Control Motor: Acoplamiento Neuro-Mecánico

1. Mucha de esa musculatura es profunda, inaccesible.
2. Es dificil de activar de forma aislada, y por lo tanto de medir sus efectos. 

La solución la tenía la física, concretamente el Teorema de Reciprocidad de Maxwell (Maxwell-Betti en realidad). Lo que dice el teorema es:

En un sistema elástico lineal, el desplazamiento que produce una fuerza A aplicada en un punto 1 y medido en un punto 2 es igual al desplazamiento que produce esa misma fuerza A aplicada en el punto 2 y medido en el punto 1.

Imagina una cama elástica con una pelota en el punto A. De repente caes sobre la cama en el punto B, al otro lado. La pelota saltará. Lo que dice el teorema es que si pones la pelota en B y tu saltas en A a la pelota le pasará exactamente lo mismo. Es simétrico. Saltará de la misma manera, la misma cantidad. En el caso de los autores ellos no podían medir la fuerza que ejercía cada músculo durante la respiración, pero si podían medir cuánto se deformaban. Volviendo al ejemplo sería como si no pudieramos saber con qué fuerza caes sobre la cama elástica, pero si observar cuánto se hunde cuando aterrizas. Cuanto más se hunda, más alto saltará la pelota. Cuanta más deformación, mayor fue la fuerza de tu caída.

Así lo que hicieron fue eso. Se dedicaron a medir como cambiaba la longitud del músculo al inflar los pulmones. Cerebro galaxia la verdad, porque eso simplifico mucho las cosas:

• Si cuando los pulmones se expanden el músculo se alarga ese músculo tiene ventaja mecánica espiradora. Cuando se active, se contraiga, ayudará a reducir el volumen pulmonar. Es como el latex de un globo. Cuando hinchas el globo el material se estira, quiere volver a su estado de reposo, cuando lo "liberas" lo que ocurre es precisamente eso y expulsa el aire de su interior.

• Si cuando los pulmones se expanden el músculo se acorta ese músculo tiene ventaja mecánica inspiradora. Cuando se activa el pulmón se infla. Serían tus mofletes. Cuando los activas, haces fuerza con ellos, metes aire en el globo.

• La presión que genera un músculo para inspirar o espirar es proporcional a cuánto se acorta o alarga cuando se inflan los pulmones.

Con esto demostraron que no todos los músculos tienen la misma ventaja mecánica, es decir, no todos los músculos que permiten inhalar o exhalar lo hacen "igual de bien".

El siguiente paso fue estudiar el impulso neural que reciben esos músculos durante la respiración en perros, y se dieron cuenta de algo: las regiones con mayor ventaja inspiradora eran las que más se activaban en la inspiración, las regiones con más ventaja espiradora se activaban durante la espiración y las regiones con poca ventaja recibían poca activación. Sí, sí, parece obvio, pero escucha: podía haber sido uniforme. Vale, los intercostales externos solo se activan durante la inhalación, pero el caso es que no se activan todos por igual: el impulso neural captado por las motoneuronas de los intercostales externos tiene la misma distribución topográfica que la magnitud de su ventaja mecánica. El SNC de los animales sabe, de alguna forma, que hay partes de un músculo que son mecánicamente más eficaces para la tarea.

Es, como se le llamaría más adelante, un acoplamiento neuro-mecánico, o neuromechanical matching en ingés.

2014

Casi una década más tarde otro trío hace el siguiente avance. Jane Butler, Anna Hudson y Simon Gandevia escriben The Neural Cotnrol of Human Inspiratory Muscles.  En él, Butler y su equipo pasan de observar qué pasa a intentar entender el cómo.

Su primer paso fué confirmar que el acoplamiento neuro-mecánico descrito en 2005 en perros también ocurría en humanos. Midieron la actividad de motoneuronas individuales y hicieron la misma observación: el impulso neural de la musculatura inspiratoria es proporcional a la ventaja mecánica de las fibras. Una vez establecido esto en humanos la pregunta se formula sola: ¿Cómo?

Bueno, resulta obvio que no es algo que tengamos que pensar conscientemente cada vez, así que esa opción queda descartada. Butler et al se dieron cuenta de que cuando medían el acoplamiento neuro-mecánico las motoneuronas activadas eran prácticamente las mismas tanto en la respiración involuntaria como en la voluntaria, y por lo tanto sugirieron que la organización de este efecto podía encontrarse a nivel de médula espinal ya que es un componente común entre las vías voluntarias y involuntarias que llegan a las motoneuronas.

Por último el tercer punto sobre el que incidieron fue en qué ocurría si incluían un movimiento no respiratorio, por ejemplo una torsión de tronco. Al girar el cuerpo la ventaja mecánica de algunos músculos, en concreto los intercostales, cambiaba. Los del lado hacia el que se gira aumentaban su actividad acorde a su nueva ventaja mecánica, mientras que los del lado opuesto la disminuían. El acoplamiento neuro-mecánico se adapta en tiempo real.

2019

Fantástico. El panorama era el siguiente: en la musculatura respiratoria las motoneuronas son reclutadas acorde a su ventaja mecánica inspiratoria y este reclutamiento es adaptable. De nuevo Hudson, Gandevia y Butler se preguntan, ¿puede extenderse este principio a otros grupos musculares?

Bueno, ellas postulan que sí.

Sin embargo si has estudiado control motor alguna vez conocerás el principio de tamaño de Henneman. Henneman y sus colegas descubrieron la relación entre el nivel al que las motoneuronas se activan y su tamaño, y acuñaron su teoría: durante una contracción las motoneuronas de unidades motoras pequeñas, que producen poca fuerza y son bastante resistentes a la fatiga, necesitan menos corriente que las grandes, más fuertes pero dependientes del sistema glucolítico.

Hudson y sus compañeras escribieron y publicaron A Principle of Neuromechanical Matching for Motor Unit Recruitment in Human Movement, que principalmente establece la posibilidad de que el acoplamiento neuro-mecánico sea un criterio para el reclutamiento de motoneuronas y trata de compaginarlo con el principio de tamaño. El concepto general es que en grupos musculares complejos, como pueden ser algunos de las extremidades o el tronco, pueden existir áreas funcionales más eficientes que otras para cumplir la tarea, ventajas mecánicas regionales, y en ese caso el orden de activación es: acople neuro-mecánico para determinar las regiones a activar con mayor fuerza y después principio de tamaño dentro de esa zona. En otros músculos más simples como podría ser el gastrocnemio no es necesario y predomina el principio de tamaño clásico.

Genial, ¿y?

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