Astrocitos na cabeza

2009/01/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Anatomia/Fisiologia

Astrocitos (verdes) e neuronas (amarelas).

(Foto: M. Khazaei)

Una forma de investigar o funcionamento do cerebro é o estudo da actividade eléctrica. Os neurólogos desenvolveron moito este tipo de investigación. O cerebro está continuamente facendo pasar sinais eléctricos polas neuronas. É o motor dun coche parado pero en marcha; o cerebro está a traballar. Pero cando o corpo fai algo, ve, ouve, move, ole, sente, ou pon en marcha outro tipo de actividade, o fluxo de sinais eléctricos cerebrais aumenta en determinadas zonas. Os neurólogos buscan a correlación entre as actividades do corpo e as partes do cerebro que se activan. Están a obter resultados sorprendentes.

Pero isto non é a única maneira de entender o funcionamento do cerebro. Outra vía é seguir os sinais eléctricos a nivel celular e molecular e está a gañar forza. Isto tampouco é una nova liña de investigación; desde hai tempo está a estudarse que ocorre co sinal eléctrico paira poder saltar dunha neurona a outra, onde e como se xeran os sinais eléctricos, etc. Pero, a pesar da súa antigüidade, este camiño non se esgotou en absoluto. Precisamente, as técnicas de última xeración abriron novas portas. Novas preguntas. E co tempo, a investigación de compoñentes non neuronais converteuse en algo imprescindible, incluídos os astrocitos.

Demanda de enerxía

A pregunta que levou aos investigadores a ocuparse dos astrocitos ten que ver coa enerxía. De onde extraen as neuronas a enerxía necesaria paira transportar o sinal eléctrico? Sábese que algunhas moléculas transportan o sinal de forma intercambiada. Pero a síntese e mobilización destas moléculas consome enerxía. De onde salgue esa enerxía?

Como en moitos procesos celulares, esta enerxía procede da oxidación da glicosa, en definitiva das moléculas que o sangue trae. Cando o corpo fai algo, as neuronas consumen máis enerxía que cando está parado, o que significa que necesita moito máis sangue, máis glicosa e máis osíxeno. Os números son espectaculares, o cerebro só ten o 2% da masa corporal, pero consome o 15% do sangue, require o 25% do consumo de glicosa en todo o corpo e aproximadamente o 20% do consumo de osíxeno.

Imaxe do cerebro por MRI.

De arquivo

Segundo as necesidades, as neuronas toman glicosa e osíxeno dos vasos sanguíneos, producen oxidación, xeran enerxía e moven os neurotransmisores.

Para que todo isto sexa efectivo, o cerebro necesita una infraestrutura sólida. Os investigadores afirman que o cerebro é un órgano moi vascular, é dicir, cunha densidade moi elevada de pequenos vasos sanguíneos en comparación con outros órganos. Dispón dunha rede compacta de capilares que permite a través do sangue que a glicosa e o osíxeno cheguen a todas as neuronas. En definitiva, o cerebro funciona grazas a dous compoñentes: neuronas e vasos sanguíneos.

Con todo, hai un problema; se nos fixamos moi de cerca, vemos que os vasos sanguíneos e as neuronas non están xuntos. O sangue non libera glicosa nin osíxeno directamente nas neuronas. Entre eles atópase un terceiro compoñente, os astrocitos. Á vista diso, a conclusión é correcta: o labor dos astrocitos é a de comunicar os vasos sanguíneos e as neuronas e realizar os traballos de transporte.

Máis que soporte

A función dos astrocitos non é evidente. Até o desenvolvemento das técnicas finas existentes non se puido analizar. Ademais, non se vía ningunha necesidade porque os neurólogos consideraban que só as neuronas teñen que ver coa actividade do cerebro. Crese que o obxectivo de todo tipo de células era manter a estrutura da rede neuronal. De feito, o patólogo Rudolf Virchov denominou glia ao resto de células que non eran neuronas, derivado da palabra inglesa glue (cola). En realidade, a glia é una mestura de varias células, pero as máis abundantes son os astrocitos. Ademais, son tan abundantes como as neuronas.

Na actualidade, trátase dun amplo elenco de coñecidas funcións astrocitarias. Ademais da comunicación entre os vasos sanguíneos e as neuronas, e ademais de servir de soporte, realizan moitas outras funcións, a maioría relacionadas co control molecular da zona. En definitiva, fan a limpeza, expulsan moléculas perigosas, etc.

A glia conxuga moitos tipos de células, as máis abundantes son os astrocitos.

M. Miller

Estas tarefas tamén consumen enerxía, non é un gran consumo, sobre todo en comparación co que consome a actividade neuronal. Con todo, paira comprender o balance enerxético do cerebro é necesario investigar a dinámica dos astrocitos, que traballan con neuronas.

De feito, os astrocitos están fisicamente pegados aos outros dous compoñentes. Así, a contorna neuronal detecta a actividade das sinapsis e coordínase co dos vasos sanguíneos paira dar resposta a esta actividade.

Glutamato

Unha alta porcentaxe da actividade das sinapsis está relacionada cun único neurotransmisor: o glutamato. No córtex, é dicir, na parte do cerebro que realiza a maior parte das funcións cognitivas, o glutamato representa máis do 80% dos neurotransmisores. É o neurotransmisor máis habitual. Por iso o seu metabolismo utilízase paira estudar a actividade do cerebro.

A sinapsis emite glutamato e, tras a transmisión do sinal, os astrocitos recíclana. O proceso é extremadamente rápido. Por dous motivos. Por unha banda, a acumulación de glutamato no cerebro é moi perigosa, xa que una estimulación excesiva das neuronas pode provocar un infarto. Paira transmitir o sinal basto cun pouco de glutamato e o resto eliminarase rapidamente. Por outra banda, o exceso de glutamato produce un son de fondo na transmisión do sinal. É evidente, por tanto, que a eliminación do glutamato sobrante debe ser rápida, labor que realizan os astrocitos a través da reciclaxe do glutamato, transformado noutra molécula por medio de reaccións químicas, paira convertelo de novo en glutamato nas neuronas.

Esquema organizativo da rede de astrocitos. Os tamaños non están en proporcións precisas, pero o esquema serve paira demostrar que existe una completa rede de astrocitos entre as sinapsis neuronais e os vasos sanguíneos.

G. Roia

Este traballo consome enerxía. Non é moito, pero os astrocitos teñen que recuperar esa enerxía. Una pequena proporción da glicosa que toman do sangue diríxese a ela. Precisamente, as técnicas de representación da actividade do cerebro perciben este consumo enerxético e, en definitiva, detectan a actividade do cerebro, xa que o traballo das neuronas e o consumo enerxético dos astrocitos prodúcense conxuntamente.

Redes

As técnicas de exploración cerebral interna son técnicas de detección de cambios metabólicos. Por iso, o usuario debe coñecer con detalle a vía metabólica que está a ler a técnica en cada experimento.

O proceso de eliminación do glutamato é un exemplo. E un exemplo moi frutífero, xa que a investigación desta vía metabólica trouxo sorpresas.

Os neurólogos da Universidade de Lausanne descubriron que as redes están formadas non só por neuronas, senón tamén por astrozios. De feito, a comunicación entre neuronas e vasos sanguíneos prodúcese como una onda nos astrocitos. Trátase dunha onda metabólica, é dicir, a glicosa, o osíxeno e outros substratos esténdense a todos os astrocitos que rodean o vaso sanguíneo, e deles aos que lle rodean, etc. Esténdense en todas as direccións.

Por tanto, a comunicación non se produce nunha liña recta, senón que se estende a todo un espazo; o proceso que inicialmente se activa nunhas poucas sinapsis esténdese tamén a outras crenzas da contorna. Desta forma, a comunicación entre dúas neuronas conectadas pode pór en marcha outras neuronas próximas aínda que non estean directamente relacionadas.

Glutamato.

G. Roia

Estes mecanismos fan máis difícil do esperado comprender o funcionamento das redes neuronais. Ademais, outras moitas funcións dos astrocitos poden estar sen resolver.

Falta moito traballo na investigación dos astrocitos. Por exemplo, algúns neurólogos do MIT propuxeron que o culpable dalgunhas enfermidades non é necesariamente un fallo no funcionamento das neuronas, senón que os fallos na rede de astrocitos tamén terán que ver con esas enfermidades. Segundo eles, entre estas enfermidades poderían atoparse o autismo e a esquizofrenia.

Pola contra, nalgúns experimentos os astrocitos non sempre fornecen neuronas con toda a enerxía que necesitan. Nestes casos prodúcense perdas neuronais. Non está claro por que ocorre isto, e poida que haxa que mellorar as técnicas de exploración do cerebro paira dar resposta a estas preguntas. As neuronas son moi interesantes, pero si mírase ben ven outras células interesantes no cerebro. Iso si, hai que poder mirar ben.

As dúas técnicas máis prácticas paira mirar ao cerebro

Na actualidade, a maioría das imaxes do funcionamento do cerebro prodúcense mediante dúas técnicas: Tomografía PET (tomografía de emisión de positrones) e MRI (representación por resonancia magnética). Mediante estas técnicas visualízase a enerxía que consumen as neuronas. Neste consumo determinadas moléculas e, sobre todo, átomos emiten fotóns, que é o que reciben ambas as técnicas. Pero de dúas formas diferentes.

A actividade cerebral vista coa técnica PET.

L. West; R. LeBlanc

PET

A tomografía PET utiliza isótopos radioactivos, pero non de calquera tipo, só os que emiten positrones ao desintegrarse --por exemplo, o fluor-18. Os positrones desaparecen moi rápido, non poden durar porque se desfán nada máis chocar cun electrón e liberan enerxía. A tomografía PET recolle esta enerxía. A idea é pegar os isótopos radioactivos á molécula que se quere estudar e inxectalos no fluxo sanguíneo. Paira o seguimento da actividade neuronal adoita ser moi útil o estudo da glicosa cerebral, pero dependendo das necesidades utilízanse outras moléculas na tomografía PET.

O MRI permite a observación dos vasos sanguíneos cerebrais.

De arquivo; Dreamattack

MRI

A técnica MRI non require inxectar nada ao paciente. Mide a proporción entre dúas formas de hemoglobina en sangue, con osíxeno e sen osíxeno (a hemoglobina é una proteína que transporta osíxeno). Cando un lugar do cerebro necesita enerxía, esta proporción cambia e a resonancia magnética detecta e representa onde se está producindo o cambio.