El líquido salado fluye regularmente a través del cerebro para eliminar las toxinas y los desechos, pero después de un derrame cerebral, este líquido inunda el órgano y ahoga sus células.
La hinchazón en el cerebro, conocida como edema cerebral, ocurre después del accidente cerebrovascular a medida que el agua fluye hacia las células cerebrales y el espacio que las rodea. Durante años, los científicos pensaron que este exceso de líquido provenía de la sangre, pero nuevas pruebas sugieren que el agua proviene de otra fuente completamente: el líquido cefalorraquídeo rico en sodio que impregna el cerebro. Estos resultados provienen tanto de modelos de ratones vivos como de tejidos humanos.
Los hallazgos, publicados el 30 de enero en la revista Science, apuntan a posibles tratamientos para controlar la inflamación en el cerebro y mejorar la recuperación de los pacientes después de un accidente cerebrovascular.
El ciclo de lavado salió mal
Los accidentes cerebrovasculares ocurren cuando un bloqueo obstruye un vaso sanguíneo en el cerebro, o un vaso se rompe por completo. Sin un suministro de energía adecuado, las células cerebrales ya no pueden controlar qué partículas pasan a través de sus membranas. En cuestión de minutos, las neuronas se hinchan como pelotas de playa sobrellenadas y comienzan a cortocircuitarse, acumular daños y morir. Horas después, el tejido firmemente tejido que recubre los vasos sanguíneos del cerebro, la barrera hematoencefálica, también comienza a funcionar mal y todo el órgano absorbe agua.
"Durante más de 60 años, la gente pensó que esta acumulación de líquido provenía de la sangre" que se filtraba a través de la barrera hematoencefálica comprometida, dijo el autor principal del estudio, el Dr. Humberto Mestre, médico y actual estudiante de doctorado en el Centro Médico de la Universidad de Rochester ( URMC) Centro de Neuromedicina Traslacional. Pero el edema cerebral se produce mucho antes de que la barrera hematoencefálica se rompa, lo que lleva a Mestre y sus colegas a preguntarse si el agua realmente proviene de otro lugar.
"Nadie había observado estas fuentes alternativas de líquidos", dijo Mestre. El líquido cefalorraquídeo, que constituye aproximadamente el 10% del líquido que se encuentra en la cavidad craneal de los mamíferos, se destacó como un candidato prometedor, agregó.
En el cerebro, el líquido cefalorraquídeo fluye a través del sistema glifático, una red de tubos que se enrolla a lo largo de caminos excavados por las venas y arterias del órgano, según un informe de 2015 en la revista Neurochemical Research. El fluido fluye justo afuera de los vasos sanguíneos, sostenido en su lugar por un "túnel en forma de rosquilla" de células. (Imagen de un trozo de alambre, que representa una arteria, descansando dentro de una manguera de goma, que actúa como el túnel exterior lleno de líquido). A medida que los músculos a lo largo de las arterias se contraen, el líquido cefalorraquídeo cercano se empuja a lo largo de su ruta y recoge desechos metabólicos en la manera. Además de sacar la basura, el sistema glifático también puede ayudar a distribuir grasas, azúcares y otros compuestos importantes dentro del cerebro.
Aunque crucial en un cerebro sano, después de un derrame cerebral, el sistema glifático se vuelve loco e impulsa la aparición de edema, descubrieron Mestre y sus coautores. "El líquido cefalorraquídeo es en realidad el principal impulsor de la inflamación justo después de que ocurra el accidente cerebrovascular", dijo Mestre.
Manteniendo la inundación
El papel del líquido cefalorraquídeo en el accidente cerebrovascular eludió a los científicos durante décadas, en parte, porque no existía tecnología para observar un derrame cerebral en tiempo real, dijo Mestre.
Él y sus coautores combinaron varias técnicas para observar el cambio en el flujo de líquidos en ratones que experimentan un accidente cerebrovascular. El equipo examinó los cerebros de los animales utilizando tanto MRI como un microscopio de dos fotones, que utiliza productos químicos ligeros y fluorescentes para obtener imágenes de los tejidos vivos. "Básicamente podemos imaginar lo que hace el líquido cefalorraquídeo mientras ocurre el accidente cerebrovascular", dijo Mestre. Al infundir el fluido con partículas radiactivas, los investigadores también pudieron determinar cómo la velocidad de flujo cambió con el tiempo.
Utilizando estos métodos, el equipo determinó que el edema se apodera del cerebro del ratón "tan pronto como 3 minutos" después del accidente cerebrovascular, mucho antes de que la barrera hematoencefálica comenzara a gotear, dijo Mestre. A medida que las células del cerebro se cortocircuitan, arrojan mensajeros químicos conocidos como neurotransmisores y potasio al espacio más allá de sus membranas. Las células cercanas reaccionan a la entrada de productos químicos y, a su vez, a un cortocircuito. A medida que estas tormentas eléctricas barren el cerebro, los músculos dentro de los vasos sanguíneos se contraen y crean una bolsa de espacio entre ellos y el sistema glifático circundante. El líquido cefalorraquídeo salado es absorbido por el vacío resultante, arrastrando moléculas de agua junto con él.
"Dondequiera que se acumule sodio, el agua lo seguirá", dijo Mestre. El equipo pudo observar cómo se desarrollaba este juego de seguir al líder en áreas seleccionadas del cerebro, pero no podía rastrear el flujo de agua en todo el órgano a la vez. Sin embargo, al usar un modelo de computadora para simular toda la red glifática, pudieron predecir cómo los vasos sanguíneos constreñidos conducirían el flujo de agua a través de todo el cerebro del ratón después del accidente cerebrovascular.
Para conectar los puntos entre ratones y humanos, los autores examinaron el tejido cerebral de pacientes que habían muerto por accidente cerebrovascular isquémico, en el que un coágulo de sangre bloquea un vaso sanguíneo en el cerebro. Los cerebros de ratones y humanos acumularon líquido en las mismas regiones, es decir, áreas a través de las cuales corre el sistema glifático y recoge los desechos. Dada la fuerte correlación entre animales y personas, "estos hallazgos podrían proporcionar una base conceptual para el desarrollo de estrategias de tratamiento alternativas", anotaron los autores.
El equipo probó una de estas estrategias en ratones al bloquear un canal de agua en los astrocitos, células en el cerebro que ayudan a dirigir el agua a través del sistema linfático. Los ratones que carecían del canal fueron más lentos para desarrollar edema después del accidente cerebrovascular, lo que sugiere que un tratamiento similar podría ser prometedor en pacientes humanos. Además de bloquear el flujo de agua, los tratamientos futuros podrían prevenir el edema al disminuir la propagación de la actividad eléctrica inducida por un derrame cerebral en el cerebro, agregaron los autores. Estas tormentas eléctricas continúan bombardeando el cerebro durante días después del accidente cerebrovascular, incitando al edema cada vez que ocurren.
Las ondas nocivas de actividad eléctrica observadas en el accidente cerebrovascular isquémico también aparecen en concierto con "prácticamente todas las lesiones", dijo Mestre. El nuevo estudio sugiere que el sistema glifático puede desempeñar papeles en condiciones en las que hay sangrado dentro y alrededor del cerebro, lesión cerebral traumática e incluso migraña, aunque tales conexiones siguen siendo "puramente especulativas". Algún día, el sistema glifático podría ofrecer a los médicos una estrategia completamente nueva para tratar las lesiones cerebrales agudas, dijo Mestre.
