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Barrera hematoencefálica

La barrera hematoencefálica es una membrana selectivamente permeable que regula el paso de moléculas desde el torrente sanguíneo al tejido cerebral. Para simplificar, controla qué moléculas pueden ingresar al tejido cerebral, protegiendo al cerebro de fluctuaciones de hormonas, electrolitos y otras sustancias. Aparece tempranamente en el desarrollo embrionario por una interacción entre los astrocitos de la glía y las células endoteliales capilares.

Con todas las actividades especiales que ocurren a nivel neuronal, es esencial que el medioambiente químico donde operan estas células sea estrictamente regulado. Esta es la función principal de la barrera hematoencefálica.

En este artículo se revisará la anatomía de las barreras hematoencefálica, hematoneural, y hematorraquídea halladas a través del sistema nervioso.
Adicionalmente, se prestará especial atención a las áreas donde el cerebro carece de barrera hematoencefálica y las correlaciones clínicas relevantes a esta membrana.

Puntos clave sobre barrera hematoencefálica (BHE)
Definición Membrana selectivamente permeable que regula el pasaje de pequeñas y grandes moléculas en el microambiente de las neuronas.
Histología Células endoteliales capilares conectadas por uniones estrechas
Membrana basal del endotelio capilar
Pies perivasculares de los astrocitos (pedicelos)
Pericitos
Otras barreras en el Sistema Nervioso Barrera hematoneural, barrera hematorraquídea
Órganos sin BHE Órganos sensoriales: neurohipófisis, glándula pineal, órgano subcomisural, eminencia mediana.
Órganos secretores: órgano subfornical, órgano vasculoso, área postrema
Contenidos
  1. Definición
  2. Estructura de la barrera hematoencefálica
  3. Barrera hematoneural
  4. Barrera hematorraquídea
  5. Órganos circunventriculares
    1. Órganos sensoriales
  6. Correlaciones clínicas
    1. Kernicterus
    2. Interrupción de la Barrera hematoneural
  7. Bibliografía
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Definición

La barrera hematoencefálica (BHE) es una membrana selectivamente permeable que regula el paso de una variedad de pequeñas y grandes moléculas al microambiente de las neuronas. Cumple con esta función con la ayuda de múltiples canales transportadores diseminados a través de la membrana. Incluye:

  • Transportadores de aminoácidos
  • Transportador de glucosa 1 (GLUT 1)
  • Transportadores de nucleósidos y nucleótidos
  • Transportadores monocarboxilos (MCT1 y MCT2)
  • Transportadores de iones (Na+/K+ ATPasa) que facilita el transporte de moléculas esenciales al cerebro.

Además de facilitar el ingreso de aminoácidos, estos transportadores podrían inadvertidamente transportar metales pesados indeseados hacia el medioambiente cerebral. Como consecuencia, en concentraciones elevadas, esto podría llevar a neurotoxicidad. Los transportadores GLUT1 y MCT transportan glucosa, lactato y cetonas, respectivamente.

Ha sido descrito que las moléculas de peso mayor a 600 Dalton no atraviesan la BHE. Dicho de otro modo, 600 Dalton sería el umbral de tamaño molecular que la BHE tolera. Sin embargo, al parecer esto se debe a una malinterpretación de la literatura. La mayor sustancia conocida que atravesó la BHE fue CINC-1 (quimioactiivo 1 neutrofilo citocina inducido), que pesa 7800 Dalton.

Estructura de la barrera hematoencefálica

Estrictamente hablando, la barrera hematocerebral consiste en células endoteliales de los capilares neurales. Estos capilares difieren de los que encontramos en la circulación general por las siguientes características:

Epitelio escamoso y membrana basal (epitelio escamoso simple resaltado en verde)
  1. No poseen fenestraciones.
  2. Están conectados por uniones estrechas (tight junctions) que sellan los puentes entre células.

Debido a dicha estructura, las moléculas pueden salir del torrente sanguíneo e ingresar al tejido cerebral solamente por medio de las células endoteliales, en vez de hacerlo por difusión simple a través de fenestraciones.

En un sentido más amplio, muchos autores incluyen a la lámina basal capilar y a los pies perivasculares de los astrocitos en la definición de barrera hematoencefálica, considerando que ellos también contribuyen a su permeabilidad para ciertas moléculas.

Veamos ahora cómo estos elementos están organizados para formar la BHE.

Las células endoteliales están ancladas unas a las otras tanto por uniones estrechas como por uniones adherentes.

Las uniones estrechas proporcionan soporte estructural a la pared endotelial, mientras las uniones adherentes conectan físicamente células adyacentes.

Adicionalmente, las uniones estrechas rodean a las células y proveen un cierre con las células adyacentes.

Estas células endoteliales descansan sobre una lámina basal continua, que rodea totalmente a la circunferencia de un capilar del lado externo. Los pies perivasculares de los astrocitos se adhieren a la cara externa de la lámina basal, de nuevo rodeando completamente al capilar.

Estudios realizados en otros mamíferos han demostrado que los pericitos son componentes integrales en la formación de la barrera hematoencefálica. Estas células envuelven a las células endoteliales de los capilares y son capaces de contraerse para regular el flujo a través del capilar, reforzando así a la barrera hematoencefálica. Es más, algunas teorías sugieren que los pericitos no solo promueven la formación de uniones estrechas sino que inhiben la producción de químicos que promueven la permeabilidad capilar.

Barrera hematoneural

En el sistema nervioso periférico existe una barrera de estructura similar que limita la interacción entre los nervios periféricos y la sangre circulante. A este sistema se le llama informalmente barrera hematoneural.

Barrera hematorraquídea

Existe otro sistema de barrera que actúa como interfaz entre la sangre y el líquido cefalorraquídeo - LCR. Es conocida como la barrera hematorraquídea. Esta se compone de los siguientes elementos:

  • Endotelio fenestrado de capilares. Estas fenestraciones no son “verdaderas”, están selladas con finos diafragmas que las hacen permeables a ciertas moléculas que no pueden pasar a través de la BHE
  • Membrana basal de las células endoteliales
  • Membrana basal de las células del epitelio coroideo (que produce el líquido cefalorraquídeo)
  • Epitelio coroideo, cuyas células están conectadas por uniones estrechas.

Este epitelio coroideo consta de células ciliadas cuboidales, equipadas con microvellosidades que abarca mechones capilares. También el epitelio coroideo es continuo con la capa ependimal (células de epitelio ciliado simple) del ventrículo, que contiene más uniones estrechas y como consecuencia actúa como una barrera efectiva entre la sangre y el líquido cefalorraquídeo.

Órganos circunventriculares

Estas son regiones del cerebro donde la barrera hematoneural se encuentra ausente. Esta adaptación anatómica permite a áreas del cerebro monitorizar cambios homeostáticos en el sistema circulatorio. Como resultado, el cerebro es capaz de detectar estos cambios e iniciar los procesos fisiológicos necesarios y protectores para mitigar estas actividades. Existen siete áreas como esta denominadas órganos circunventriculares. Pueden ser divididos en órganos secretores y órganos sensoriales.

Los órganos secretores, como su nombre lo sugiere, son estructuras que liberan sus productos directamente en el sistema circulatorio o en el líquido cefalorraquídeo. Sus productos pueden ser neurohormonas u otras proteínas. Los órganos circunventriculares sensoriales incluyen a la neurohipófisis (glándula pituitaria posterior), la glándula pineal, el órgano subcomisural y la eminencia mediana.

Órganos secretores y sus productos
Neurohipófisis Libera oxitocina y vasopresina (ADH)
Glándula pineal Libera melatonina
Órgano subcomisural Libera SCO-spondina
Eminencia mediana Libera CRF (factor liberador de corticotropina), GnRH (hormona liberadora de gonadotrofina), TRH (hormona liberadora de tirotropina), GHRH (hormona liberadora de hormona de crecimiento) y DA (dopamina)

Órganos sensoriales

Los órganos sensoriales son responsables de monitorizar la circulación periférica y responder apropiadamente para revertir esos cambios o eliminar toxinas. Estos órganos incluyen al órgano subfornical, órgano vascular de la lámina basal y el área postrema.

Órganos sensoriales y sus funciones
Órgano subfornical Detecta el balance de minerales y hormonas en el LCR.
Órgano vascular de la lámina basal Funciones homeostáticas como regulación cardiovascular, osmoregulación y regulación de energía.
Área postrema Identifica irritantes químicos y estimula la respuesta de vómito.

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