El cerebro: un órgano solitario y aislado

En nuestro cuerpo muchos órganos tienen un homólogo que les hace compañía: dos pulmones, dos riñones o dos ojos. También hay otros tantos casos donde el órgano es el único en su especie: un hígado, un corazón, un páncreas… pero en estas situaciones, aunque únicos, se puede decir que no están solos. Se hacen compañía los unos a los otros enviándose información por la sangre. Sin embargo, hay un órgano que se encuentra deliberadamente aislado de todo ese ruido orgánico: el cerebro.

No hay nada peor que tener que trabajar en un sitio muy ruidoso o donde nos interrumpan constantemente y eso el cerebro lo sabe mejor que nadie. Es un órgano delicado que necesita unas condiciones muy concretas para trabajar adecuadamente y por eso, gracias a la barrera hematoencefálica, está aislado de gran parte de las interferencias que le llegaría desde el resto del cuerpo a través de la sangre. Esta barrera controla la entrada de sustancias al cerebro evitando que gran parte de las moléculas neuroactivas que producimos, como la norepinefrina o el glutamato cuyos niveles en sangre pueden verse muy incrementados después de una comida o en respuesta al estrés, lleguen al cerebro. También limita la entrada del sistema inmune y en definitiva es la principal encargada de mantener al cerebro en las condiciones que necesita para funcionar.

Mouse_Blood_Brain_Barrier

La barrera hematoencefálica es una aduana que controla el paso de sustancias desde la sangre hasta el cerebro en todo el sistema vascular que irriga dicho órgano. Para formar esta estructura los capilares que tenemos en el cerebro son diferentes a los que tenemos en el resto del cuerpo: el principal cambio está en las células endoteliales que forman la parte interna de los capilares. Normalmente estas células, que están directamente en contacto con la sangre, dejan pequeños huequillos por los que la sangre se puede filtrar hacia los órganos. En la barrera hematoencefálica las células endoteliales sellan estos huequillos y además restringen el paso de moléculas a través de ellas mismas. Sin embargo, como el cerebro también necesita algunas de las sustancias provenientes de la sangre, la barrera tiene varios mecanismos que la hacen selectivamente permeable.

Representación esquemática de las células y los mecanismos que componen la barrera hematoencefálica. Oller-Salvia et al., 2016

Representación esquemática de las células y los mecanismos que componen la barrera hematoencefálica. Oller-Salvia et al., 2016

El primero es un mecanismo de difusión pasiva. La membrana de las células es una capilla de grasa que si bien impide el paso de moléculas acuosas, permite que pequeñas moléculas solubles en lípidos puedan atravesarla. Esto incluye gases como el oxígeno y el dióxido de carbono, lo cual es vital para que se produzca el intercambio de gases y el cerebro “respire”. Los otros mecanismos de transporte a través de la barrera son mecanismos mediados por transportadores de moléculas como el Glut1, que se encarga de transportar la glucosa desde la sangre al cerebro, canales de iones o enzimas que descomponen las proteínas en formas más pequeñas antes de dejarlas pasar la barrera. En conjunto todas estas estructuras proteicas funcionan como trenes, compuertas o canales, que permiten el transporte controlado de moléculas dirección sangre-cerebro o cerebro-sangre.

Aunque la barrera hematoencefálica no es perfecta y puede ser atravesada por algunas sustancias como el etanol o la cafeína, en general controla mucho la comunicación sanguínea entre el cerebro y el resto del cuerpo, y si la barrera estuviera presente en todo el cerebro habría ciertas áreas cerebrales que no podría hacer bien su trabajo. Por ejemplo, la pituitaria posterior está continuamente produciendo sustancias que deben llegar a la sangre para repartirse por todo el cuerpo, o el órgano subfornical tiene que estar constantemente midiendo los niveles de angiotesinaII en sangre para controlar el balance de agua y otras funciones homeostáticas. Y claro, en ambos casos la barrera hematoencefálica dificultaría mucho estas funciones. Por esta razón hay zonas muy concretas donde la barrera no existe, aunque a cambio estas partes cerebrales se encuentran adecuadamente aisladas del resto del órgano para evitar problemas.

Es tal la importancia de la barrera hematoencefálica que muchas enfermedades tienen síntomas o parte de su desarrollo relacionados con ella: los tumores cerebrales muchas veces dañan la barrera lo cual puede hacer que entre más líquido del normal al cerebro y se formen edemas en la zona del tumor. En el alzhéimer, donde está documentado un daño en la barrera hematoencefálica, se cree que la pérdida de función de la barrera podría ser un factor que agrava el deterioro neuronal producido por la enfermedad. Y otro ejemplo es la meningitis bacteriana, donde el daño en la barrera hematoencefálica es el culpable de muchos de los síntomas de la enfermedad, pero irónicamente este cambio hace que la barrera hematoencefálica sea permeable a la penicilina, lo cual facilita el tratamiento de la infección ya que normalmente la penicilina no es capaz de cruzarla

Este último ejemplo ilustra un problema al que constantemente se tiene que enfrentar la medicina: la barrera hematoencefálica es un obstáculo para el tratamiento farmacológico de muchas enfermedades cerebrales. La gran mayoría de los fármacos son incapaces de atravesar los capilares y llegar al cerebro por si solos. Para solucionar este problema se están desarrollando estrategias farmacológicas que mejoren el transporte de ciertas moléculas a través de la barrera hematoéncefálica. Un ejemplo es el caso de la L-DOPA, medicamento utilizado contra el párkinson: en el párkinson se produce una bajada de las cantidades de dopamina en determinadas zonas del cerebro así que un tratamiento de la enfermedad consistiría es suministrar dopamina a los pacientes, pero resulta que la dopamina es incapaz de atravesar la barrera hematoencefálica. Por este motivo se les suministra L-DOPA. La L-DOPA es una molécula igual que la dopamina pero con un aminoácido carboxílico adicional que hace que un transportador de aminoácidos reconozca la L-DOPA y le permita cruzar la barrera hematoencefálica.

Pese a los problemas farmacológicos que plantea, está clara la importancia de la barrera hematoencefálica: sin llegar nunca a aislarlo completamente, le proporciona al cerebro el espacio que tanto necesita para funcionar bien. Y esto, en los tiempos de hiperconexión tecnológica que vivimos, nos recuerda que a veces las cosas también necesitan tener su propio espacio.

Este post ha sido realizado por Pablo Barrecheguren (@pjbarrecheguren) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

Bibliografía:

  • Arshavsky, Y. I. (2014). Alzheimer disease and cellular mechanisms of memory storage. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology, 73(3), 192–205.
  • Oller-Salvia, B., Sánchez-Navarro, M., Giralt, E., & Teixidó, M. (2016). Blood–brain barrier shuttle peptides: an emerging paradigm for brain delivery. Chem. Soc. Rev.
  • Principles of neural science (Appendices D: The Blood-Brain Barrier, Choroid Plexus, and Cerebrospinal Fluid). Kandel et al., Quinta edición.

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