¿El cerebro entra en el modo de espera cuando la energía metabólica es baja?

Al utilizar un modelo computarizado para estudiar un patrón cerebral de electroencefalograma (EEG) llamado "supresión de ráfagas", los investigadores en los EE. UU. Creen haber descubierto un mecanismo fundamental de cómo se comporta el cerebro cuando el suministro de energía metabólica a las células cerebrales es bajo. Es como si la supresión de ráfagas fuera un tipo de modo de espera intermitente, donde un período de intensa actividad es seguido por un período de inactividad, que dura hasta que hay suficiente energía metabólica para que las células vuelvan a estar activas.
Los investigadores, del Hospital General de Massachusetts (MGH) en Boston, escriben sobre su descubrimiento en el 7 de febrero PNAS Edición temprana. Esperan que ayude a mejorar el diseño de los anestésicos y las formas de proteger el cerebro.
La supresión de ráfagas es un patrón cerebral de electroencefalograma (EEG) donde los episodios de actividad de alto voltaje (las ráfagas) se alternan con períodos de actividad muy reducida que duran 10 segundos o más.
La supresión del estallido ocurre en una serie de condiciones, como la hipotermia inducida, un tratamiento médico donde los médicos ponen el cerebro de un paciente en un estado de baja actividad para protegerlo del daño causado por un trauma o la reducción del flujo sanguíneo. También se ha observado en anestesia general profunda, comas, en bebés con trastornos graves del neurodesarrollo, y durante un corto período en algunos bebés nacidos prematuramente.
Los estudios previos se han centrado en examinar los patrones de EEG de la supresión de ráfagas y el efecto de los estímulos externos en el cerebro cuando se está en este estado. Pero ninguno había intentado explicar cuál podría ser el mecanismo celular subyacente.
El autor principal, el Dr. Emery Brown, del Departamento de Anestesia, Cuidados Críticos y Medicina del Dolor de MGH, dijo a la prensa:
"Los estados cerebrales aparentemente no relacionados que conducen a la supresión del estallido (anestesia profunda, coma, hipotermia y algunos trastornos cerebrales del desarrollo) representan un estado metabólico deprimido".
"Creemos que hemos identificado algo fundamental sobre neuroquímica cerebral, neuroanatomía y neurofisiología que puede ayudarnos a planificar mejores terapias para la protección cerebral y diseñar futuros anestésicos", agregó.
En su estudio, Brown y sus colegas proponen un "mecanismo unificador" para la supresión de ráfagas que da cuenta de todas las condiciones en las que se observa.
Para estudiar el mecanismo crearon un "modelo biofísico" basado en computadora que tuvo en cuenta lo que todas las condiciones (hipotermia inducida, coma, etc.) tenían en común: una reducción significativa en el estado metabólico del cerebro.
El cerebro funciona porque las señales pasan de una célula a otra. Para que esto suceda, la química eléctrica tiene que ser la correcta: tiene que haber un equilibrio entre los iones de sodio fuera de la célula y los iones de potasio dentro de la célula.
El equilibrio está controlado por "bombas de iones" impulsadas por ATP, la molécula que suministra energía a las células.
Cuando jugaron con el modelo, los investigadores descubrieron que cuando el suministro de energía es demasiado bajo y no hay suficiente ATP, las células pierden potasio y esto detiene las señales.
"En cada condición, el modelo sugiere que una disminución en la tasa metabólica cerebral, junto con las propiedades estabilizantes de los canales de potasio regulados por ATP, conduce a las épocas características de supresión", escriben.
El autor principal, el Dr. ShiNung Ching, becario postdoctoral en el laboratorio de Brown, dijo:
"Parece que la supresión del estallido desplaza al cerebro a un estado fisiológico alterado para permitir la regeneración del ATP, que es el sustrato metabólico esencial".
"Durante la supresión, el cerebro está tratando de recuperar suficiente ATP para reiniciarse. Si el sustrato no se regenera lo suficientemente rápido, el sistema tendrá estas breves ráfagas de actividad, se detendrá y luego tendrá que recuperarse nuevamente", dijo Ching.
El modelo sugiere que la duración de la supresión de ráfagas depende del tiempo que lleve restablecer los niveles de ATP. Esto coincide con lo que parece suceder cuando alguien está anestesiado: cuanto más profunda es la anestesia, más largos son los períodos de supresión.
Brown dijo que cuando usan anestesia general para inducir comas en pacientes con lesiones neurológicas graves para que sus cerebros puedan sanar, los reducen a un nivel de supresión del estallido.
"Pero hay muchas preguntas sobre cuán profundamente anestesiado debe estar un paciente individual, con qué frecuencia deben ocurrir las explosiones, y cuánto tiempo debemos mantener ese estado", explicó.
El modelo podría ayudarlos a descubrir más acerca de lo que parece ser una forma fundamental de preservar la energía en el cerebro, y por lo tanto la mejor manera de usar la supresión de ráfagas para guiar el coma inducido y rastrear la recuperación, dijo Brown.
"Este también es un gran ejemplo de cómo el estudio de la anestesia puede ayudarnos a aprender algo muy básico sobre el cerebro", agregó.
Escrito por Catharine Paddock PhD

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