Dr. Johnnathan MolinaFisiología Humana

2014

Cerebelo y Ganglios Basales en el Control Motor Global

Sumario

1. Cerebelo y sus funciones motoras2. Ganglios Basales y sus funciones motoras3. Integración del Sistema de Control Motor Total

Introducción

Cerebelo: coordinación en el tiempo de actividades motoras y paso suave de un movimiento muscular a otro.(regula intensidad de contracción muscular y las interacciones de músculos agonistas/antagonistas, corrección de movimientos durante su ejecución con la corteza con señales medulares -feedback-)

Ganglios Basales: planifica y controla los patrones complejos de movimiento muscular (regula la intensidad del movimiento, su dirección y el orden de los movimientos para realizar una actividad motora final compleja)

Cerebelo y sus Funciones Motoras

Área Silente(excitación eléctrica y extirpación) Actividades musculares rápidas (correr, tocar piano, typing,

conversar) Ojo: no puede contraer por si solo a ningún músculo (ni los GB) sino

SIEMPRE se asocian a Sistemas Motores para realizar su función

Funciones del Cerebelo

Recibe información Superior (encéfalo): secuencia DESEADA de contracciones musculares

Recibe información Inferior (periférica): variaciones en velocidad de movimiento, fuerzas implicadas, posición

Contrasta lo deseado con la información periférica (lo que está sucediendo) para enviar indicaciones a la corteza para regular los niveles de activación de cada músculo específico.

Asociado a la corteza para PLANIFICAR el siguiente movimiento para que sea suave Y APRENDER de sus errores (∆´s excitabilidad neuronal)

Anatomía Básica del Cerebelo

Áreas Anatómicas Funcionales del Cerebelo

Áreas Anatómicas Funcionales del Cerebelo

Vías Aferentes del Cerebelo (regiones del encéfalo)

Organización topográfica (cuerpo axial-vermis; Facial + Extremidades – Zonas

Intermedias)

Vías de entrada

-Desde el encéfalo

-Desde la periferia

Dorsal:-Husos, OTG, receptores

táctiles y articulares-Informan sobre: contracción

muscular, Tensión en tendones, posición y velocidad de movimiento y Fuerzas que van en contra de la superficie corporal

Ventral: -Se activan por señales

motoras de las astas anteriores medulares desde:

1)Haz Cortico y Rúbrico – Espinal

2)Patrones motores medulares (ya establecidos) – copia de eferencia-

Vías Aferentes del Cerebelo (periferia)

Vías Eferentes del Cerebelo

3 Núcleos: D.I.F. Los Núcleos reciben aferencias desde:1)Corteza Cerebelosa y 2)Fascículos aferentes sensitivos profundos dirigidos al

cerebelo Siempre que entra una aferencia se divide en:1)Núcleo Profundo y 2)Corteza cerebelosa correspondiente a ese núcleo (señal

inhibitoria)

3 Vías de Eferencias:1.- Vermis - Fastigio – Formación Reticular (bulbo-pontino) “Equilibrio

(vestibular)” -2.-Zona Intermedia – Interpuesto –Tálamo(ventrolateral y ventroanterior) –

Corteza Cerebral –GB- Núcleo Rojo y FR – “Coordina contracciones recíprocas Ago/Anta de las extremidades, mano, dedos”

3.-Corteza Cerebelosa – Dentado – Tálamo(ventrolateral y ventroanterior) – Corteza Cerebral – “Coordinación de secuencia iniciado todo por la corteza desde antes”

Vías Eferentes del Cerebelo

Unidad Funcional de la Corteza del Cerebelo1.-Célula de Purkinje, CP y 2.-Célula Nuclear Profunda, CNP

3 capas de la corteza cerebelosa:1.-Capa Molecular2.-Capa de Células de Purkinje3.-Capa GranulosaDebajo se encuentran los núcleos profundos

Circuito Neuronal de la Unidad Funcional

Cada unidad funcional sale a través de una CNP (a la que llegan estímulos excitadores o inhibidores)

Excitadores: conexiones directas con aferencias desde el encéfalo o la periferia

Inhibidores: CP situada en la corteza cerebelosa

Unidad Funcional de la Corteza del Cerebelo1.-Célula de Purkinje, CP y 2.-Célula Nuclear Profunda, CNP

Unidad Funcional de la Corteza del CerebeloAferencias hacia el cerebelo

Fibra Trepadora

• Nacen en las olivas inferiores del Bulbo Raquídeo

• 1 FT por c/5-10 CP• Sinapsis primero con CNP y

luego llega a la corteza con la CP

• Produce despolarización peculiar (“descarga compleja”)de 1s de duración en las CP

Fibra Musgosa

• Engloban a todas las demás fibras aferentes desde el encéfalo, tronco y médula.

• Mandan colaterales excitadoras a las CNP

• Luego sinapsis con los Granos que sus axones hacen sinapsis con las fibras paralelas en la capa molecular (donde hacen sinapsis las CP)

• Se requieren muchas FM para excitar una CP (sinapsis débiles o “descarga simple”) que son de corta duración

En reposo CP y CNP disparan constantemente…El equilibrio excitación/inhibición se realiza en los núcleos profundos con tendencia a ligera excitación…

Unidad Funcional de la Corteza Cerebelosa

Durante una actividad rápida-Inicio excitador de la CNP luego por feedback la CP regula el

movimiento llamado –Línea de Retardo- (si no existiera esta amortiguación el movimiento sería oscilatorio rebasando su objetivo)

Células Inhibidoras extras:1.-Células en cesta2.-Células estrelladas

Son inhibidoras laterales de las CP, tienen axón corto y están ubicadas entre las fibras paralelas de la capa molecular (siempre afina la señal)

Señales de Salida del Cerebelo:Turn on - Turn off / Turn off – Turn on

Encendido/Apagado Agonistas/Antagonistas

Señal de Encendido: Ya que la Corteza Cerebral ha mandado el impulso motor,

desde el músculo envía aferencias feedback hacia el cerebelo por las FM para hacer sinapsis con CNP situadas en los Núcleos Profundos

Esto envía una respuesta excitadora a la vía corticoespinal, 2 formas de llegar a la corteza cerebral: 1)A través del tálamo y 2)Fibras del tronco

- La finalidad es reforzar (↑Energía) de la contracción muscular de encendido

Señal de apagado sobre los agonistas al final del movimiento

Las fibras musgosas también mandan una señal inhibidora por su otra sinapsis con los Granos que llevan hasta la CP, señal un poco más lenta/débil hasta que logra excitar a las CP que desconecta el movimiento

Ahora, el sistema de encendido-apagado de los antagonistas aún no está definido pero…

-inhibición recíproca por la médula

Señales de Salida del Cerebelo:Turn on - Turn off / Turn off – Turn on

Las Células de Purkinje “Aprenden” de sus errores..--fibras trepadoras--

El grado en el que el cerebelo influye sobre el movimiento para empezar o terminar un movimiento se aprende.(c/v es más fino el movimiento)

En reposo, las FT se despolarizan cada segundo pero también producen despolarización de la CP (que su despolarización dura casi 1 segundo).

En cada movimiento nuevo usamos los propiorreceptores musculares y articulares para informarle al cerebelo el “contraste”.

Función del Cerebelo en el Control Motor Global

Vestibulocerebelo

•Lóbulos Floculonodulares y porciones adyacentes al vermis.

•Equilibrio y Postura

Espinocereb

elo

•Vermis y Zonas Intermedias.

•Movimientos distales, especialmente manos y dedos

Cerebrocerebelo

•Hemisferios Cerebelosos (lateral a las Zonas Intermedias)

•Todas sus Aferencias de la Corteza Cerebral Motora, Premotora y Somatosensitiva

•Transmite sus señales de salida (eferencias) de forma ascendente(hacia el cerebro) para autorregular al sistema sensitivomotor de la corteza para PLANIFICAR los movimientos secuenciales del tronco y extremidades (imagen motora)

Funcionamiento del VestibuloCerebelo asociado al Tronco Encefálico y Médula Espinal para el Equilibrio y Postura

Su desarrollo filogenético coincide con el desarrollo del aparato vestibular.

Cambios en la dirección y equilibrio del movimiento (Conductos Semicirculares) durante variaciones rápidas de la posición del cuerpo y no tanto de la situación estática

Por tanto controla la musculatura (Ago/anta) de la columna, cadera y hombros -ojo: movimientos son secuenciales

PROBLEMA: retraso de la transmisión (espinocerebeloso,120m/s) de los pies hasta el encéfalo de aprox. 20ms… Por tanto, ¿Cómo se manda la señal a tiempo para detener un movimiento o realizar un cambio??

Los receptores periféricos informan de la velocidad y dirección que lleva el cuerpo (inercia) … VestibuloCerebelo calcula y predice su posición en los siguientes milisegundos

“Corrección por

adelantado”

Función del Espinocerebelo: feedback de los movimientos distales de las extremidades por las porciones Intermedias y Núcleo Interpuesto

Zonas Intermedias reciben 2 tipos de información:

1.-De la Corteza Cerebral motora y núcleo rojo(mesencéfalo) – plan pretendido de

movimientos-2.- De feedback que viene de

propiorreceptores (periféricos) –movimientos reales-

Ya que la Zona Intermedia contrastó, las CNP del núcleo interpuesto envía eferentes

correctoras hacia: 1.- Corteza Cerebral Motora a través del Tálamo y 2.- Porción

inferior del núcleo rojo (magnocelular) que origina el haz rubroespinal que se suma al

corticespinal (manos y dedos)

Permite movimientos coordinados y suaves en lo más distal de las extremidades

El complejo oliva inferior – CP también recibe información que contrasta y ayudan

al aprendizaje cerebeloso

Este Haz Espinocerebeloso se divide en 2:1.-Ventral: manda una copia exacta de la salida que les llegó a las Motoneuronas

anteriores2.- Dorsal: manda información de los

receptores periférico(husos, OTG)

Contrasta la intención que está almacenada en la corteza y llega al cerebelo por el haz

Corticopontocerebeloso CON la información periférica por medio del

haz Espinocerebeloso

Otras funciones cerebelosas…

Función del Cerebelo para evitar la exageración de movimientos y amortiguarlos

-La mayoría de movimientos del cuerpo son pendulares (inercia a vencer con tendencia a la exageración)

-Sin cerebelo, el cerebro mandaría impulsos para movimientos opuestos hasta por fin atenuar el movimiento – Temblor de acción o intencional-

-Con cerebelo íntegro, se logra detener el movimiento justo en el punto deseado – sistema amortiguador-

Función del Cerebelo en los movimientos balísticos-Balístico: movimientos rápidos (typing, ,movimientos sacádicos) en los cuales todo el

movimiento está previamente planificado (no hay feedback por la velocidad del movimiento)

-Al extirpar el cerebelo vemos 3 respuestas:1) Movimientos lentos y sin el impulso de “arranque” que da el cerebelo(péndulo)2) Fuerza es débil3) Interrupción lenta, por lo que rebasa su objetivo (en general se pierde el

automatismo de los movimientos balísticos ya que la corteza debe gastar más tiempo en tratar de parar los movimientos)

Funciones del CerebroCerebelo: Zonas laterales de ambos Hemisferios “Planificación-Orden-Sincronización” de movimientos complejos

Zonas muy desarrollas e hipertrofiadas Movimientos complejos de manos, dedos y habla.. No intervienen en el

movimiento actual sino lo que ocurrirá.. Y movimientos suaves No hay aferencias periféricas La comunicación con la corteza cerebral no es directamente al Área Motora

Primaria sino al AP y Área Somatosensitiva primaria y de Asociación

PROBLEMA: Al extirpar éstas partes del cerebelo hay descoordinación extrema en manos y el habla..(AMP)

¿Porqué?1.-Planificación de movimientos secuenciales (AP, ASP, AA… Luego al cerebelo)2.-Sincronización de movimientos secuenciales (movimientos suaves)

Funciones Predictivas como sonidos, imágenes, correr… “relaciones espaciotemporales rápidamente cambiantes”

Anomalías Clínicas del Cerebelo

Para producir una lesión seria la lesión debe afectar a los núcleos profundos (si elimino la corteza cerebelosa lateral(dejando núcleos intactos) el paciente parece normal excepto por movimientos lentos).

Los Núcleos Cerebelosos son: Dentado, Interpuesto y Fastigio (DIF)-Dismetría y Ataxia (No predice distancia al objetivo; lesión en núcleos Y

también en el haz espinocerebeloso)-Hipermetría (es dismetría con exceso)

Problemas con la sucesión de movimientos:-Disdiadococinesia (incapacidad para realizar movimientos alternantes rápidos

porque ya no predice ni sincronización)-Disartria(orden y sincronización limitadas)-Temblor Intencional (fracaso de amortiguación)-Nistagmo Cerebeloso (lesión flocunodular y se asocia a desequilibrio)-Hipotonía(núcleos DI pralte. Intervienen en el tono, recuerdan?, pierde la

facilitación)

Ganglios Basales

Funciones Motoras de los Ganglios Basales(GB)”Sistema Motor Auxiliar”

Nunca actúan solos, estrecha relación con la corteza motora, de hecho sus Aferencias las recibe de la misma corteza cerebral y sus Eferencias las envía hacia la misma corteza cerebral.

Los Ganglios Basales son:1)Núcleo Caudado2)Putamen3)Globo Pálido (PAP Syndrome, Abulia)4)Substancia Negra (Parkinson´s)5)Núcleo Subtalámico (movimientos de toda la extremidad contralateral espontáneos y fuertes,

pueden ser coreiformes(sacudidas) o balísticos (violentos)- Se encuentran laterales y alrededor del tálamo…- Casi todas las fibras (sensitivas y motoras) atraviesan la cápsula interna área situada entre los

grandes GB (caudado y putamen).

Funciones de los Ganglios Basales:1)Ejecución de “P”atrones de actividad motora subconcientes pero Aprendidos (“P”utamen) -

destrezas y técnicas-2)”C”ontrol “C”ognitivo de las secuencias de los patrones motores (“C”audado) –pensamiento

(señales sensitivas + memoria)3)Modificar la secuencia de movimientos y graduar intensidad (determina velocidad y amplitud)

Cuerpo Lenticular

Cuerpo Estríado:

Putamen + Caudado

1. Núcleo Caudado2. Tálamo3. Putamen4. Globo Pálido5. Cápsula Interna6. Claustro7. N. Subtalámico

LenticularPutamen

Globo Pálido

1 1

22

334455

66

1 1

2233

44 5566

77

Estriado

Núcleo Caudado

Putamen

Vía Piramidal

¿Puedes Identificar cada estructura?

Encéfalo

Mesencéfalo

Sustancia Nigra (Mesencéfalo)

1 1

22

3344 55

6611

22

33

4455

66

Correlación entre TAC y RMN

Correlación entre TAC y RMN

1. Núcleo Caudado2. Tálamo3. Putamen4. Globo Pálido5. Cápsula Interna6. Claustro7. Núcleo Subtalámico

Estriado

Núcleo Caudado

Putamen

LenticularPutamen

Globo Pálido

Neurotransmisores de los Ganglios Basales

Vías de Glutamato Suministran las señales excitadoras para equilibrar al resto (Dopa, GABA y

Serotonina)

Vías múltiples de Noradrenalina, Serotonina, Encefalina y otros..

Procedentes del Tronco Encefálico Hasta los GB

Vías de Acetilcolina

Desde la Corteza Cerebral Hasta Caudado y PutamenVías GABAérgicas

Desde Caudado y Putamen Hasta Sustancia Negra y Globo Pálido

Vías Dopaminérgicas

Desde la Sustancia Negra Hasta Caudado y Putamen

Anomalías

Lesión en el CIRCUITO del Putamen: - Atetosis, Hemibalismo y Corea -

-Movimientos de Contorsión (lesión del Globo pálido) específicos en una mano, un brazo, cuello o cara; son espontáneos y continuos (por lo que se le llama Atetosis)

-Movimientos de Agitación (lesión del Subtálamo) se producen en toda la extremidad (por lo que se le llama Hemibalismo)

-Movimientos de Lanzamiento (lesión del Putamen) se producen en manos, cara y otras partes del cuerpo (por lo que se le llama Corea)

Parkinson´s Disease (parálisis agitante)

Tríada: rigidez + acinesia(dificultad para iniciar el movimiento, muy angustiante) + temblor Involuntario (3-6 ciclos/seg, incluso en reposo)… Además: Inestabilidad postural (desequilibrio) + Transtornos menores (Disfagia, marcha parkinsoniana + fatiga)

-¿Cómo diferenciamos el temblor de Parkinson y el temblor cerebeloso(intencional)?

Destrucción de la Sustancia Negra (Las fibras con dopa van hacia el Caudado y Putamen)

Al bloquear la dopamina en los GB éstos se sobreexcitan y produce los síntomas

Tratamiento, Tx:-L-dopa +-L-deprenilo (IMAO)-Transplante de Células Dopaminérgicas (éxito transitorio)-Destrucción selectiva de los circuitos de GB (éxito discutido, alto riesgo)

Huntington´s Disease

Hereditario (cromosoma 4) Inicio 30-40 años Inicia con sacudidas hasta que se vuelven violentos los

movimientos con demencia marcada Lesión de Vías Gabaérgicas en el Caudado y Putamen +

Lesión de muchas Vías de Acetilcolina Se pierde la acción Gabaérgica que es inibidora del Globo

Pálido y la Substancia Negra.. La demencia se debe a la lesión de las vías de acetilcolina Huntingtonina

Ataxia en animales…

Mejor ya no le hago la prueba…

¿Dudas, Comentarios, Sugerencias, Chistes?

Gracias…