Neurofisiología

Autor: Psic. Blanca Navarro • Revisor: Dr. Marcell Guzmán
Última revisión: 13 de Febrero de 2025
Tiempo de lectura: 29 minutos

La neurofisiología es la rama de la fisiología dedicada a comprender los mecanismos y funciones del sistema nervioso, que es la red más compleja y vital del cuerpo humano.

Este campo científico profundiza en la interacción dinámica entre el encéfalo, la médula espinal y los nervios periféricos, descifrando las formas en que estas estructuras trabajan en unísono para regular todo en el organismo, desde procesos fisiológicos básicos hasta funciones cognitivas avanzadas.

En esencia, la neurofisiología estudia cómo las neuronas, que son las unidades fundamentales del sistema nervioso, se comunican a través de señales electroquímicas, cómo integran cantidades tan grandes de información y cómo generan respuestas precisas y coordinadas ante los estímulos tanto internos como externos.

En este artículo discutimos las bases de la neurofisiología, una rama importante de la fisiología que se encarga del estudio del funcionamiento del sistema nervioso.

Puntos clave sobre la neurofisiología
Neurofisiología	Estudio del sistema nervioso, enfocándose en la comunicación neuronal, potenciales de acción y coordinación de las respuestas del cuerpo a los estímulos
Sistema Nervioso Central (SNC)	Comprende el encéfalo y médula espinal; responsable del procesamiento de información sensitiva y la generación de comandos
Sistema Nervioso Periférico (SNP)	Incluye el tejido nervioso fuera del SNC; se divide a su vez en los sistemas somático (movimientos voluntarios) y autónomo (funciones involuntarias)
Homeostasis	El sistema nervioso mantiene condiciones internas estables por medio de mecanismos de retroalimentación (por ejemplo, la termorregulación)
Control motor (división eferente)	Involucra el encéfalo, médula espinal y nervios periféricos para regular el movimiento muscular; controlado por la corteza motora, ganglios basales y cerebelo
Respuestas autónomas	Acciones involuntarias controladas por el sistema nervioso autónomo, incluyendo el ritmo cardíaco y digestión; se dividen en simpáticas (“lucha o huída”) o parasimpáticas (“descanso y digestión”)
Sentidos generales	Incluyen el tacto, temperatura, dolor, presión y propiocepción; se detectan por medio de varios receptores a lo largo del cuerpo
Sentidos especiales	Visión: detección de la luz por los ojos; se procesa en el lóbulo occipital Audición: ondas sonoras detectadas por el oído; se procesa en el lóbulo temporal Olfato y gusto: detección química mediante receptores olfatorios y papilas gustativas Sensaciones vestibulares: equilibrio y orientación espacial a través del sistema vestibular en el oído interno
Señalización neuronal	Las neuronas se comunican por medio de potenciales de acción y transmisiones sinápticas que implican neurotransmisores
Neurotransmisores	Mensajeros químicos; se clasifican en excitadores (por ejemplo, glutamato) o inhibidores (por ejemplo, GABA), regulando diversas funciones como el estado de ánimo, cognición y sueño
Trastornos neurológicos	Incluyen Alzheimer, Parkinson, epilepsia, esclerosis múltiple, accidente cerebrovascular/ictus y migrañas, afectando diferentes aspectos de la funcionalidad del encéfalo y sistema nervioso

Contenidos

Sistema nervioso
Homeostasis
Control motor
Sentidos
1. Sentidos generales
2. Sentidos especiales
Señalización neuronal
Neurotransmisores y sus funciones
Correlaciones clínicas
1. Trastornos neurológicos
Bibliografía

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Sistema nervioso

Desde un punto de vista estructural, el sistema nervioso se divide en dos componentes principales: el sistema nervioso central (SNC) y el sistema nervioso periférico (SNP).

El SNC incluye el encéfalo y la médula espinal, que sirven como el centro de control principal. El encéfalo, albergado dentro del cráneo, es el órgano más complejo y contiene miles de millones de neuronas que se comunican por medio de billones de sinapsis. Es responsable de procesar la información sensitiva y sensorial, generar pensamientos y emitir comandos. La médula espinal, protegida por la columna vertebral, es la vía principal para la transmisión de señales entre el encéfalo y el resto del cuerpo.
El SNP consiste en los nervios que se extienden desde el encéfalo y la médula espinal hasta otras partes del cuerpo, como las extremidades y órganos. Se divide en el sistema nervioso somático, que controla los movimientos voluntarios y transmite la información sensitiva (sentidos generales) y sensorial (sentidos especiales), y el sistema nervioso autónomo (SNA), que regula las funciones involuntarias como el ritmo cardíaco y la digestión. El SNA se subdivide a su vez en los sistemas simpático y parasimpático, que típicamente trabajan de forma opuesta entre sí. El sistema nervioso simpático es el responsable principal de la respuesta de “lucha o huida” del cuerpo. La activación del sistema nervioso simpático provoca cambios fisiológicos tales como un aumento de la frecuencia cardíaca, dilatación de las pupilas y liberación de adrenalina/epinefrina. Estos cambios optimizan el cuerpo para una actividad física rápida e intensa, mejorando el estado de alerta y la capacidad de respuesta a los estímulos externos. Por el contrario, el sistema nervioso parasimpático regula las funciones de “descanso y digestión”, al disminuir la frecuencia cardíaca, reducir la presión arterial y estimular los procesos digestivos.

Homeostasis

Una de las funciones más importantes del sistema nervioso es la homeostasis, que es la capacidad del cuerpo para mantener un ambiente interno estable a pesar de los cambios en las condiciones externas. Este equilibrio es crucial para la supervivencia y está estrechamente regulado por el sistema nervioso, que monitorea las variables fisiológicas como la temperatura, el pH y la presión sanguínea, y responde apropiadamente cuando estas variables se desvían de los rangos normales.

El sistema nervioso utiliza mecanismos de retroalimentación para mantener la homeostasis. Por ejemplo, en la termorregulación, los termorreceptores detectan cambios en la temperatura corporal y envían señales al hipotálamo, el centro de termorregulación del encéfalo. Si la temperatura corporal es muy alta, el hipotálamo dispara mecanismos de enfriamiento como la sudoración y la vasodilatación (ensanchamiento de los vasos sanguíneos) para liberar el calor. Si la temperatura es muy baja, se desencadenan respuestas como el temblor y la vasoconstricción (estrechamiento de los vasos sanguíneos) para conservar el calor. Estos bucles de retroalimentación negativa son esenciales para mantener el funcionamiento corporal dentro de los parámetros óptimos.

Control motor

El control motor se refiere a la capacidad del sistema nervioso para regular y guiar los músculos y extremidades para llevar a cabo los movimientos deseados. Implica el encéfalo, la médula espinal y los nervios periféricos.

La médula espinal es un componente clave en el control motor, sirviendo como un conducto primario para la información motora. Transmite señales entre el encéfalo y los músculos y contiene arcos reflejos, que son circuitos neuronales simples que controlan las acciones reflejas. Por ejemplo, el reflejo rotuliano o patelar está regulado por un arco reflejo en la médula espinal, que permite extender rápidamente la pierna en respuesta a un golpe en la rodilla sin necesidad de involucrar al encéfalo.

Los movimientos voluntarios están controlados principalmente por la corteza motora en el lóbulo frontal. Cuando una persona decide ejecutar un movimiento, la corteza motora envía señales a través del tracto corticoespinal hacia la médula espinal, la cual entonces dirige los movimientos apropiados.

Los ganglios basales y el cerebelo son cruciales para la afinación de los movimientos. Los ganglios basales ayudan a iniciar los movimientos y a regular su intensidad, mientras que el cerebelo supervisa los movimientos en curso, compara las acciones previstas con las reales y realiza ajustes para asegurar un movimiento fluido y preciso. El aprendizaje motor, que es el proceso de adquirir habilidades motoras nuevas, implica el cerebelo y cambios en la intensidad de las sinapsis dentro de los circuitos neuronales.

Las respuestas autónomas son acciones involuntarias reguladas por el sistema nervioso autónomo (SNA), que controla la actividad de los músculos lisos y cardíacos así como las glándulas. A diferencia del control motor voluntario, las respuestas autónomas se encargan de las funciones corporales vitales como el ritmo cardíaco, la digestión y el ritmo respiratorio. El SNA se divide a su vez en dos componentes:

El sistema nervioso simpático, que inicia la respuesta de “lucha o huída” preparando el cuerpo para la actividad física intensa al aumentar el ritmo cardíaco, dilatar las pupilas y redirigir la sangre hacia los músculos.
El sistema nervioso parasimpático, que asiste en la respuesta de “descanso y digestión”, disminuyendo el ritmo cardíaco, facilitando la digestión y conservando la energía durante los estados de relajación.

Mientras que el sistema nervioso somático controla los movimientos voluntarios, el sistema nervioso autónomo regula las respuestas involuntarias, asegurando que el cuerpo mantenga la homeostasis durante periodos tanto de estrés como de reposo.

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Sentidos

Los sistemas sensoriales y sensitivos le permiten al cuerpo percibir e interpretar el ambiente, activando las reacciones y adaptaciones apropiadas. La información sensitiva se recopila por medio de receptores especializados, que la transmiten al SNC, en donde se procesa e integra para formar una imagen coherente del entorno.

Sentidos generales

Los sentidos generales incluyen el tacto, temperatura, dolor, presión y propiocepción (sentido de la posición corporal). Estos sentidos son detectados por receptores ubicados en distintas partes del cuerpo. Por ejemplo:

Mecanorreceptores: responden a fuerzas mecánicas como la presión y vibración.
Termorreceptores: detectan cambios en la temperatura.
Nociceptores: perciben estímulos nocivos o dolorosos, ya sean por daño mecánico, temperaturas extremas o irritación química.
Propioceptores: proporcionan información acerca de la posición y movimiento del cuerpo y son cruciales para el equilibrio y la coordinación.

Sentidos especiales

Los sentidos especiales son más complejos e involucran órganos especializados:

Visión: regulada por los ojos, que detectan la luz y la convierten en señales eléctricas. Estas señales son procesadas por el área visual primaria (corteza visual) en el lóbulo occipital para producir imágenes.
Audición: implica la detección de ondas sonoras por el oído. Estas se convierten en señales eléctricas por medio de las células ciliadas en la cóclea, para luego ser procesadas por la corteza auditiva en el lóbulo temporal.
Olfato y gusto: son sentidos químicos que detectan sustancias químicas en el aire y en los alimentos. Los receptores olfatorios en la nariz y las papilas gustativas en la lengua envían señales al encéfalo que se interpretan como olores y sabores específicos.

Las sensaciones vestibulares son esenciales para el equilibrio y la orientación espacial, permitiendo al cuerpo detectar cambios en el movimiento y posición de la cabeza. El sistema vestibular, ubicado dentro del oído interno, consta de dos componentes principales:

Los conductos semicirculares: detectan movimientos rotacionales de la cabeza. Cada uno de estos tres conductos está orientado en un plano diferente (horizontal, anterior y posterior) y repleto de un fluido que se mueve cuando la cabeza rota. Este movimiento dobla las células ciliadas presentes en los conductos, enviando señales al encéfalo para ajustar la postura y los movimientos oculares.
Los órganos otolíticos (utrículo y sáculo): detectan aceleraciones lineales y fuerzas gravitacionales. Estas estructuras contienen cristales pequeños que se desplazan en respuesta a los movimientos de la cabeza, activando las células ciliadas que proporcionan información acerca de cambios en la posición de la cabeza, como la inclinación o el movimiento hacia delante.

Las señales provenientes del sistema vestibular son enviadas a los núcleos vestibulares del tronco encefálico, donde se integran con la información visual y propioceptiva. Esto ayuda a mantener el equilibrio, coordinar los movimientos oculares con los movimientos de la cabeza (reflejo vestíbulo ocular, VOR) y ajustar la postura, lo que resulta esencial para actividades tales como caminar, correr, o incluso estar de pie en un mismo lugar.

Señalización neuronal

En el centro de la neurofisiología se encuentran todos los mecanismos que controlan cómo las neuronas se comunican entre sí y con otras células del cuerpo. Esta comunicación, que también se conoce como señalización neuronal, se produce a través de la transmisión de los impulsos eléctricos denominados potenciales de acción a lo largo de las diferentes partes de una neurona. Cuando un potencial de acción alcanza el final de un axón, desencadena la liberación de neurotransmisores, que son mensajeros químicos que cruzan la sinapsis (espacio entre la neurona presináptica y la célula postsináptica). Estos neurotransmisores se unen a los receptores de la neurona o célula postsináptica, lo que genera una nueva señal eléctrica en esa neurona. Este complejo proceso le permite al sistema nervioso procesar y responder rápidamente a la información, permitiendo llevar a cabo desde acciones reflejas hasta procesos complejos de pensamiento.

Potencial de membrana en reposo

El potencial de membrana en reposo es la diferencia en el potencial eléctrico a través de la membrana de la neurona cuando no está transmitiendo activamente una señal. Es de aproximadamente -70 milivoltios (mV) dentro de la célula en relación con el exterior. Este potencial se mantiene gracias a la distribución de iones, principalmente sodio (Na⁺), potasio (K⁺) y cloro (Cl^-), así como la actividad de la bomba de sodio-potasio (Na⁺/K⁺ ATPasa), que mueve 3 iones Na⁺ fuera de la célula y 2 iones K⁺ dentro de la célula.

Potenciales de acción

Los potenciales de acción son cambios rápidos y transitorios en el potencial de membrana que se propagan a lo largo del axón y son esenciales para la transmisión de señales nerviosas. Las fases principales incluyen:

Despolarización: se desencadena cuando el potencial de membrana se vuelve más positivo, normalmente debido a la entrada de iones Na⁺ por medio de canales regulados por voltaje.
Repolarización: después del pico (sobreexcitación) del potencial de acción, los canales de K⁺ se abren, permitiendo que los iones K⁺ salgan de la célula y restaurando el potencial de membrana a valores negativos.
Hiperpolarización: el potencial de membrana se vuelve temporalmente más negativo que el potencial de membrana en reposo debido a la actividad prolongada de los canales de K⁺ antes de regresar a su estado de reposo.

Transmisión sináptica

Las sinapsis son las uniones donde las neuronas se comunican con otras neuronas o con células efectoras. Hay dos tipos principales:

Sinapsis químicas: involucran la liberación de neurotransmisores desde la neurona presináptica hacia la hendidura sináptica, donde se unen con receptores en la neurona postsináptica, provocando cambios en su potencial de membrana.
Sinapsis eléctricas: implican el acoplamiento eléctrico directo entre las neuronas mediante uniones en hendidura (gap), permitiendo una transmisión de señales más rápida.

La transmisión sináptica es un proceso fundamental en la comunicación neuronal que implica la liberación y recepción de neurotransmisores a través de la sinapsis. Cuando un potencial de acción alcanza el botón terminal del axón (terminal presináptica) de una neurona, desencadena la liberación de neurotransmisores almacenados en las vesículas sinápticas. Estos mensajeros químicos se liberan en la hendidura sináptica y se unen a receptores específicos en la membrana postsináptica, provocando la apertura de canales iónicos y cambios en el potencial de membrana de la neurona postsináptica. Dependiendo del tipo de neurotransmisor y receptor implicados, esto puede resultar en potenciales postsinápticos excitadores (PPSE), que aumentan la probabilidad de que la neurona dispare un potencial de acción, o potenciales postsinápticos inhibidores (PPSI), que disminuyen esta probabilidad. Con el tiempo, la plasticidad sináptica permite que estas sinapsis se fortalezcan o debiliten en respuesta a la actividad, desempeñando un papel crucial en el aprendizaje, la formación de la memoria y adaptabilidad del sistema nervioso.

Neurotransmisores y sus funciones

Los neurotransmisores son mensajeros químicos que transmiten señales a través de las sinapsis de una neurona a otra. Desempeñan un papel crucial en la regulación de un amplio rango de funciones corporales y conductas, desde el estado de ánimo y el sueño hasta el ritmo cardíaco y la digestión.

En general, los neurotransmisores se pueden clasificar en dos categorías según sus efectos en la neurona postsináptica:

Neurotransmisores excitadores: como el glutamato, aumentan la probabilidad de que la neurona dispare un potencial de acción. El glutamato es el neurotransmisor excitador más abundante en el encéfalo y está relacionado con funciones cognitivas como el aprendizaje y la memoria.
Neurotransmisores inhibidores: como el ácido γ-aminobutírico (GABA), disminuyen la probabilidad de que se dispare un potencial de acción. El GABA tiene un papel clave en reducir la excitabilidad neuronal y prevenir la sobreestimulación, lo cual es crucial para mantener el equilibrio de la actividad cerebral.

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Correlaciones clínicas

Trastornos neurológicos

Los trastornos neurológicos comprenden una amplia gama de condiciones que afectan al sistema nervioso, incluyendo el encéfalo, la médula espinal y los nervios periféricos. Estos trastornos pueden ser el resultado de factores genéticos, infecciones, lesiones, procesos degenerativos o influencias ambientales. Comprender la base neurofisiológica de estas condiciones es esencial para el desarrollo de tratamientos y terapias eficaces.

Enfermedad de Alzheimer: es un trastorno neurodegenerativo progresivo caracterizado por la pérdida de neuronas y sinapsis, especialmente en el hipocampo y la corteza cerebral. Esto conduce a la pérdida de memoria, deterioro cognitivo y cambios de personalidad. La acumulación de placas amiloides y ovillos neurofibrilares (compuestos por proteína tau) en el cerebro son las características distintivas de la enfermedad de Alzheimer. Los tratamientos actuales se enfocan en manejar los síntomas y ralentizar la progresión de la enfermedad, pero la investigación de terapias modificadoras de la enfermedad aún continúa.
Epilepsia: es un trastorno caracterizado por convulsiones recurrentes y no provocadas, causadas por una actividad eléctrica anormal en el encéfalo. La epilepsia puede ser consecuencia de factores genéticos, lesiones cerebrales o problemas en el desarrollo. El tratamiento suele incluir medicamentos anticonvulsivos que estabilizan la actividad neuronal y previenen las convulsiones.
Esclerosis múltiple (EM): es un trastorno autoinmune en el que el sistema inmunológico ataca la vaina de mielina, que es la cubierta protectora de las fibras nerviosas. Esto ocasiona una comunicación interrumpida entre el encéfalo y el resto del cuerpo, provocando síntomas como debilidad muscular, problemas de coordinación y fatiga. El tratamiento se enfoca en el manejo de síntomas, ralentizar la progresión de la enfermedad y modificar la respuesta inmune.
Accidente cerebrovascular o ictus: un accidente cerebrovascular, también conocido como ictus, se produce cuando hay una interrupción o reducción en el suministro de sangre a una parte del encéfalo, privando al tejido nervioso de oxígeno y nutrientes. Esto puede provocar muerte celular y pérdida de función en la zona afectada. Los efectos de un accidente cerebrovascular dependen de su gravedad y localización, y van desde pequeñas dificultades en el habla o el movimiento hasta la parálisis completa o la muerte. La rehabilitación y la medicación son componentes clave para la recuperación y la prevención de futuros episodios.
Enfermedad de Parkinson: es un desorden neurodegenerativo caracterizado por la pérdida progresiva de neuronas productoras de dopamina en los ganglios basales, provocando síntomas motores tales como temblores, rigidez, bradicinesia (lentitud en el movimiento) e inestabilidad postural. El tratamiento normalmente incluye medicamentos para incrementar los niveles de dopamina o imitar su acción, así como terapia física para el manejo de síntomas.
Migraña: esta condición neurológica provoca dolores de cabeza severos y recurrentes, frecuentemente acompañados de otros síntomas como náusea, vómito y sensibilidad a la luz y al sonido. Se piensa que las migrañas involucran una actividad cerebral anormal que afecta las señales nerviosas, sustancias químicas y vasos sanguíneos en el encéfalo. El tratamiento incluye medicamentos para aliviar los síntomas y prevenir futuros ataques.

Bibliografía

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Referencias:

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Gordon Betts, J., Young, K. A., Wise, J. A., Johnson, E., Poe, B., Kruse, D. H., Korol, O., Johnson, J. E., Womble, M., & DeSaix, P. (2022, April 20). Preface. Anatomy and Physiology 2e; OpenStax. https://openstax.org/books/ana...
Hall, J. E., & Guyton, A. C. (2011). Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Saunders.
McKinley, M. P., & O’Loughlin, V. (2011). Human Anatomy (3rd ed.). McGraw Hill Higher Education.

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Kim Bengochea, Universidad Regis, Denver

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