Componente clave del centro respiratorio identificado

Los astrocitos y las neuronas en el tronco encefálico están conectados por separado y juntos forman las redes respiratorias funcionales que generan y regulan la respiración. 

Las células en forma de estrella llamadas astrocitos son mucho más que simples células de apoyo en el cerebro. En un nuevo estudio en ratones, los investigadores del Instituto Karolinska demuestran que también juegan un papel clave en el centro respiratorio del tronco encefálico y liberan moléculas inflamatorias que regulan la respiración. Los resultados, que se presentan en  eLife , pueden proporcionar pistas importantes sobre las causas de la enfermedad respiratoria y el colapso posnatal repentino e inesperado de los recién nacidos (SUPC).

El control de la respiración es fundamental para la vida. Sin una respuesta adecuada al aumento de los niveles de dióxido de carbono, las personas pueden sufrir trastornos respiratorios, enfermedades y pánico. En el peor de los casos, puede provocar una muerte prematura, como en el síndrome de muerte súbita del lactante. Si bien se sabe que la respiración está regulada por el tronco encefálico, sigue siendo un misterio cómo ocurre esto. Se sabe que existen mecanismos de control que hacen que el organismo reaccione ante cambios en las concentraciones sanguíneas de CO2, previniendo así la muerte. El grupo de investigación de Eric Herlenius en el Instituto Karolinska ha demostrado previamente que la molécula prostaglandina E2 (PGE2), que normalmente se libera durante la inflamación y la fiebre, se activa en el tronco encefálico a niveles altos de CO2, lo que influye en el patrón y las características de la respiración.

No Solo El Pegamento Del Cerebro

“Los astrocitos alguna vez fueron vistos como una especie de pegamento que mantiene todo en su lugar en el cerebro. Luego se les consideró como meras amas de casa que brindaban soporte estructural y metabólico a las neuronas. Sin embargo, una nueva investigación muestra que están involucrados en varios procesos vitales, incluida la respiración”, dice  Eric Herlenius , profesor de pediatría en el  Departamento de Salud de la Mujer y el Niño . “Nuestro estudio muestra que los astrocitos juegan un papel importante en la regulación de la respiración al afectar las neuronas y la actividad de su red”.

Para estudiar el papel de los astrocitos en la respiración, los investigadores utilizaron una técnica desarrollada internamente en la que parte del tronco encefálico de un ratón se mantiene vivo en una placa de cultivo especial. Durante varias semanas, las neuronas y los astrocitos continúan interconectados y pueden transmitir señales y generar actividad rítmica de las neuronas motoras como si estuvieran “respirando”. Los astrocitos de los ratones se marcaron con una molécula fluorescente y contenían un receptor que los investigadores podían estimular para activarlos. Mientras que la mayoría de los astrocitos parecían no participar en la generación del ritmo, algunos de ellos formaron su propia red funcional en el centro respiratorio, mostrando una actividad rítmica similar a las neuronas. Estos astrocitos se integraron con las neuronas, influyendo en su actividad y consecuentemente en la respiración.

Moléculas Inflamatorias Involucradas

“Sabíamos que los astrocitos tienen la capacidad de enviar señales justo antes de la inspiración, pero no que existe este tipo de conexión entre los astrocitos y las neuronas”, dice el autor principal del estudio,  David Forsberg , estudiante de doctorado en el mismo departamento. “Nuestra hipótesis es que los astrocitos ajustan el proceso respiratorio con la ayuda de la molécula inflamatoria PGE2 y, al hacerlo, vinculan la respiración con el sistema inflamatorio”.

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Curiosamente, el papel de los astrocitos parecía diferir entre los dos centros respiratorios del tronco encefálico que se estudiaron. En uno, la activación de los astrocitos provocó un aumento de la actividad neuronal, mientras que en el otro, la actividad neuronal no se vio afectada. Esto sugiere la presencia de diferentes tipos de astrocitos y una distribución diversa de los mismos en el tronco encefálico.

Podría Explicar Problemas Respiratorios Potencialmente Mortales

La activación de los astrocitos también provocó niveles elevados de PGE2 y debilitó la reacción del centro respiratorio a las altas concentraciones de CO2, lo que sugiere que los astrocitos se fatigan. Dado que la PGE2 se libera durante la inflamación y la fiebre, los investigadores sugieren que estas condiciones interrumpen las reacciones fisiológicas normales al CO2, lo que puede provocar problemas respiratorios potencialmente mortales.

“Ahora queremos averiguar si la fatiga de los astrocitos puede explicar fenómenos como el SUPC, cuando los recién nacidos desarrollan repentinamente problemas respiratorios”, dice el Dr. Forsberg. “El nacimiento desencadena una poderosa reacción de estrés en el bebé, que da lugar a niveles elevados de PGE2. Esto tiene efectos beneficiosos en los recién nacidos, pero creemos que puede ser peligroso en combinación con los altos niveles de CO2”.

El estudio fue financiado por varios organismos, incluido el Consejo Sueco de Investigación, el Consejo del Condado de Estocolmo, el Instituto Karolinska, el Fondo Sueco para el Cerebro, la Fundación Marianne y Marcus Wallenberg y la Fundación Corazón y Pulmón. Eric Herlenius es coinventor de una solicitud de patente sobre biomarcadores y su relación con los trastornos respiratorios. Los otros autores no han informado de ningún conflicto de intereses.

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Publicación

“Los astrocitos liberan prostaglandina E2 para modificar la actividad de la red respiratoria”
David Forsberg, Thomas Ringstedt y Eric Herlenius
eLife, en línea, 4 de octubre de 2017, doi: 10.7554/eLife.29566

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