La barrera hematoencefálica

La barrera hematoencefálica es fundamental para garantizar la homeostasis cerebral, pero aún quedan muchas preguntas sobre su formación sin aclarar del todo. No obstante, ya es evidente que la BHE es la barrera histohemática más diferenciada, compleja y densa. Su principal unidad estructural y funcional son las células endoteliales de los capilares cerebrales.

El metabolismo del cerebro, como ningún otro órgano, depende de las sustancias que entran en el torrente sanguíneo. Numerosos vasos sanguíneos que aseguran el funcionamiento del sistema nervioso se distinguen por la selectividad del proceso de penetración de sustancias a través de sus paredes. Las células endoteliales de los capilares cerebrales están conectadas entre sí mediante contactos estrechos y continuos, por lo que las sustancias solo pueden pasar a través de las propias células, pero no entre ellas. Las células gliales, el segundo componente de la barrera hematoencefálica, se encuentran adyacentes a la superficie externa de los capilares. En los plexos vasculares de los ventrículos cerebrales, la base anatómica de la barrera son las células epiteliales, también estrechamente conectadas entre sí. Actualmente, la barrera hematoencefálica se considera no como una formación anatómica y morfológica, sino como una formación funcional capaz de transmitir selectivamente, y en algunos casos, entregar diversas moléculas a las células nerviosas mediante mecanismos de transporte activo. Por lo tanto, la barrera desempeña funciones reguladoras y protectoras.

Existen estructuras en el cerebro donde la barrera hematoencefálica está debilitada. Estas son principalmente el hipotálamo, así como varias estructuras en la base del tercer y cuarto ventrículo: el campo más posterior (área postrema), los órganos subfornical y subcomisural, y la glándula pineal. La integridad de la barrera hematoencefálica se ve afectada en lesiones cerebrales isquémicas e inflamatorias.

Se considera que la barrera hematoencefálica está completamente formada cuando las propiedades de estas células cumplen dos condiciones. En primer lugar, la tasa de endocitosis en fase líquida (pinocitosis) en ellas debe ser extremadamente baja. En segundo lugar, deben formarse uniones estrechas específicas entre las células, que se caracterizan por una resistencia eléctrica muy alta. Esta alcanza valores de 1000-3000 Ω/cm² ^para los capilares de la piamadre y de 2000 a 8000 Ω/cm² para los capilares cerebrales intraparenquimatosos. A modo de comparación, el valor promedio de la resistencia eléctrica transendotelial de los capilares del músculo esquelético es de tan solo 20 Ω/cm².

La permeabilidad de la barrera hematoencefálica para la mayoría de las sustancias está determinada en gran medida por sus propiedades, así como por la capacidad de las neuronas para sintetizarlas de forma independiente. Entre las sustancias que pueden superar esta barrera se encuentran, en primer lugar, el oxígeno y el dióxido de carbono, así como diversos iones metálicos, la glucosa, los aminoácidos esenciales y los ácidos grasos necesarios para el funcionamiento normal del cerebro. La glucosa y las vitaminas se transportan mediante transportadores. Al mismo tiempo, la D- y la L-glucosa tienen diferentes velocidades de penetración a través de la barrera; la primera es más de 100 veces mayor. La glucosa desempeña un papel fundamental tanto en el metabolismo energético del cerebro como en la síntesis de diversos aminoácidos y proteínas.

El factor principal que determina el funcionamiento de la barrera hematoencefálica es el nivel de metabolismo de las células nerviosas.

El suministro de las sustancias necesarias a las neuronas se realiza no solo mediante los capilares sanguíneos que las rodean, sino también gracias a los procesos de las membranas blandas y aracnoideas, por donde circula el líquido cefalorraquídeo. El líquido cefalorraquídeo se encuentra en la cavidad craneal, en los ventrículos cerebrales y en los espacios intermembranales. En los seres humanos, su volumen es de aproximadamente 100-150 ml. Gracias al líquido cefalorraquídeo, se mantiene el equilibrio osmótico de las células nerviosas y se eliminan los productos metabólicos tóxicos para el tejido nervioso.

Vías de intercambio de mediadores y el papel de la barrera hematoencefálica en el metabolismo (según: Shepherd, 1987) 

El paso de sustancias a través de la barrera hematoencefálica depende no sólo de la permeabilidad de la pared vascular a ellas (peso molecular, carga y lipofilicidad de la sustancia), sino también de la presencia o ausencia de un sistema de transporte activo.

El transportador de glucosa estereoespecífico independiente de la insulina (GLUT-1), que asegura el transporte de esta sustancia a través de la barrera hematoencefálica, es abundante en las células endoteliales de los capilares cerebrales. La actividad de este transportador puede asegurar el suministro de glucosa en una cantidad dos o tres veces mayor que la que requiere el cerebro en condiciones normales.

Características de los sistemas de transporte de la barrera hematoencefálica (según: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Conexiones transportables	Sustrato preferencial	Kilómetros, milímetros	Vmáx nmol/min*g
Hexosas	Glucosa	9	1600
ácidos monocarboxílicos	Lactato	1.9	120
Aminoácidos neutros	Fenilalanina	0.12	30
Aminoácidos esenciales	Lisina	0.10	6
Aminas	Colina	0,22	6
Purinas	Adenina	0.027	1
Nucleósidos	Adenosina	0,018	0.7

Los niños con un funcionamiento deficiente de este transportador experimentan una disminución significativa del nivel de glucosa en el líquido cefalorraquídeo y alteraciones en el desarrollo y funcionamiento del cerebro.

Los ácidos monocarboxílicos (L-lactato, acetato, piruvato) y los cuerpos cetónicos se transportan mediante sistemas estereoespecíficos separados. Aunque su intensidad de transporte es menor que la de la glucosa, constituyen un sustrato metabólico importante en neonatos y durante la inanición.

El transporte de colina al sistema nervioso central también está mediado por el transportador y puede regularse por la tasa de síntesis de acetilcolina en el sistema nervioso.

Las vitaminas no son sintetizadas por el cerebro, sino que se suministran desde la sangre mediante sistemas de transporte especiales. A pesar de que estos sistemas tienen una actividad de transporte relativamente baja, en condiciones normales pueden asegurar el transporte de la cantidad de vitaminas necesarias para el cerebro; sin embargo, su deficiencia en los alimentos puede provocar trastornos neurológicos. Algunas proteínas plasmáticas también pueden atravesar la barrera hematoencefálica. Una de las vías de penetración es la transcitosis mediada por receptores. Así es como la insulina, la transferrina, la vasopresina y el factor de crecimiento similar a la insulina atraviesan la barrera. Las células endoteliales de los capilares cerebrales tienen receptores específicos para estas proteínas y son capaces de endocitar el complejo proteína-receptor. Es importante que, como resultado de eventos posteriores, el complejo se desintegre, la proteína intacta pueda liberarse en el lado opuesto de la célula y el receptor pueda integrarse de nuevo en la membrana. Para las proteínas policatiónicas y las lectinas, la transcitosis también es una vía de penetración en la BHE, pero no está asociada con la actividad de receptores específicos.

Muchos neurotransmisores presentes en la sangre no pueden penetrar la barrera hematoencefálica (BHE). Por lo tanto, la dopamina no posee esta capacidad, mientras que la L-DOPA sí la penetra mediante el sistema de transporte de aminoácidos neutros. Además, las células capilares contienen enzimas que metabolizan neurotransmisores (colinesterasa, GABA transaminasa, aminopeptidasas, etc.), fármacos y sustancias tóxicas, lo que garantiza la protección del cerebro no solo de los neurotransmisores que circulan en la sangre, sino también de las toxinas.

En la acción de la BHE también intervienen proteínas transportadoras que trasladan sustancias desde las células endoteliales de los capilares cerebrales hasta la sangre, impidiendo su penetración en el cerebro, por ejemplo, la b-glicoproteína.

Durante la ontogénesis, la velocidad de transporte de diversas sustancias a través de la barrera hematoencefálica (BHE) cambia significativamente. Por lo tanto, la velocidad de transporte de β-hidroxibutirato, triptófano, adenina, colina y glucosa en los recién nacidos es significativamente mayor que en los adultos. Esto refleja la mayor necesidad de energía y sustratos macromoleculares del cerebro en desarrollo.

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