Un nuevo mecanismo en la regulación del flujo sanguíneo cerebral ofrece información sobre el tratamiento del accidente cerebrovascular y la demencia

Un equipo de científicos de la UVM dirigido por Mark Nelson, Ph.D., de la Facultad de Medicina Larner de la Universidad de Vermont, ha descubierto un mecanismo novedoso que remodela nuestra comprensión de cómo se regula el flujo sanguíneo en el cerebro. El estudio, publicado en Las actas de la Academia Nacional de Ciencias presenta el acoplamiento de electrocalcio (E-Ca), un proceso que integra señalización eléctrica y de calcio en los capilares cerebrales para garantizar un 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 penetrantes, o vasos sanguíneos muy pequeños que se ramifican desde las arterias, y cientos de kilómetros de capilares, que amplían enormemente el territorio de perfusión.

El cerebro, un órgano metabólicamente exigente que carece de reservas sustanciales de energía, mantiene un flujo sanguíneo constante frente a las fluctuaciones de la presión arterial (autorregulación), pero depende de un proceso de entrega bajo demanda en el que la actividad neuronal desencadena un aumento local en el flujo sanguíneo para selectivamente. distribuir oxígeno y nutrientes a las regiones activas.

«Este aumento dependiente del uso en el flujo sanguíneo local (hiperemia funcional), mediado por mecanismos denominados colectivamente acoplamiento neurovascular (NVC), es esencial para la función cerebral normal y representa la base fisiológica para la resonancia magnética funcional», dijo Nelson.

«Además, los déficits en el flujo sanguíneo cerebral (FSC), incluida la hiperemia funcional, son una característica temprana de las enfermedades de vasos pequeños (SVD) del cerebro y del Alzheimer mucho antes de que se manifiesten los síntomas clínicos».

El suministro de sangre cerebral depende de mecanismos como la señalización eléctrica, que se propaga a través de redes capilares hasta las arteriolas aguas arriba para administrar sangre, y la señalización de calcio, que afina 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 mejoran 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 mediante la activación de los canales Kir2.1 endoteliales capilares, proteínas especializadas en la membrana celular que detectan cambios en los niveles de potasio y amplifican las señales eléctricas al pasarlas de una célula a otra. 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 IP3 (proteínas ubicadas en las membranas de los sitios de almacenamiento intracelulares) liberan el calcio almacenado en respuesta a señales químicas específicas. Esta liberación local de calcio afina el flujo sanguíneo al desencadenar respuestas vasculares.

El acoplamiento E-Ca une estos dos procesos, y las ondas eléctricas generadas por los canales Kir2.1 mejoran la actividad del calcio, creando un sistema sincronizado que ajusta el flujo sanguíneo tanto localmente como a distancias más amplias.

Utilizando imágenes avanzadas y modelos informáticos, los investigadores pudieron observar este mecanismo en acción. Descubrieron que las señales eléctricas en las células capilares aumentaban la actividad del calcio en un 76%, aumentando significativamente su capacidad para influir en el flujo sanguíneo.

Cuando el equipo imitó la actividad cerebral estimulando estas células, las señales de calcio aumentaron en un 35%, lo que muestra cómo estas señales viajan a través de la red capilar. Curiosamente, descubrieron que las señales se propagan uniformemente por todo el lecho capilar, garantizando que el flujo sanguíneo esté equilibrado en todas las zonas, sin favorecer una dirección u otra.

«Recientemente, el equipo de la UVM también demostró que los déficits en el flujo sanguíneo cerebral en la enfermedad de los vasos pequeños del cerebro y el Alzheimer podrían corregirse mediante un cofactor esencial de la señalización eléctrica», señaló Nelson.

«El trabajo actual indica que la señalización del calcio también podría restaurarse. El ‘Santo Grial’, por así decirlo, es si la restauración temprana del flujo sanguíneo cerebral en la enfermedad de los vasos sanguíneos cerebrales frena el deterioro cognitivo».

Este descubrimiento subraya el papel vital de los capilares en la gestión del flujo sanguíneo dentro del cerebro. Al identificar cómo las señales eléctricas y de calcio funcionan juntas mediante el acoplamiento de electrocalcio, la investigación arroja luz sobre la capacidad del cerebro para dirigir la sangre de manera eficiente a las áreas con mayor demanda de oxígeno y nutrientes.

Esto es especialmente significativo porque las alteraciones en el flujo sanguíneo son un sello distintivo de muchas afecciones neurológicas, como los accidentes cerebrovasculares, la demencia y la enfermedad de 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 restablezcan 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.