Astrocitos en la cabeza
2009/01/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Una forma de investigar el funcionamiento del cerebro es el estudio de la actividad eléctrica. Los neurólogos han desarrollado mucho este tipo de investigación. El cerebro está continuamente haciendo pasar señales eléctricas por las neuronas. Es el motor de un coche parado pero en marcha; el cerebro está trabajando. Pero cuando el cuerpo hace algo, ve, oye, mueve, ole, siente, o pone en marcha otro tipo de actividad, el flujo de señales eléctricas cerebrales aumenta en determinadas zonas. Los neurólogos buscan la correlación entre las actividades del cuerpo y las partes del cerebro que se activan. Están obteniendo resultados sorprendentes.
Pero esto no es la única manera de entender el funcionamiento del cerebro. Otra vía es seguir las señales eléctricas a nivel celular y molecular y está ganando fuerza. Esto tampoco es una nueva línea de investigación; desde hace tiempo se está estudiando qué ocurre con la señal eléctrica para poder saltar de una neurona a otra, dónde y cómo se generan las señales eléctricas, etc. Pero, a pesar de su antigüedad, este camino no se ha agotado en absoluto. Precisamente, las técnicas de última generación han abierto nuevas puertas. Nuevas preguntas. Y con el tiempo, la investigación de componentes no neuronales se ha convertido en algo imprescindible, incluidos los astrocitos.
Demanda de energía
La pregunta que ha llevado a los investigadores a ocuparse de los astrocitos tiene que ver con la energía. ¿De dónde extraen las neuronas la energía necesaria para transportar la señal eléctrica? Se sabe que algunas moléculas transportan la señal de forma intercambiada. Pero la síntesis y movilización de estas moléculas consume energía. ¿De dónde sale esa energía?
Como en muchos procesos celulares, esta energía procede de la oxidación de la glucosa, en definitiva de las moléculas que la sangre trae. Cuando el cuerpo hace algo, las neuronas consumen más energía que cuando está parado, lo que significa que necesita mucha más sangre, más glucosa y más oxígeno. Los números son espectaculares, el cerebro sólo tiene el 2% de la masa corporal, pero consume el 15% de la sangre, requiere el 25% del consumo de glucosa en todo el cuerpo y aproximadamente el 20% del consumo de oxígeno.
Según las necesidades, las neuronas toman glucosa y oxígeno de los vasos sanguíneos, producen oxidación, generan energía y mueven los neurotransmisores.
Para que todo esto sea efectivo, el cerebro necesita una infraestructura sólida. Los investigadores afirman que el cerebro es un órgano muy vascular, es decir, con una densidad muy elevada de pequeños vasos sanguíneos en comparación con otros órganos. Dispone de una red compacta de capilares que permite a través de la sangre que la glucosa y el oxígeno lleguen a todas las neuronas. En definitiva, el cerebro funciona gracias a dos componentes: neuronas y vasos sanguíneos.
Sin embargo, hay un problema; si nos fijamos muy de cerca, vemos que los vasos sanguíneos y las neuronas no están juntos. La sangre no libera glucosa ni oxígeno directamente en las neuronas. Entre ellos se encuentra un tercer componente, los astrocitos. A la vista de ello, la conclusión es correcta: la labor de los astrocitos es la de comunicar los vasos sanguíneos y las neuronas y realizar los trabajos de transporte.
Más que soporte
La función de los astrocitos no es evidente. Hasta el desarrollo de las técnicas finas existentes no se ha podido analizar. Además, no se veía ninguna necesidad porque los neurólogos consideraban que sólo las neuronas tienen que ver con la actividad del cerebro. Se cree que el objetivo de todo tipo de células era mantener la estructura de la red neuronal. De hecho, el patólogo Rudolf Virchov denominó glia al resto de células que no eran neuronas, derivado de la palabra inglesa glue (cola). En realidad, la glia es una mezcla de varias células, pero las más abundantes son los astrocitos. Además, son tan abundantes como las neuronas.
En la actualidad, se trata de un amplio elenco de conocidas funciones astrocitarias. Además de la comunicación entre los vasos sanguíneos y las neuronas, y además de servir de soporte, realizan muchas otras funciones, la mayoría relacionadas con el control molecular de la zona. En definitiva, hacen la limpieza, expulsan moléculas peligrosas, etc.
Estas tareas también consumen energía, no es un gran consumo, sobre todo en comparación con el que consume la actividad neuronal. Sin embargo, para comprender el balance energético del cerebro es necesario investigar la dinámica de los astrocitos, que trabajan con neuronas.
De hecho, los astrocitos están físicamente pegados a los otros dos componentes. Así, el entorno neuronal detecta la actividad de las sinapsis y se coordina con el de los vasos sanguíneos para dar respuesta a esta actividad.
Glutamato
Un alto porcentaje de la actividad de las sinapsis está relacionada con un único neurotransmisor: el glutamato. En el córtex, es decir, en la parte del cerebro que realiza la mayor parte de las funciones cognitivas, el glutamato representa más del 80% de los neurotransmisores. Es el neurotransmisor más habitual. Por eso su metabolismo se utiliza para estudiar la actividad del cerebro.
La sinapsis emite glutamato y, tras la transmisión de la señal, los astrocitos la reciclan. El proceso es extremadamente rápido. Por dos motivos. Por un lado, la acumulación de glutamato en el cerebro es muy peligrosa, ya que una estimulación excesiva de las neuronas puede provocar un infarto. Para transmitir la señal basta con un poco de glutamato y el resto se eliminará rápidamente. Por otra parte, el exceso de glutamato produce un sonido de fondo en la transmisión de la señal. Es evidente, por tanto, que la eliminación del glutamato sobrante debe ser rápida, labor que realizan los astrocitos a través del reciclaje del glutamato, transformado en otra molécula por medio de reacciones químicas, para convertirlo de nuevo en glutamato en las neuronas.
Este trabajo consume energía. No es mucho, pero los astrocitos tienen que recuperar esa energía. Una pequeña proporción de la glucosa que toman de la sangre se dirige a ella. Precisamente, las técnicas de representación de la actividad del cerebro perciben este consumo energético y, en definitiva, detectan la actividad del cerebro, ya que el trabajo de las neuronas y el consumo energético de los astrocitos se producen conjuntamente.
Redes
Las técnicas de exploración cerebral interna son técnicas de detección de cambios metabólicos. Por ello, el usuario debe conocer con detalle la vía metabólica que está leyendo la técnica en cada experimento.
El proceso de eliminación del glutamato es un ejemplo. Y un ejemplo muy fructífero, ya que la investigación de esta vía metabólica ha traído sorpresas.
Los neurólogos de la Universidad de Lausanne han descubierto que las redes están formadas no sólo por neuronas, sino también por astrozios. De hecho, la comunicación entre neuronas y vasos sanguíneos se produce como una onda en los astrocitos. Se trata de una onda metabólica, es decir, la glucosa, el oxígeno y otros sustratos se extienden a todos los astrocitos que rodean el vaso sanguíneo, y de ellos a los que le rodean, etc. Se extienden en todas las direcciones.
Por tanto, la comunicación no se produce en una línea recta, sino que se extiende a todo un espacio; el proceso que inicialmente se activa en unas pocas sinapsis se extiende también a otras creencias del entorno. De esta forma, la comunicación entre dos neuronas conectadas puede poner en marcha otras neuronas cercanas aunque no estén directamente relacionadas.
Estos mecanismos hacen más difícil de lo esperado comprender el funcionamiento de las redes neuronales. Además, otras muchas funciones de los astrocitos pueden estar sin resolver.
Falta mucho trabajo en la investigación de los astrocitos. Por ejemplo, algunos neurólogos del MIT han propuesto que el culpable de algunas enfermedades no es necesariamente un fallo en el funcionamiento de las neuronas, sino que los fallos en la red de astrocitos también tendrán que ver con esas enfermedades. Según ellos, entre estas enfermedades podrían encontrarse el autismo y la esquizofrenia.
De lo contrario, en algunos experimentos los astrocitos no siempre suministran neuronas con toda la energía que necesitan. En estos casos se producen pérdidas neuronales. No está claro por qué ocurre esto, y puede que haya que mejorar las técnicas de exploración del cerebro para dar respuesta a estas preguntas. Las neuronas son muy interesantes, pero si se mira bien se ven otras células interesantes en el cerebro. Eso sí, hay que poder mirar bien.
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