Un equipo de científicos de la UVM dirigido por el Dr. Mark Nelson, del Larner College of Medicine de la Universidad de Vermont, ha descubierto un nuevo mecanismo que redefine 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 electrocalcio (E-Ca), un proceso que integra la señalización eléctrica y de calcio en los capilares cerebrales para garantizar un flujo sanguíneo preciso 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 altamente exigente metabólicamente y 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 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 en el 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 «, afirmó Nelson.
«Además, los déficits en el flujo sanguíneo cerebral (FSC), incluida la hiperemia funcional, son una característica temprana de las enfermedades de los vasos pequeños (SVD) del cerebro y del Alzheimer mucho antes de los síntomas clínicos evidentes».
El suministro de sangre cerebral depende de mecanismos como la señalización eléctrica, que se propaga a través de redes capilares hasta las arteriolas situadas aguas arriba para suministrar sangre, y la señalización del calcio , que ajusta el flujo sanguíneo local. Durante años, se creyó que estos mecanismos operaban 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 a través de la activación de los canales endoteliales capilares Kir2.1, 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 intracelular) 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 a nivel local como en distancias más amplias.
Mediante 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%, lo que aumentaba significativamente su capacidad para 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 a través de la red capilar. Curiosamente, descubrieron que las señales se distribuyen de manera uniforme por todo el lecho capilar, lo que garantiza que el flujo sanguíneo esté equilibrado en todas las áreas, sin favorecer una u otra dirección.
«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 señalización eléctrica», señaló Nelson.
«El trabajo actual indica que también se podría restaurar la señalización del calcio. El ‘Santo Grial’, por así decirlo, es si la restauración temprana del flujo sanguíneo cerebral en la enfermedad de los vasos sanguíneos cerebrales retrasa el deterioro cognitivo».
Este descubrimiento pone de relieve el papel fundamental de los capilares en la gestión del flujo sanguíneo en el cerebro. Al identificar cómo las señales eléctricas y de calcio trabajan juntas a través del acoplamiento electrocalcio, 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 sello distintivo de muchas enfermedades 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 enfermedades, lo que podría conducir a terapias que restablezcan o mejoren el flujo sanguíneo y protejan la salud cerebral.
Este avance también proporciona una comprensión más profunda de cómo el cerebro mantiene su equilibrio energético , lo cual es fundamental para sostener la función cognitiva y física.
Más información: Mughal, Amreen et al, Acoplamiento electrocálcico en los capilares cerebrales: señales eléctricas que viajan rápidamente encienden señales locales de calcio, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2415047121 . doi.org/10.1073/pnas.2415047121
