsante, intermitente, activ\u00e1ndose entre una y dos veces por segundo. En tanto, un m\u00fasculo m\u00e1s lento, aunque m\u00e1s resistente a la fatiga, el s\u00f3leo, tiende a activarse de manera casi permanente. \u201cAlgunos m\u00fasculos responden en forma continua, mientras que otros lo hacen intermitentemente\u201d, dice la m\u00e9dica J\u00falia Greve, del Instituto de Ortopedia y Traumatolog\u00eda de la Facultad de Medicina de la USP. Greve investiga terapias que ayudan en la recuperaci\u00f3n de pacientes ancianos o con enfermedades neurodegenerativas con dificultades para realizar movimientos y mantener la postura. \u201cEl control del sistema nervioso sobre la sensibilidad de los m\u00fasculos establecido en el modelo de Kohn constituye una funci\u00f3n importante para la rehabilitaci\u00f3n de esas personas\u201d.<\/p>\n

\u201cAl permanecer de pie e inclinarse un poco hacia adelante, los m\u00fasculos de la pantorrilla, el s\u00f3leo y el gastrocnemio, se contraen, mientras que el del frente de la pierna, el tibial anterior, se relaja\u201d, explica Greve. En cambio, la musculatura de la parte anterior de la pierna se contrae y la de la pantorrilla se relaja si la tendencia fuera caer hacia atr\u00e1s. \u201cEste sincronismo est\u00e1 modelado en un mismo segmento de la m\u00e9dula espinal; la se\u00f1al que le indica a un m\u00fasculo contraerse es la misma que le indica al otro relajarse\u201d.<\/p>\n

La m\u00e9dica nota que el control de esos m\u00fasculos representa tan s\u00f3lo una parte del sistema de control postural. Para mantener el cuerpo en cierta posici\u00f3n, cada segmento de la m\u00e9dula necesita una copia del circuito de control desde el tobillo hacia los dem\u00e1s m\u00fasculos del cuerpo. Adem\u00e1s, la m\u00e9dula espinal y la corteza motora, la regi\u00f3n cerebral responsable de los movimientos conscientes, deben trabajar en conjunto para integrar la informaci\u00f3n recibida desde los nervios ligados a los m\u00fasculos con los datos registrados por la visi\u00f3n, el tacto y el sistema vestibular del o\u00eddo interno, que suministra una referencia de d\u00f3nde est\u00e1 la cabeza con relaci\u00f3n al resto del cuerpo. \u201cSin esa noci\u00f3n, nos caemos\u201d, dice.<\/p>\n

Luego de permanecer alg\u00fan tiempo parado, el cuerpo comienza a emplear otras estrategias para mantener el equilibrio. M\u00e1s all\u00e1 de la oscilaci\u00f3n del tobillo, comienza a moverse la cadera y el apoyo del peso se centra alternadamente en una u otra pierna. \u201cEl sistema de control postural humano es un mecanismo de una complejidad extraordinaria\u201d; dice el experto en biomec\u00e1nica Daniel Boari, de la Escuela de Educaci\u00f3n F\u00edsica y Deporte de la USP. Seg\u00fan Boari, alrededor de 750 m\u00fasculos controlan los m\u00e1s de 200 tipos de movimientos independientes que el cuerpo es capaz de realizar. \u201cCada grupo de investigaci\u00f3n posee un punto de vista algo diferente al respecto de los mecanismos neuromusculares que intervienen en esas situaciones\u201d, dice el ingeniero biom\u00e9dico Robert Peterka, de la Universidad de salud y Ciencia de Oreg\u00f3n, en Estados Unidos.<\/p>\n

\"046-049_Coluna_228\"<\/a>El ingeniero brasile\u00f1o Hermano Krebs, investigador del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), construy\u00f3 y utiliza robots con la intenci\u00f3n de ayudar en la fisioterapia de pacientes que perdieron parte de su movilidad a causa de lesiones en el sistema nervioso. Los robots funcionan como fisioterapeutas autom\u00e1ticos, corrigiendo los movimientos. Krebs trabaja junto al equipo de Kohn en un proyecto que, de resultar exitoso, permitir\u00e1 que el nuevo modelo computarizado se utilice para orientar terapias de rehabilitaci\u00f3n. \u201cPara mejorar la rehabilitaci\u00f3n rob\u00f3tica, es importante observar el problema desde diferentes puntos de vista, mediante experimentos y simulaciones\u201d, dice.<\/p>\n

\u201cNo basta con ser bueno en matem\u00e1tica y computaci\u00f3n para elaborar esos modelos; hay que estudiar fisiolog\u00eda y conocer los trabajos experimentales para mejorar la intuici\u00f3n con respecto al problema\u201d, dice Kohn. El profesor comenz\u00f3 a investigar la fisiolog\u00eda del sistema nervioso cuando todav\u00eda cursaba la carrera de ingenier\u00eda el\u00e9ctrica en la Escuela Polit\u00e9cnica de la USP, a finales de los a\u00f1os 1970. El origen de su modelo para el control de la postura erguida se remonta a 1994, cuando pas\u00f3 un a\u00f1o en un laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos. All\u00ed aprendi\u00f3 a valerse de mediciones de la actividad el\u00e9ctrica en nervios y m\u00fasculos, registradas mediante electrodos colocados en la piel de voluntarios, para deducir a trav\u00e9s de qu\u00e9 circuitos neuronales procesa la m\u00e9dula espinal las se\u00f1ales el\u00e9ctricas.<\/p>\n

\u00c9sos y otros experimentos revelaron que las neuronas no son simples elementos de circuitos el\u00e9ctricos que funcionan regularmente como relojes. Estas c\u00e9lulas disparan se\u00f1ales el\u00e9ctricas en forma abrupta y aleatoria, que se reflejan en el movimiento del cuerpo. Incluso cuando un soldado entrena para marchar con pasos regulares, existe una peque\u00f1a variaci\u00f3n en la longitud de sus pasos. Pero, parad\u00f3jicamente, el movimiento constante y suave de un m\u00fasculo es el resultado de la actividad conjunta de cientos de neuronas conectadas a las fibras musculares que, al emitir se\u00f1ales en forma aleatoria y levemente asincr\u00f3nica, moderan la actividad de unos y otros.<\/p>\n

Mediante la combinaci\u00f3n de los datos que surgen de sus experimentos y de los de otros investigadores, Kohn y Rog\u00e9rio Cisi, por entonces alumno suyo de doctorado, crearon en 2008 un modelo en computadora de la m\u00e9dula espinal y de las neuronas involucradas en el control muscular. \u201c\u00c9se es el n\u00facleo de nuestro nuevo modelo\u201d, explica Kohn. En 2013, junto a otros dos doctorandos, Leonardo Elias y Renato Watanabe, ampli\u00f3 el modelo de Cisi incluy\u00e9ndole descripciones minuciosas de los m\u00fasculos responsables del mantenimiento del tono del tobillo. El modelo tiene en cuenta, por ejemplo, \u00f3rganos sensitivos de los tendones y conexiones entre fibras musculares y neuronas a los que se denomina husos musculares, que act\u00faan como sensores e informan al sistema nervioso sobre el estiramiento y la fuerza que sienten los m\u00fasculos.<\/p>\n

\u201cSomos conscientes de las limitaciones del modelo\u201d, dice Kohn, reconociendo la forma simplificada con que se trata a los elementos del sistema locomotor. Las dendritas, el cuerpo celular y el ax\u00f3n de cada neurona se representan mediante circuitos el\u00e9ctricos que incluyen aspectos din\u00e1micos del funcionamiento neuronal, lo cual permite efectuar una reproducci\u00f3n m\u00e1s realista de la actividad de las neuronas reales. La complejidad del entrelazamiento de las neuronas y de las c\u00e9lulas musculares tambi\u00e9n se encuentra reducida. Pero la simplificaci\u00f3n m\u00e1s radical es la del cuerpo humano como un todo, representado por una barra sujeta al suelo mediante una conexi\u00f3n m\u00f3vil, que cumple el rol del tobillo. En ese modelo, al que se conoce con el nombre de p\u00e9ndulo invertido, la barra se mantiene en pie debido a la acci\u00f3n compensatoria del s\u00f3leo, del gastrocnemio y del tibial anterior. \u201cEst\u00e1 simplificado, pero no es simple\u201d, afirma Kohn al respecto del modelo, que incluye la representaci\u00f3n de miles de neuronas y de 1 mill\u00f3n de conexiones (sinapsis) entre ellas en 5 mil ecuaciones matem\u00e1ticas.<\/p>\n

Las simulaciones sugieren que el procesamiento de la informaci\u00f3n que se realiza en la m\u00e9dula espinal logra mantener a una persona de pie durante al menos 30 segundos y con caracter\u00edsticas similares a las de los seres humanos sanos. En concordancia con el modelo, el segmento superior del sistema nervioso central, que incluye al cerebro, colabora con la actividad de la m\u00e9dula envi\u00e1ndole una se\u00f1al el\u00e9ctrica especial. \u201cImitamos el modo por el cual el sistema nervioso central \u2012y particularmente la m\u00e9dula espinal\u2012 intenta procesar, grosso modo, las respuestas de los sentidos implicados en cierto movimiento\u201d, dice Kohn.<\/p>\n

\u201cCreo que Kohn posee el modelo m\u00e1s representativo del circuito entre la m\u00e9dula espinal y los m\u00fasculos\u201d, dice Krebs, quien contempla la utilizaci\u00f3n de ese modelo al rev\u00e9s. Sus robots miden con exactitud las variaciones en la estabilidad del tobillo de una persona de pie, estabilidad que se altera luego de un accidente cerebrovascular (ACV), porque disminuyen las se\u00f1ales enviadas a la m\u00e9dula espinal. \u201cCon menos se\u00f1al descendente, ciertas partes del tobillo dejan de responder, mientras que otras responden en forma m\u00e1s activa\u201d, dice Krebs. \u201cMe propongo hacer lo inverso: cargarle al modelo datos de la rigidez del tobillo y utilizarlo para descubrir c\u00f3mo es la se\u00f1al que env\u00eda el cerebro a la m\u00e9dula\u201d.<\/p>\n

\u00bfPodr\u00eda utilizarse este modelo en una terapia rob\u00f3tica, o para proyectar una pr\u00f3tesis que mejore la se\u00f1al el\u00e9ctrica que emite el cerebro de alguien que ha sufrido un ACV? A\u00fan no, opina Kohn. El mayor inconveniente radica en que el modelo presenta muchas variables y, si bien act\u00faa de manera natural, todav\u00eda no se conoce c\u00f3mo cada parte interact\u00faa con la otra. \u201cEn la actualidad, su uso cl\u00ednico es inviable\u201d, admite Kohn. Krebs es m\u00e1s optimista. \u201cCada vez que lo encuentro a Kohn, su equipo se acerca m\u00e1s a esa posibilidad\u201d.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nELIAS, L. A. et al<\/em>. Spinal mechanisms may provide a combination of intermittent and continuous control of human posture: predictions from a biologically based neuromusculoskeletal model.<\/a> PLOS Computational Biology<\/strong>.\u00a0v. 10. nov. 2014.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"La comunicaci\u00f3n entre nervios y m\u00fasculos puede ayudar en la rehabilitaci\u00f3n","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[297,316],"coauthors":[103],"class_list":["post-188933","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-ingenieria","tag-medicina-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188933","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=188933"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188933\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=188933"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=188933"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=188933"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=188933"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}