Fueron unas ranas las que, por casualidad, dieron la explicación sobre el proceso de comunicación entre los nervios y los músculos, uno de los grandes misterios para la fisiología hasta el siglo XVIII.
En la década de 1780, el médico y físico Luigi Galvani se sorprendió al comprobar que una rana que disecaba en su laboratorio, al recibir una descarga eléctrica por equivocación, contrajo una pata. Armado de un bisturí conectado a un generador de corriente, sus históricos experimentos inspirarían la imaginación de científicos e, incluso, de escritores como Mary Shelley.
Galvani observó que, cuando los nervios de la pata de la rana eran tocados con la punta conductora del bisturí, respondían con fuertes “sacudidas”. Estas contracciones ocurrían simultáneamente con las chispas eléctricas del generador de corriente. Así, el experimento puso de manifiesto que impulsos eléctricos de algún tipo se propagaban desde los nervios hasta los músculos.
David Ames Wells, The science of common things: a familiar explanation of the first principles of physical science. For schools, families, and young students., CC BY
Impulsos eléctricos y excitabilidad celular
Muchas células del organismo son capaces de generar y conducir impulsos eléctricos (también llamados potenciales de acción). Se trata de una especie de descarga eléctrica con forma de triángulo, de muy corta duración (1-2 milisegundos), que se propaga a lo largo de la membrana celular. Su misión principal es llevar información entre unos tejidos y otros.
La capacidad de generar impulsos eléctricos y transmitirlos es la característica que hace que una célula sea “excitable” eléctricamente. Y la excitabilidad celular es la cualidad que permite el movimiento… y la vida.
Existen varias células corporales capaces de generar impulsos eléctricos, pero las encargadas del movimiento son las células del sistema nervioso (neuronas) y las células (fibras) musculares.
Otros ejemplos de células excitables son las encargadas de la audición (generan impulsos eléctricos en respuesta a estímulos sonoros), de la vista (responden a estímulos visuales), o del tacto (hacen lo mismo con los estímulos mecánicos y térmicos).
Dos tipos de conducción eléctrica en el cuerpo
Habría que diferenciar la conducción eléctrica nerviosa (que ocurre entre el cerebro y los tejidos periféricos, como músculos y órganos) de la conducción eléctrica muscular (que sucede exclusivamente dentro de las fibras musculares).
En la conducción nerviosa, los impulsos eléctricos viajan a través de las fibras nerviosas para permitir la comunicación entre el cerebro, la médula espinal y el resto del cuerpo. Hay que aclarar que el impulso eléctrico no viaja por el nervio, sino a lo largo del axón de la neurona.
El axón es un cable que sale desde el centro (cabeza) de la neurona y va hasta un lugar alejado de este. Su diámetro es finísimo (1-20 micrómetros, que equivalen a la milésima parte de un milímetro), y miles de ellos se agrupan, empaquetados, en un solo nervio.
En el caso particular del movimiento muscular, el impulso eléctrico viaja desde el cerebro hasta el músculo solicitado, haciendo, eso sí, una pequeña “parada” en la médula espinal.
Por otra parte, en la conducción muscular, los impulsos eléctricos se transmiten a través de las fibras musculares para provocar su contracción. En este caso, el impulso eléctrico hace un solo viaje: desde el centro de la fibra muscular (que es donde llega la terminación de la fibra nerviosa) hasta el final de la fibra muscular (en la unión con el tendón).
A toda velocidad
Los impulsos eléctricos en los nervios viajan a 35-75 m/s, mientras que en la fibra muscular lo hacen a 4 m/s. ¡Una velocidad 10 veces menor! La velocidad del impulso en los nervios es tan elevada gracias a que la propagación es “saltatoria”. Esto quiere decir que el impulso eléctrico se propaga dando saltos entre unos anillos dispuestos a lo largo del axón, llamados nódulos de Ranvier.
Sin embargo, el impulso eléctrico en la fibra muscular se propaga a lo largo de la membrana de dicha fibra, lo que explica que se desplace mucho más lento.
Wikimedia Commons, CC BY
¿Por qué la conducción nerviosa es tan rápida? Parece que es un aspecto propiciado por la evolución humana para reaccionar rápidamente a las amenazas y estímulos externos.
Por ejemplo, si alguien nos acerca un fuego al dedo índice, se generan impulsos eléctricos que viajan rápidamente por las neuronas sensoriales desde dicho apéndice hasta el cerebro. Es entonces cuando notamos la sensación de calor y apartamos rápidamente la mano.
De la eléctricidad a la mecánica
Se podría decir que el funcionamiento de un músculo y un coche es similar en el sentido que, en ambos casos, primero ocurren los eventos eléctricos y luego los mecánicos.
En el coche, lo primero que hacemos es girar la llave para que la corriente eléctrica viaje hasta las bujías y a las bobinas de encendido (eventos eléctricos), y sólo después se accionan los pistones, el cigüeñal y el árbol de levas, produciendo el movimiento (eventos mecánicos).
En el caso del cuerpo, el impulso eléctrico viaja desde el cerebro a la médula espinal para finalmente llegar al músculo (eventos eléctricos), y sólo después las fibras musculares se acortan, produciendo la contracción y el movimiento (eventos mecánicos).
Todo empieza en el cerebro
Los movimientos voluntarios primero se planifican y preparan en la corteza premotora del cerebro, que es una región ubicada en el lóbulo frontal. Después, esta información se traspasa a la corteza motora primaria (ubicada justo detrás del lóbulo frontal), que es donde están las neuronas motoras que envían los impulsos eléctricos a los músculos.
Sin embargo, el cerebro piensa en ejecutar un movimiento, no en contraer un músculo aislado –algo que es casi imposible–. Como somos seres funcionales, nuestro cerebro planifica y prepara movimientos que tengan una función concreta: lanzar una piedra, coger una cuchara, agarrar el volante del coche. Para alcanzar esa funcionalidad, los movimientos voluntarios necesitan la activación de varios músculos simultáneamente (músculos “sinergistas”) y no la activación de uno aislado.
Como hemos visto, el movimiento de un músculo es el resultado de una larga cadena de eventos eléctricos y mecánicos que se producen en este orden: se piensa en el movimiento a realizar, se activan las neuronas cerebrales responsables de ese movimiento, se conduce el impulso eléctrico por las fibras nerviosas, se conduce el impulso eléctrico por las fibras musculares y, finalmente, se acorta el músculo produciendo la contracción.
Javier Rodriguez-Falces no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.
