1.-Bases fisiopatológicas

En el cerebro coexisten muchos tipos de células que permiten un funcionamiento adecuado de un tejido tan complejo. Un 20% del total de células son neuronas y el 80% restante corresponde a la neuroglia, células denominadas gliales, de las que existen varios tipos. Los astrocitos son las células gliales más abundantes (figura 1). Son células con aspecto estrellado, y entre otras funciones, mantienen la homeostasis del K+ extracelular y aseguran la recaptación de los neurotransmisores para que el impulso nervioso cese.

Figura 1: Neuroglía

En el cerebro, el glucógeno se almacena principalmente en los astrocitos y aunque los niveles son bajos, comparados con el hígado y el músculo, la tasa de recambio es muy rápida, y sus niveles están estrechamente acoplados a la actividad sináptica. Por ejemplo, durante la anestesia, los niveles de glucógeno aumentan abruptamente, y esto ocurre porque disminuye la actividad neuronal, y entonces el glucógeno permanece almacenado, sin ser utilizado. No está claro si las unidades glucosil movilizadas a través de la glucogenólisis son utilizadas por los astrocitos para satisfacer sus propias demandas o si son metabolizadas a otra sustancia como lactato el cual es luego liberado para ser usado por las neuronas. Al parecer, la glucosa no es liberada por los astrocitos después de la glucogenólisis, y evidencias in vitro sugieren que el lactato podría ser el intermediario metabólico producido a través de la glucogenólisis y exportado desde los astrocitos hacia las neuronas.

Los astrocitos que se hallan en áreas donde la actividad neuronal está disminuida o ausente, como consecuencia de alguna lesión, también contienen altas cantidades de glucógeno. Por ejemplo, en la enfermedad de Alzheimer (EA), investigaciones realizadas en la década de los años ochenta, demostraron que el recambio de glucosa se hallaba dramáticamente disminuido en esos pacientes. Esta reducción del metabolismo de la glucosa cerebral es progresivo con la edad, se acentúa al inicio de los síntomas de la enfermedad y se agrava en fases avanzadas del proceso neurodegenerativo. La reducción oscila entre un 19% en casos leves y un 40% en casos severos, reflejando un paralelismo entre el grado de deterioro cognitivo y el déficit metabólico de glucosa. Esta alteración metabólica contribuye de forma considerable al fracaso en la síntesis de diversos neurotransmisores, como acetilcolina, serotonina y noradrenalina. De hecho la síntesis de acetilcolina se afecta de modo particular debido a que requiere acetil-CoA, un factor derivado enteramente de la glucólisis cerebral. Después de la conversión a glucosa-6-fosfato, la glucólisis continúa produciendo piruvato, que entra en las mitocondrias y es convertido en acetil-CoA por el complejo enzimático de la piruvato deshidrogenasa, generando por último compuestos de fosfato ricos en energía que producen ATP. Sin embargo, la producción de acetilcolina y acetil-CoA pueden verse afectados porque la actividad piruvato deshidrogenasa se halla reducida en la EA. Una amenaza adicional al metabolismo de la glucosa cerebral en la EA proviene del daño presente en el ADN mitocondrial que contribuye a la formación de radicales libres, con la consecuente pérdida energética derivada de la fosforilación oxidativa. Por último, un obstáculo final para el metabolismo de la glucosa cerebral en la EA podría proceder de la desensibilización de los receptores neuronales de insulina, con una reducción en la actividad de enzimas críticas en la glucólisis cerebral y la consiguiente disminución de energía producida. Todas las evidencias parecen sugerir que en la EA se produce un deterioro metabólico cerebral por disminución del metabolismo energético.

Durante mucho tiempo se ha creído que la glucosa es el sustrato energético obligatorio para el cerebro, que se oxida completamente a COy H2O, y que el metabolismo energético del cerebro a menudo se considera que refleja predominantemente o casi exclusivamente el metabolismo energético neuronal. Efectivamente, en el cerebro fetal humano, la glucolisis es la principal vía de metabolización de la glucosa, sin embargo, durante los primeros días de vida, el lactato es el principal sustrato gluconeogénico y en etapas posteriores, el lactato y el índice lactato-piruvato son dos marcadores utilizados para la detección de la hipoxia cerebral en pacientes que han sufrido, por ejemplo, un traumatismo craneoencefálico. Estos dos pueden estar anormalmente elevados en circunstancias que no cursan con hipoxia tisular detectable, ya que también reflejan una alteración del metabolismo energético cerebral.

El cerebro humano libera una pequeña cantidad de lactato en reposo, e incluso un aumento del lactato en sangre arterial. Esto se ve modificado durante la activación cerebral asociada con el ejercicio. Se experimenta un marcado incremento en el lactato absorbido por el cerebro en proporción a la concentración arterial y el lactato puede reemplazar parcialmente a la glucosa como un sustrato para la oxidación. De este modo, podemos afirmar que el cerebro humano no es un consumidor “obligatorio” de glucosa.

Aunque el peso del cerebro humano sólo representa el 2% del peso corporal total, el flujo sanguíneo cerebral (FSC) en situación basal supone el 15%-20% del gasto cardíaco. Esto es debido a la elevada actividad metabólica cerebral: altas demandas de oxígeno y de glucosa. Ambos son transportados por la sangre, de ahí que el correcto funcionamiento cerebral dependa estrechamente de la integridad estructural y funcional de su árbol vascular: el 75% del FSC va a llegar a través de las arterias carótidas internas (ACI) y el restante 25% a través de las arterias vertebrales (AV).

Figura 2: Árbol vascular cerebral