Un estudio confirma de qué modo regula niveles elevados de CO2 en la sangre el organismo

En experimentos publicados en la revista Experimental Physiology, investigadores brasileños confirman la importancia de un grupo específico de neuronas del núcleo retrotrapezoide

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – En un estudio publicado recientemente en la revista Experimental Physiology, científicos brasileños confirmaron la importancia de un grupo específico de neuronas situadas en una región encefálica conocida como núcleo retrotrapezoide (RTN) para la detección de alteraciones en los niveles de dióxido de carbono (CO₂) y en la modulación de la actividad de otros grupos neuronales que controlan la actividad respiratoria.

Esta investigación contó con la participación de científicos del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (USP) y de la Facultad de Odontología de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), con sede en la localidad de Araraquara.

“El CO₂ es importante para regular el equilibrio ácido-básico de la sangre. Cuando la concentración de este gas se ubica por arriba de lo normal, la sangre tiende a volverse más ácida, lo que favorece la activación de sensores especializados denominados quimiorreceptores”, dijo Eduardo Colombari, docente de la Facultad de Odontología de la Unesp de Araraquara y coordinador del Proyecto Temático intitulado “Mecanismos neurales involucrados en la quimiorrecepción”.

“Algunos de estos quimiorreceptores se ubican en el sistema nervioso central, más específicamente en la superficie ventrolateral del bulbo (la región del encéfalo encargada del control neurovegetativo, que efectúa la interfaz entre la médula espinal y el mesencéfalo), en el RTN”, explicó.

Según Colombari, las neuronas de esta región expresan un marcador específico, lo que facilita su identificación. Este marcador es un factor de transcripción llamado Phox2b, y participa en la diferenciación celular de neuronas autonómicas y respiratorias.

“Esas neuronas se comunican con otros agrupamientos neurales encargados del control de la actividad respiratoria, con el objetivo de mantener los niveles de CO₂ en rangos considerados fisiológicos”, dijo el investigador.

Trabajos anteriores existentes en la literatura científica, según comentó Colombari, sugerían que el control de la quimiorrecepción (la detección y la modulación de los niveles de CO₂) involucraba a diversos agrupamientos neuronales, tales como el núcleo del tracto solitario, los núcleos del rafe (que secretan serotonina), y las regiones pontinas e hipotalámicas.

No obstante, el trabajo de este grupo demostró que las alteraciones respiratorias promovidas por el aumento de los niveles de CO₂ se ven perjudicadas cuando se produce la destrucción selectiva de las neuronas del RTN que expresan el factor de transcripción Phox2b.

“Esas neuronas que expresan Phox2b poseen receptores para un neurotransmisor llamado substancia P en sus membranas. Ese neurotransmisor participa en distintas comunicaciones neurales que mantienen el funcionamiento adecuado de diversas funciones fisiológicas”, dijo Colombari.

Para inducir la lesión neuronal, los científicos utilizaron una toxina –conocida como saporina– acoplada al principal receptor de la substancia P. Se la inyectó directamente en la región del RTN en animales de experimentación.

“En estudios anteriores se había demostrado que el proceso de destrucción de neuronas a cargo de la saporina se extiende entre 10 y 14 días. Y en efecto, en las mediciones realizadas durante los primeros días después de la inyección no se observaron grandes diferencias entre el grupo de control y el grupo que con la lesión neuronal en la región del RTN. Sin embargo, luego del 14º día, la respuesta respiratoria de los animales a los que se les inyectó la saporina ya se encontraba bastante comprometida”, comentó Colombari.

Se colocó a los animales en una cámara donde era posible medir la cantidad de aire inspirado y expirado en cada ciclo respiratorio. A continuación, los científicos introdujeron en dicho ambiente una mezcla gaseosa con alrededor de un 7% de CO₂, una concentración mucho más alta que la del aire atmosférico (correspondiente a alrededor de un 0,03%), la suficiente como para causar un estado de hipercapnia (elevación de los niveles de CO₂ en la sangre arterial) y promover la activación del quimiorreflejo.

Al cabo de diez minutos de exposición al CO₂, el grupo de animales sometidos a la inyección de la toxina presentó una disminución significativa de la ventilación en condiciones de aire ambiente, como así también durante la exposición a elevados niveles de CO₂.

Según Colombari, la respuesta se vio perjudicada fundamentalmente debido a la disminución del volumen de aire corriente en el grupo que recibió saporina. “Esos animales prácticamente perdieron la capacidad de eliminar el exceso de CO_2, y podrían haber muerto intoxicados si la condición experimental se hubiese mantenido durante un lapso mayor de tiempo”, dijo.

De acuerdo con el investigador, este trabajo muestra que una pequeña región del encéfalo contiene neuronas con una firma bioquímica clásica (Phox2b) que se encuentran implicadas en la detección y el mantenimiento de los niveles adecuados de CO₂, lo que permite que se mantenga a su vez el equilibrio homeostático.

La leptina y el control de la ventilación

Otra línea de investigación dentro del Proyecto Temático demostró que las respuestas desencadenadas por el quimiorreflejo central pueden verse perjudicadas debido a la deficiencia de leptina, una hormona que se produce en el tejido adiposo y que está implicada en la sensación de saciedad.

“Algunos casos de obesidad son causados por una deficiencia en la producción de leptina. En ratones genéticamente modificados para que no expresen la leptina, demostramos que la reposición de esta hormona mejora las respuestas del quimiorreflejo central. Pero todavía estamos investigando de qué manera está implicada la leptina en ese control”, comentó Colombari.

Los resultados redundaron en artículos publicados en el European Journal of Physiology y en la revista Acta Physiologica.

Según Colombari, el avance en el conocimiento de los mecanismos implicados en la percepción de los niveles de CO₂ en el sistema nervioso central puede ayudar en el futuro a prevenir casos de muerte súbita en adultos y en recién nacidos.

“Hay casos de recién nacidos en que las neuronas que expresan Phox2b en la región del RTN, es decir, las neuronas que detectan variaciones de CO₂, se encuentran comprometidas, lo que perjudica el proceso de ventilación durante el sueño y la vigilia”, dijo.

“Es un síndrome sumamente raro llamado de Síndrome de Hipoventilación Central Congénita o Síndrome de Ondina. Cuando dichos mecanismos se encuentren mejor esclarecidos, podremos pensar en desarrollar test para detectar personas que requerirían un mejor monitoreo de los niveles de CO₂ para la adaptación en las condiciones fisiopatológicas”, dijo el investigador.