Barrera hematoencefálica: la capa protectora del cerebro

En encéfalo y el conjunto del sistema nervioso es un órgano fundamental para el ser humano. Por ello, está fuertemente protegido por huesos (el cráneo y la columna vertebral) y por un sistema de tres capas de membranas llamadas meninges. La seguridad de las distintas partes del cerebro ha sido reforzada por millones de años de evolución.

Sin embargo, si bien todos estos elementos pueden ser imprescindibles a la hora de proteger al cráneo de un golpe o traumatismo, pueden no ser suficientes para proteger al cerebro de otro tipo de peligros como las infecciones víricas que podrían llegar a través de la sangre. Para evitar este tipo de peligros en la medida de lo posible, poseemos otro tipo de protección: la barrera hematoencefálica (BHE).

El descubrimiento de la BHE

Si bien ya se sospechaba anteriormente la existencia de algo que separaba el contenido de la sangre presente en el sistema sanguíneo y el sistema nervioso, la constatación de este hecho no llegaría hasta 1885. Un investigador llamado Paul Ehrlich introduciría una tintura en el riego sanguíneo de un animal y posteriormente observaría que el único punto que no se teñía era el sistema nervioso central, y concretamente el encéfalo. El motivo de esto tenía que estar relacionado con un sistema de protección que rodease esa zona como si fuese una membrana.

Posteriormente otro investigador, Edwin Goldman, intentaría el proceso inverso tintando el líquido cefalorraquídeo, observándose que las únicas partes con color correspondían al tejido nervioso. Estos experimentos reflejan la existencia de algo que produce un elevado nivel de bloqueo entre el sistema nervioso y el resto del organismo, un algo que años después sería denominado barrera hematoencefálica por Lewandowski y explorado por un gran número de expertos. 

Una protección entre la sangre y el cerebro

La barrera hematoencefálica es una pequeña capa de células endoteliales, células que forman parte de la pared de los vasos sanguíneos, situada a lo largo de la mayoría de los capilares que irrigan el encéfalo. Esta capa tiene como principal característica su elevado nivel de impermeabilidad, no permitiendo que un gran número de sustancias puedan pasar de la sangre al encéfalo y viceversa. 

De este modo, la BHE actúa a modo de filtro entre sistema sanguíneo y nervioso. A pesar de ello algunas sustancias como el agua, el oxígeno, la glucosa, el dióxido de carbono, los aminoácidos y algunas moléculas más pueden pasar, con la impermeabilidad es relativa.

Su actuación como filtro se lleva a cabo a través tanto de su estructura, al restringir la unión entre las células que lo componen el paso a las diferentes sustancias, como a través del metabolismo de las sustancias a llegan a ella mediante el uso de enzimas y transportadores. Es decir, que tiene una faceta física y otra que es química.

Si bien la barrera hematoencefálica es en sí una capa de células endoteliales, su correcto funcionamiento depende también de otros tipos de estructuras celulares. Concretamente, se ve apoyada por unas células llamadas pericitos, los cuales dan apoyo estructural y envuelven a las células endoteliales manteniendo estable la pared del vaso sanguíneo, así como la microglía.

Los puntos ciegos de la BHE

A pesar de la importancia que tiene a la hora de proteger el sistema nervioso la barrera hematoencefálica no recubre todo el cerebro, dado que éste necesita recibir y ser capaz de emitir algunas sustancias, como las hormonas y neurotransmisores. La existencia de esta clase de puntos ciegos es necesaria para garantizar el buen funcionamiento del organismo, ya que no es posible mantener al cerebro totalmente aislado de lo que ocurre en el resto del cuerpo.

Las zonas no protegidas por esta barrera se encuentran alrededor del tercer ventrículo cerebral y reciben el nombre de órganos circunventriculares. En estas zonas los capilares tienen un endotelio fenestrado, con algunas aperturas o accesos que permiten el flujo de sustancias de un lado de la membrana hacia el otro.

Las localizaciones sin barrera hematoencefálica son principalmente del sistema neuroendocrino y del sistema nervioso autónomo, siendo algunas de las estructuras de este grupo de órganos circunventriculares la neurohipófisis, la glándula pineal, algunas zonas del hipotálamo, el área postrema el órgano vasculoso de la lámina terminalis y el órgano subfornical (por debajo del fórnix).

Cruzando la barrera hematoencefálica

Como hemos visto, la barrera hematoencefálica es permeable, pero de una manera relativa, ya que permite el paso de algunas sustancias. Al margen de las localizaciones en las que la barrera hematoencefálica no está presente existen una serie de mecanismos por las cuales componentes esenciales para el funcionamiento de las células pueden llegar a atravesarla.

El mecanismo más común y frecuentemente empleado en este sentido es el uso de transportadores, en el cual el elemento o sustancia a transportar se ata a un receptor que posteriormente entra en el citoplasma de la célula endotelial. Una vez allí, la sustancia se separa del receptor y es excretada al otro lado por la propia célula endotelial.

Otro mecanismo por el que las sustancias atraviesan la barrera hematoencefálica es la transcitosis, proceso en el que se forman en la barrera una serie de vesículas a través de las cuales las sustancias pueden pasar de un lado al otro.

La difusión transmembranal permite que iones de diferente carga puedan moverse a través de la barrera hematoencefálica, actuando la carga electrónica y el gradiente de concentración de manera que las sustancias a ambos lados de la barrera se ven atraídas entre sí.

Por último, un cuarto mecanismo a través del cual cuales alguna sustancias pasan al cerebro sin que la barrera hematoencefálica intervenga es saltarsela directamente. Una manera de hacer esto es utilizar las neuronas sensitivas, forzando una transmisión en sentido inverso a través del axón de la neurona hasta su soma. Se trata del mecanismo que usan enfermedades tan conocidas como la rabia.

Funciones principales

Como se ha podido ya entrever algunas de las propiedades que hacen de la barrera hematoencefálica un elemento esencial para el sistema nervioso, ya que esta capa de células endoteliales cumple principalmente las siguientes funciones.

La función principal de la barrera hematoencefálica es la de proteger al cerebro de la llegada de sustancias externas a él, impidiendo el paso de estos elementos. De esta manera, la gran mayoría de moléculas externas al propio sistema nervioso no pueden afectar a este, impidiendo que una gran parte de las infecciones víricas y bacterianas afecten al encéfalo.

Además de esta función defensiva al bloquear la entrada de elementos nocivos, su presencia permite también el correcto mantenimiento del medio neuronal al mantener constante la composición del líquido intersticial que baña y mantiene las células.

Una última función de la barrera hematoencefálica es la de metabolizar o modificar elementos de cara a hacerlos cruzar entre sangre y tejidos nerviosos sin que alteren el funcionamiento del sistema nervioso de un modo indeseado. Por supuesto, algunas sustancias escapan a este mecanismo de control.

Una protección terapéuticamente problemática

El hecho de que la barrera hematoencefálica sea tan impermeable y no permite la entrada de la mayor parte de elementos es beneficioso cuando su el funcionamiento del cerebro es correcto y no se requiere de ningún tipo de intervención médica o psiquiátrica. Pero en los casos en que es necesaria una actuación externa a nivel médico o farmacológico, esta barrera supone una dificultad con la que es difícil de tratar.

Y es que gran parte de los fármacos que se aplican a nivel médico y que servirían para tratar una dolencia o infección en otra parte del organismo no son eficaces para tratar el problema en el cerebro, debido en gran medida por la acción bloqueante de la barrera hematoencefálica. Ejemplos de ello lo encontramos en medicamentos dedicados a combatir tumores, parkinson o demencias.

Con el fin de solucionarlo en muchas ocasiones se hace necesario inyectar la sustancia directamente en el líquido intersticial, utilizar los órganos circunventriculares como vía de acceso, romper la barrera temporalmente mediante el uso de microburbujas guiadas hasta puntos específicos mediante ultrasonidos o emplear composiciones químicas que sí puedan traspasar la barrera hematoencefálica a través de algunos de los mecanismos antes descritos.

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