2.7: Reflejos rotuliano y de Aquiles
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Un reflejo es una respuesta involuntaria (automática) al estímulo que rápidamente devuelve al cuerpo a la homeostasis. Hay varios tipos de reflejos. Los ejemplos son escalofriantes en respuesta a la baja temperatura corporal central; o retirar la mano de una estufa caliente cuando la temperatura y los receptores del dolor en su mano registran el estímulo.
Un arco reflejo se refiere a la vía neural que sigue un impulso nervioso. El arco reflejo normalmente consta de cinco componentes:
- Un receptor y una célula sensorial independiente, o una terminación de una neurona sensorial, reacciona a un estímulo (por ejemplo, un receptor de estiramiento).
- La neurona sensorial, o aferente, envía un impulso nervioso a través de una vía aferente al sistema nervioso central.
- Un centro de integración consiste en una o más sinapsis en el SNC (típicamente la médula espinal) donde se integran la información entrante y la respuesta saliente.
- Una neurona motora o eferente envía un impulso nervioso a lo largo de una vía eferente desde el centro de integración hasta una célula efectora.
- La célula efectora responde a impulsos eferentes (por ejemplo, al contraerse, si el efector es una fibra muscular).
Debido a que el procesamiento del centro integrador puede ocurrir a nivel de la médula espinal en lugar de requerir impulsos para viajar al cerebro, las respuestas reflejas tienen una longitud de trayectoria relativamente corta y, por lo tanto, un tiempo de reacción rápido en comparación con los movimientos corporales voluntarios o conscientes.
Los reflejos requieren un mínimo de dos neuronas, una neurona sensorial (entrada) y una neurona motora (salida) (ver Figura 1). La neurona sensorial detecta estímulos y envía una señal hacia el SNC. La neurona sensorial sinapsis con una neurona motora, que inerva un tejido efector, como el músculo esquelético para alejarse de estímulos dolorosos. Este tipo de reflejo es un reflejo de “abstinencia” y es monosináptico, lo que significa que solo se tiene que cruzar una sinapsis entre la neurona sensorial y la neurona motora. Este es el arco reflejo más simple, y el centro integrador está en la médula espinal. Los reflejos polisinápticos son más complejos, pero también más comunes. Involucran interneuronas, que se encuentran en el SNC, que procesan más información de estímulo y salida. Más allá de simples reflejos con centros integradores en la médula espinal, los reflejos más complejos tienen centros de integración en el tronco encefálico o incluso en el cerebro.
Un reflejo de estiramiento es un tipo de reflejo muscular, que protege al músculo contra aumentos de longitud que pueden desgarrar y dañar las fibras musculares. El propósito principal del reflejo rotuliano, el reflejo de estiramiento del músculo cuádriceps femoral, es evitar el estiramiento excesivo del cuádriceps. El reflejo rotuliano se ilustra en la Figura 1.
El tendón rotuliano une el músculo cuádriceps a la tuberosidad tibial de la parte inferior de la pierna. El cuádriceps es un músculo extensor: cuando se contrae extiende el ángulo de la articulación de la rodilla levantando la parte inferior de la pierna desde una posición doblada. Al tocar el tendón rotuliano, se tira y estira el músculo cuádriceps y hace que el receptor sensorial del músculo, llamado fibra del huso muscular, envíe una señal a lo largo de la neurona aferente a la médula espinal (Figura 2). Esto hace que la neurona eferente devuelva una señal al músculo cuádriceps para que se contraiga y levante la parte inferior de la pierna. Esta acción resiste el estiramiento inicial y es un ejemplo clásico de retroalimentación negativa.
Para considerar mejor los eventos que resultan en la “sensación” de estiramiento muscular, primero debemos definir los tipos de fibra muscular. Los husillos musculares, estructuras sensoriales que contienen fibras musculares intrafusales, están inervados por neuronas sensoriales y están dispuestos en paralelo a fibras musculares normales (contráctiles), extrafusales. Las fibras intrafusales no son contráctiles, sino que responden a la tensión despolarizando una neurona sensorial. La neurona sensorial sinapsis con una neurona motora en la médula espinal que inerva las fibras extrafusales contráctiles. La contracción de las fibras extrafusales, es decir, la contracción del vientre del músculo, libera tensión sobre las fibras intrafusales, disminuyendo la estimulación a la neurona.
En el caso del reflejo monosináptico de rodilla, golpear el tendón rotuliano con un mazo estira las fibras intrafusales de los husillos en el músculo cuádriceps, lo que lleva a la contracción. Paralelamente, se envía un impulso inhibitorio desde la médula espinal para provocar la relajación de los músculos isquiotibiales, a través de una vía polisináptica.
Es importante señalar que, incluso con el más simple de los reflejos, existen múltiples influencias inhibitorias y estimuladoras que pueden afectar la excitabilidad de la neurona motora. Estos pueden amplificar o suprimir una respuesta refleja y pueden variar algo de un sujeto a otro. Las lesiones que dañan las fibras sensoriales o motoras, o el daño a la médula espinal, generalmente disminuyen un reflejo a menos que la médula espinal haya sido completamente transectada. En este último caso, el daño de la médula espinal o el daño a las “neuronas motoras superiores”, neuronas motoras en el cerebro, eventualmente pueden conducir a reflejos excesivamente reactivos (hiperreflexia).
Además, la actividad neural en otros sitios del cuerpo puede influir en un arco reflejo. La facilitación (refuerzo) puede mejorar la fuerza relativa (amplitud relativa) y/o la velocidad (tiempo de reacción, en milisegundos) de una respuesta refleja debido a la contracción isométrica máxima de los músculos en una parte remota del cuerpo, por ejemplo, apretando la mandíbula o bloqueando los dedos de los dos manos y jalando (la maniobra de Jendrassik). La maniobra de Jendrassik (JM) es un método especial de refuerzo que se aplica en el ámbito clínico cuando es difícil iniciar un reflejo en un paciente. La JM probablemente amplifica los reflejos al disminuir las señales inhibitorias a las neuronas motoras alfa que son responsables de la contracción muscular en la unión neuromuscular (NMJ) (Passmore & Bruno 2012). A veces, sin embargo, fuera del entorno clínico, los resultados experimentales con la maniobra de JM pueden resultar en ningún efecto o inhibición de un reflejo. Diferentes resultados al implementar la JM pueden deberse a diferencias en la fisiología de sujetos experimentales sanos versus pacientes (en el entorno clínico) que están siendo evaluados por problemas nerviosos.
Las pruebas reflejas son de valor clínico. La prueba de la respuesta rotuliana indica:
- La salud relativa del huso muscular, las neuronas aferentes (sensoriales) y eferentes (motoras), las uniones neuromusculares y las fibras musculares extrafusales (contráctiles).
- Un equilibrio adecuado de regulación excitadora e inhibitoria desde el sistema nervioso central.
- La integridad de los segmentos vertebrales L2-L4 de la médula espinal.
Las pruebas para detectar reflejos musculares simples, como el reflejo rotuliano, son básicas para cualquier examen físico cuando se sospecha daño al nervio motor o a la columna vertebral. Las pruebas ayudan a localizar el daño neural: los nervios motores sinapsantes en la médula espinal por encima del sitio del daño no se ven afectados, pero los nervios que se originan en o por debajo de la lesión suelen producir reflejos anormales. Para determinar esto, los médicos también pueden probar los reflejos de estiramiento en el músculo tríceps y el tendón de Aquiles (reflejo tobillo-tirón) y comparar los resultados.
El reflejo de Aquiles es un reflejo monosináptico de estiramiento similar al reflejo rotuliano. En el reflejo de Aquiles, el martillo golpea el tendón de Aquiles mientras el pie está dorsiflexionado, y el pie, en respuesta, debe sacudirse hacia la superficie plantar. El reflejo de Aquiles se origina en las raíces nerviosas S1 y S2. Al comparar reflejos de diferentes sitios del cuerpo, se deben considerar las ubicaciones de las raíces nerviosas correspondientes a lo largo de la médula espinal para determinar posibles sitios de lesiones y diferencias en la longitud de las trayectorias reflejas.
Técnica de laboratorio de esta semana: Electromiografía de superficie
En este laboratorio, los estudiantes registrarán electromiogramas (EMG) de las fibras en un músculo, y los utilizarán para determinar el tiempo entre el estiramiento de un tendón y la llegada de un impulso motor al músculo. La electromiografía superficial (EMG) mide la actividad eléctrica en un músculo colocando electrodos de grabación en la piel sobre el músculo. Para ser más precisos, un EMG mide las fluctuaciones en la actividad eléctrica de los músculos debido a los potenciales de acción de las células musculares.
El EMG produce un electromiograma, que registra tanto la amplitud relativa (fuerza relativa) como el tiempo de las contracciones musculares. El EMG muestra los potenciales eléctricos generados por las células musculares en una pantalla de computadora como una serie de picos y valles que definen la onda EMG (Fig. 3, abajo).
En este laboratorio se estudiarán dos reflejos monosinápticos en un sujeto humano: el reflejo del tendón de Aquiles y el reflejo del tendón rotuliano (instintivo). Se determinarán y compararán los tiempos de reacción refleja medios, el tiempo observado para la respuesta refleja medida en segundos y las velocidades de conducción refleja, la velocidad de transmisión en el nervio medida en metros/segundo, para cada arco reflejo. Se medirá el efecto de la tensión preexistente en el músculo efector, o la actividad motora en otros grupos musculares, sobre las respuestas reflejas. También se puede estudiar la coordinación de la actividad motora en músculos antagónicos.
Algunas medidas que realizaremos en los experimentos de laboratorio:
- Tiempo de respuesta, longitud de trayectoria y velocidad de conducción de los reflejos rotuliano y de Aquiles.
- Tiempos de reacción del movimiento muscular voluntario vs reflejo.
- Amplitud refleja (fuerza) y velocidad con y sin refuerzo reflejo.
¿Se te ocurren algunas hipótesis para los experimentos en el laboratorio de esta semana?
Estiramiento Reflejos Métodos de Laboratorio
Aspectos destacados de la actividad de
Los reflejos de estiramiento son reflejos protectores que sobrevienen para evitar daños debido al estiramiento excesivo de un músculo.
Los reflejos de estiramiento ocurren en respuesta a la activación de receptores sensoriales especiales en el músculo llamados “husillos musculares” o “receptores de estiramiento”.
En este laboratorio, los estudiantes determinarán el tiempo de respuesta, la velocidad de conducción (velocidad) y la amplitud (fuerza) de dos reflejos de estiramiento: el reflejo de Aquiles en el tobillo y el reflejo rotuliano (sacudida de rodilla).
La velocidad de un reflejo nos informa sobre la salud de los receptores, neuronas y músculos involucrados en un reflejo y puede ayudar a diagnosticar daño o enfermedad neuromuscular.
Configuración experimental: Iniciar el software
- Encienda el hardware iWorx con el interruptor en la parte posterior de la unidad.
- Haga doble clic en el archivo de configuración Week6 StretchReflex desde la unidad p.
Configuración de cable EMG y martillo reflejo
- Use un hisopo con alcohol para limpiar y raspar tres regiones en la porción inferior de la pierna izquierda para la fijación del electrodo. Un área es posterolateral cerca de la rodilla (ver Métodos Figura 1), la segunda es posterolateral en los músculos de la pantorrilla, y la tercera área está en el lado lateral del tobillo que funciona como suelo. Dejar secar las zonas.
- Retire el disco de plástico de un electrodo desechable y aplíquelo en una de las áreas desgastadas. Repita para las otras dos áreas.
- El cable conductor RED (+1) está unido al electrodo lateralmente, cerca de la parte posterior de la rodilla. Flexiona tu músculo de la pantorrilla para asegurarte de que el electrodo esté colocado en el músculo.
- El cable conductor NEGRO (-1) está unido al electrodo en la cara lateral del músculo gastrocnemio (pantorrilla). Flexiona tu músculo de la pantorrilla para asegurarte de que el electrodo esté colocado en el músculo.
- El cable conductor VERDE (C) está unido al electrodo en el lado lateral del tobillo que funciona como tierra. Asegúrese de que el electrodo esté colocado lateralmente ya que golpeará el tendón calcáneo (Tendón de Aquiles).
Ejercicio 1: Arco Reflejo del Tendón de Aquiles
Objetivo: Determinar la velocidad de conducción del arco reflejo del tendón de Aquiles.
Procedimiento:
- Instruir al sujeto para que se siente en un taburete alto o sobre una mesa para que los muslos del sujeto sean sostenidos por la parte superior del taburete y sus pantorrillas cuelguen libremente (pies del suelo).
- El tendón de Aquiles se encuentra por encima del talón y conecta el músculo gastrocnemio con el hueso tarso del pie. Golpee el tendón de manera inteligente con el extremo ancho del martillo reflejo varias veces para ubicar un punto en el tendón que produzca una contracción consistente del músculo gastrocnemio y un movimiento descendente del pie (flexión plantar). Haz una marca con un marcador en este lugar.
- Haga clic en Grabar. Instruir al sujeto para que apunte los dedos de los pies hacia arriba y hacia abajo para demostrar el tipo de EMG que ocurre durante la flexión plantar y dorsiflexión en el tobillo. Haga clic en AutoScale en el canal EMG Muscle (superior).
- Pruebe el martillo golpeando ligeramente la palma de su mano para asegurarse de que la señal se lea en la pantalla inferior “Hammertime” Labscribe, solamente.
- Escriba Nombre del sujeto Reflejo de Aquiles en el cuadro Marca. Presiona la tecla Enter en el teclado para marcar la grabación. Continuar grabando.
- Instruir al sujeto que no te vigile, que el ejercicio haya comenzado, y que su tendón pueda ser tocado en cualquier momento.
- Ajusta el pie del sujeto para que la articulación quede en posición neutra (ver foto, abajo). Sostenga el pie ligeramente sin aplicar resistencia. Dale un toque inteligente al tendón de Aquiles del sujeto para provocar el reflejo de estiramiento. Registrar un total de diez ensayos usando la misma fuerza de golpeteo, observando la flexión plantar de la articulación.
- Después del décimo juicio, haga clic en Detener para detener la grabación.
- Seleccione Guardar como en el menú Archivo, escriba un nombre para el archivo. Designe el tipo de archivo como *.iwxdata.
- Haga clic en el botón Guardar para guardar el archivo de datos.
Análisis de datos
Determinar el tiempo de reacción refleja
- Desplázate hasta el inicio de los datos registrados para el Reflejo de Aquiles para mostrar el primer ensayo en la ventana Principal. También puede hacer clic en MARCAR para mostrar las ubicaciones de todas las marcas. Destacar una marca y hacer clic en IR A MARCA te llevará a esa marca en la pantalla de datos.
- Utilice los iconos Tiempo de visualización o Zoom entre cursores para ajustar la visualización en la ventana principal.
- Mire la Tabla de Funciones que está encima de la pantalla del canal EMG. La función matemática, T2-T1, debería aparecer en esta tabla.
- Muy importante: ajustar el zoom sobre las olas, para que puedas ver claramente los distintos picos del EMG y el golpe de martillo antes de él.
- Arrastre un cursor al comienzo de la onda registrada desde el martillo reflejo que se muestra en la pantalla inferior de Hammertime. Arrastre el segundo cursor hasta el INICIO de la Primera Ola en el EMG que se muestra (en la parte superior de la pantalla Músculo EMG) (Métodos Figura 2, arriba).
- Una vez que los cursores estén colocados en las posiciones correctas para determinar el tiempo reflejo, registre el valor para T2-T1 y registre esta vez en su hoja de trabajo.
- Una vez medido y registrado el tiempo reflejo en el primer ensayo, pasar a los datos del segundo ensayo (tap).
- Repita la medición de T2-T1 en los datos para todos los 10 ensayos de tap reflex moviendo los cursores.
- Una vez que los tiempos reflejos en los diez ensayos hayan sido medidos y registrados en su hoja de trabajo, deseche los tiempos más largos y cortos del conjunto de datos y determine el promedio de los ocho tiempos reflejos restantes.
- Registre el tiempo reflejo medio para el reflejo de Aquiles en la Tabla de Datos en su Informe de Laboratorio.
Determinar la longitud de la trayectoria refleja
Mida la distancia entre el vientre del músculo gastrocnemio (pantorrilla) del sujeto (electrodo negro) y el sitio de la sinapsis sensorio-motora en la médula espinal. Para efectos de este ejercicio, supongamos que la sinapsis sensorio-motora se encuentra en el segmento espinal S1, que está cerca de la columna ilíaca, o el borde superior, del hueso de la cadera). Multiplique esta medición por 2 para determinar la longitud total de la trayectoria refleja. Anote el resultado en metros o mm.
Determinar la velocidad de conducción refleja
- Supongamos que la transmisión sináptica en esta vía toma aproximadamente 0.5 ms (o.0005 seg), y calcula la velocidad de conducción en los nervios que componen esta vía refleja mediante la ecuación:
- Registre la velocidad de conducción para el reflejo de Aquiles en su Informe de Laboratorio.
- Guarda tus datos en la carpeta de tu laboratorio, Guardar como: Nombre del estudiante Reflex de Aquiles.
Ejercicio II: Reflejo del Tendón Rotuliano (Tirón de la Rodilla)
Objetivo: Determinar la amplitud y velocidad de conducción del arco reflejo del tendón rotuliano bajo diferentes condiciones.
Procedimiento:
- Instruya al sujeto que se siente en un Taburete Alto o sobre una mesa para que los muslos del sujeto sean sostenidos por la parte superior del taburete y sus pantorrillas cuelguen libremente.
- Retire los electrodos sobre el músculo de la pantorrilla del sujeto y, si aún están pegajosos, coloque el mismo conjunto de electrodos de grabación en el músculo cuádriceps del sujeto, hacia el lado lateral del muslo (Métodos Figura 3) de manera que:
- El cable conductor NEGRO (-1) se une a un electrodo que se coloca en el “vientre” del músculo recto femoral (flexiona tus músculos cuádruples para localizar el músculo) y coloca el electrodo ligeramente lateral a la línea media de tu fémur.
- El cable conductor ROJO (+1) está unido a un electrodo que está aproximadamente 10 cm por encima del electrodo negativo (negro).
- El cable conductor VERDE (C) está unido al electrodo en la rodilla que funciona como tierra.
- Mida la longitud de la trayectoria del reflejo rotuliano desde el electrodo negro en el cuádriceps hasta la columna ilíaca de la cadera (parte superior del “hueso de la cadera”). Duplique esta longitud para la longitud total de la vía refleja en metros. Registre en su tabla de datos.
Determinación del Tiempo Reflejo para el Reflejo Rotuliano
- Siente la posición del tendón rotuliano justo debajo de la rótula. Coloca una mano sobre la rótula (rótula) y usa la otra mano para golpear el tendón rotuliano con el martillo reflejo. Encuentra el punto en el tendón rotuliano que causa la mayor respuesta del músculo cuádriceps. Haz una marca en ese lugar.
- Haga clic en Grabar y luego instruir al sujeto para que levante y baje la parte inferior de la pierna para demostrar el tipo de EMG que ocurre durante la contracción y relajación del cuádriceps. Haga clic en AutoScale en la pantalla EMG.
- Pruebe el martillo reflejo tocando ligeramente su mano para asegurarse de que la señal se lea en la pantalla inferior de Labscribe “Hammertime”, solamente. Haga clic en Detener para detener la grabación.
- Escribe Reflejo del Tendón Rotuliano en el cuadro Marca que está a la derecha del botón Marcar.
- Haga clic en Grabar. Presiona la tecla Enter en el teclado para marcar la grabación.
- Instruir al sujeto para que relaje su músculo cuádriceps, haga que el sujeto mire hacia otro lado y hágales saber que el ejercicio ha comenzado.
- Toque el tendón rotuliano del sujeto para provocar el reflejo de estiramiento. Registrar un total de diez ensayos usando la misma fuerza de golpeo.
- Después del décimo juicio, haga clic en Detener para detener la grabación.
- Seleccione Guardar en el menú Archivo.
Tiempo Reflejo con Aplicación de Maniobra Jendrassik
Para probar la facilitación refleja, repita este ejercicio sobre el mismo tema mientras el sujeto realiza la Maniobra Jendrassik (abajo). Para realizar esta actividad:
- Marque los datos “Jendrassik” en el cuadro Marcar para que pueda encontrar la grabación de datos.
- El sujeto debe curvar los dedos de cada mano hacia su palma formando un agarre en forma de copa.
- El sujeto debe sostener las manos y los brazos frente al pecho para que se señalen los codos.
- El sujeto debe enclavar las manos usando el agarre en forma de copa, intentando separar las manos, DURANTE la grabación refleja.
- Pide al sujeto que mire hacia otro lado y registre 10 juicios.
Contracción muscular voluntaria en respuesta al estímulo auditivo
- Para probar el tiempo de respuesta para la contracción muscular voluntaria: repita este ejercicio sobre el mismo tema (sin facilitación), pero pídale al sujeto que le dé una patada fuerte en la pierna en respuesta a tocar suavemente el martillo reflejo en la mesa del laboratorio. Nota: no batallar el martillo sobre la mesa; ¡va a romper el martillo!!
- Marcar la Mark Box “Voluntary Knee Jerk” al inicio de la grabación.
- Pídale al sujeto que mire hacia otro lado o cierre los ojos y patee su pierna en respuesta a escuchar el ruido del martillo cuando golpea la parte superior del banco.
- Golpee ligeramente el martillo en la mesa de trabajo a intervalos irregulares 10 veces para registrar las 10 pruebas.
Análisis de datos
- Volver a los datos del reflejo rotuliano para medir el tiempo y la amplitud. En este análisis, realizará mediciones para el reflejo rotuliano, reflejo rotuliano facilitado (Jendrassik) y las condiciones voluntarias de tirón de rodilla.
- Mida el tiempo de respuesta (T2-T1) siguiendo las instrucciones del Ejercicio 1 para la colocación del cursor. Después de tener las mediciones de tiempo reflejo, vaya al Paso 3 a continuación.
- Mida la amplitud EMG (Max-Mín; ver el círculo rojo en Métodos Figura 4) con cursores dobles en la Pantalla EMG:
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- El uso de las teclas de flecha de tu teclado ayuda a mover el cursor con mayor precisión cuando estás muy cerca de los picos de las olas.
- Coloque el primer cursor en el pico de la primera onda EMG
- Coloca el segundo cursor en la parte inferior de la misma onda EMG
- Registre la amplitud Max-Mín en mV en su Hoja de Trabajo. Calcula el promedio en tu tabla de datos en el Informe de Laboratorio.
Citas
- Reflejos de Janet Chen Daniel. Última consulta el 22 de enero de 2020. http://csmbio.csm.jmu.edu/biology/danie2jc/reflex.htm
- Trastornos del sistema nervioso por Reeve y Swenson consultados en https://www.dartmouth.edu/~dons/part_1/chapter_8.html
- Passmore SR, Bruno PA. La contracción muscular anatómicamente remota facilita el refuerzo del reflejo del tendón rotuliano mientras que la actividad mental no lo hace: un ensayo experimental dentro de los participantes. Quiropráctica y terapias manuales. 2012; 20:29. doi:10.1186/2045-709x-20-29.