Nuevo mecanismo de regulación del flujo sanguíneo cerebral permite comprender mejor el tratamiento del ictus y la demencia
Crédito: Pixabay/CC0 Public Domain
Un equipo de científicos de la UVM dirigido por el doctor Mark Nelson, de la Facultad de Medicina Larner de la Universidad de Vermont, ha descubierto un nuevo mecanismo que modifica nuestra comprensión de cómo se regula el flujo sanguíneo en el cerebro. El estudio, publicado en The Proceedings of the National Academy of Sciences, presenta el acoplamiento electrocálcico (E-Ca), un proceso que integra la señalización eléctrica y cálcica en los capilares cerebrales para garantizar el suministro preciso de flujo sanguíneo a las neuronas activas.
En el cuerpo humano, la sangre llega al cerebro desde las arterias superficiales a través de arteriolas que penetran en el cerebro, o vasos sanguíneos muy pequeños que se ramifican de las arterias, y cientos de kilómetros de capilares, que amplían enormemente el territorio de perfusión.
El cerebro -órgano muy exigente metabólicamente que carece de reservas energéticas sustanciales- mantiene un flujo sanguíneo constante frente a las fluctuaciones de la presión arterial (autorregulación), pero depende de un proceso de suministro a demanda en el que la actividad neuronal desencadena un aumento local del flujo sanguíneo para distribuir selectivamente oxígeno y nutrientes a las regiones activas.
«Este aumento dependiente del uso del flujo sanguíneo local (hiperemia funcional), mediado por mecanismos denominados colectivamente acoplamiento neurovascular (NVC), es esencial para el funcionamiento normal del cerebro y representa la base fisiológica de la resonancia magnética funcional», afirma Nelson.
«Además, los déficits en el flujo sanguíneo cerebral (FSC), incluida la hiperemia funcional, son una característica temprana de las enfermedades de vasos pequeños (EVP) del cerebro y del Alzheimer mucho antes de los síntomas clínicos manifiestos».
La irrigación sanguínea cerebral depende de mecanismos como la señalización eléctrica, que se propaga a través de las redes capilares hasta las arteriolas situadas aguas arriba para irrigar la sangre, y la señalización de calcio, que ajusta el flujo sanguíneo local. Durante años se pensó que estos mecanismos funcionaban de forma independiente.
Sin embargo, la investigación de Nelson revela que estos sistemas están profundamente interconectados a través del acoplamiento E-Ca, donde las señales eléctricas potencian la entrada de calcio en las células, amplificando las señales localizadas y extendiendo su influencia a las células vecinas.
El estudio demostró que la hiperpolarización eléctrica en las células capilares se propaga rápidamente a través de la activación de los canales endoteliales capilares Kir2.1, proteínas especializadas de la membrana celular que detectan cambios en los niveles de potasio y amplifican las señales eléctricas transmitiéndolas de célula a célula. Esto crea una señal eléctrica en forma de onda que viaja a través de la red capilar.
Al mismo tiempo, las señales de calcio, iniciadas por los receptores de IP3 -proteínas situadas en las membranas de los lugares de almacenamiento intracelular- liberan el calcio almacenado en respuesta a señales químicas específicas. Esta liberación local de calcio ajusta el flujo sanguíneo desencadenando respuestas vasculares.
El acoplamiento E-Ca sirve de puente entre estos dos procesos, ya que las ondas eléctricas generadas por los canales Kir2.1 potencian la actividad del calcio, creando un sistema sincronizado que ajusta el flujo sanguíneo tanto a nivel local como a través de distancias más amplias.
Utilizando modelos informáticos y de imagen avanzados, los investigadores pudieron observar este mecanismo en acción. Comprobaron que las señales eléctricas de las células capilares potenciaban la actividad del calcio en un 76%, lo que aumentaba significativamente su capacidad de influir en el flujo sanguíneo.
Cuando el equipo imitó la actividad cerebral estimulando estas células, las señales de calcio aumentaron un 35%, lo que demuestra cómo estas señales viajan por la red capilar. Curiosamente, descubrieron que las señales se propagan uniformemente por todo el lecho capilar, asegurando que el flujo sanguíneo se equilibra en todas las zonas, sin favorecer una dirección u otra.
«Recientemente, el equipo de la UVM también demostró que los déficits del flujo sanguíneo cerebral en la enfermedad de pequeños vasos del cerebro y el Alzheimer podían corregirse mediante un cofactor esencial de la señalización eléctrica», señaló Nelson.
«El trabajo actual indica que también podría restablecerse la señalización del calcio. El 'Santo Grial', por así decirlo, es si el restablecimiento precoz del flujo sanguíneo cerebral en la enfermedad de los vasos cerebrales ralentiza el deterioro cognitivo.»
Este descubrimiento subraya el papel vital de los capilares en la gestión del flujo sanguíneo dentro del cerebro. Al identificar cómo funcionan conjuntamente las señales eléctricas y de calcio mediante el acoplamiento electrocálcico, la investigación arroja luz sobre la capacidad del cerebro para dirigir eficazmente la sangre a las zonas con mayor demanda de oxígeno y nutrientes.
Esto es especialmente importante porque las alteraciones del flujo sanguíneo son un rasgo distintivo de muchas enfermedades neurológicas, como el ictus, la demencia y el Alzheimer. Comprender la mecánica del acoplamiento E-Ca ofrece un nuevo marco para explorar tratamientos para estas afecciones, lo que podría conducir a terapias que restauren o mejoren el flujo sanguíneo y protejan la salud del cerebro.
Este avance también proporciona una comprensión más profunda de cómo el cerebro mantiene su equilibrio energético, que es fundamental para mantener la función cognitiva y física.
Más información: Mughal, Amreen et al, Electrocalcium coupling in brain capillaries: Rapidly traveling electrical signals ignite local calcium signals, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2415047121. doi.org/10.1073/pnas.2415047121
Información de la revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
Proporcionado por University of Vermont
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