Estudios echan luz sobre los mecanismos que rigen el acto de respirar

La mayor comprensión de los circuitos del tronco cerebral explica el rol de los astrocitos y del sistema vascular como estructuras subyacentes de la respiración

Por Maria Fernanda Ziegler, desde Nueva York (EE.UU.)  |  Agência FAPESP – La respiración es fundamental para la vida. Su función más conocida consiste en transportar el oxígeno hacia el organismo y remover el dióxido de carbono. Sin embargo, los mecanismos subyacentes que gobiernan el acto de inspirar y exhalar aún no se han comprendido por completo.

Recientemente, tres nuevos conocimientos se añadieron al rompecabezas respiratorio: el trabajo esencial de las neuronas en la respiración, el rol de los astrocitos (las células de la glía que actúan en el sostén y en la nutrición de las neuronas) y la función del sistema vascular.

“Observamos que son tres unidades que trabajan juntas para que exista una ventilación pulmonar adecuada. Una está constituida por las neuronas, que de por sí tienen una importancia esencial para controlar la actividad respiratoria. La segunda unidad está compuesta por los astrocitos, que liberan neurotransmisores −entre ellos el ATP− para modular la actividad de las neuronas. Y más recientemente descubrimos también la función del sistema vascular, con su actividad de constricción o dilatación tendiente a aumentar o disminuir la concentración de CO₂ en la región”, dijo Thiago dos Santos Moreira, docente del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (ICB-USP), durante su conferencia en la FAPESP Week New York.

Este encuentro, realizado en la City University of New York (CUNY) entre los días 26 y 28 de noviembre de 2018, reunió a investigadores brasileños y estadounidenses con el objetivo de estrechar las colaboraciones en el ámbito de la investigación científica.

Dos Santos Moreira coordina un proyecto temático que cuenta con el apoyo de la FAPESP e intitulado "Núcleo retrotrapezoide, quimiosensibilidad central y automaticidad respiratoria", cuyas investigaciones ayudaron a dilucidar los mecanismos que rigen la respiración en los mamíferos.

En la respiración, las células del organismo se valen del oxígeno para descomponer los alimentos y liberar así energía. Pero al hacerlo producen dióxido de carbono (CO₂) como residuo, el cual es liberado en el torrente sanguíneo. Por eso es necesario su transporte hasta los pulmones para ser expelido.

Ya se sabía que las neuronas de la región del tronco encefálico denominada núcleo retrotrapezóide controlaban la actividad respiratoria mediante una propiedad intrínseca: la detección del aumento de la concentración de CO₂ y su influjo sobre los centros respiratorios del cerebro.

“Existía también un conocimiento previo básico que indicaba que los astrocitos podrían modular la respiración. Realizamos entonces una serie de estudios que demostraron que los astrocitos liberan neurotransmisores, y que esos neurotransmisores corresponden al ATP”, dijo.

Dos Santos Moreira explica que el ATP [el trifosfato de adenosina, el sustrato de la enzima] actúa sobre un receptor específico en las neuronas, controlando la respiración. Los astrocitos contribuyen también con la quimiorrecepción en un área del cerebro denominada núcleo retrotrapezoide (RTN).

Sucede que existía una paradoja al no incluir la acción del sistema vascular entre los mecanismos de respiración, puesto que, si altos niveles de dióxido de carbono provocan la dilatación de los vasos sanguíneos en las regiones cerebrales que contienen quimiorreceptores respiratorios, esto teóricamente debería eliminar ese importante estímulo y hacer mermar la actividad respiratoria.

Al estudiar cerebros de ratas adultas, el grupo de Dos Santos Moreira descubrió que en los centros cerebrales responsables del control de la respiración rigen reglas distintas en comparación con otras áreas del cerebro.

En las regiones que controlan la respiración, si la sangre se vuelve muy ácida, los astrocitos liberan señales químicas tales como los neurotransmisores denominados purinas. Esto provoca una disminución del calibre de los vasos sanguíneos en la zona de tronco encefálico, responsable de la detección de los niveles de CO₂. Y de este modo, se hace posible una mayor activación de los astrocitos y de las neuronas, a los efectos de aumentar la actividad respiratoria y restaurar la fisiología respiratoria.

“Por ende, el sistema vascular disminuye o aumenta el calibre de los vasos sanguíneos mediante variaciones de CO₂, al regular qué cantidad de CO₂ debe actuar en las neuronas y qué cantidad debe lavarse en la sangre”, dijo.

Este mecanismo asegura que los niveles locales de dióxido de carbono en los centros respiratorios del cerebro permanezcan en sintonía con las demandas de las redes locales, y así sostiene la actividad respiratoria.

De acuerdo con Moreira, los próximos desafíos de esta investigación consisten en identificar los mecanismos moleculares que controlan la dilatación y la constricción de los vasos sanguíneos en áreas cerebrales con quimiorreceptores respiratorios y descubrir si los medicamentos que modulan tales mecanismos poseen potencial como para tratar algunas disfunciones respiratorias en ciertos tipos de patologías, tales como la apnea obstructiva del sueño, el mal de Parkinson y la epilepsia.