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¿La actividad cerebral genera gradientes de calor en el cerebro?

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Estoy leyendo este artículo sobre cómo guiar el crecimiento de axones utilizando gradientes de temperatura, y menciona que la trayectoria de crecimiento de las conexiones neuronales puede verse influenciada por gradientes de temperatura de tan solo 0,1 ° C.

Esto me hizo pensar ¿El pensamiento genera calor o aumenta el flujo sanguíneo lo suficiente como para crear gradientes de calor dentro del cerebro? Si es así, esto puede explicar cómo se reconecta el cerebro.


¿Qué nos dice la percepción visual sobre la mente y el cerebro?

Estudios recientes de percepción visual han comenzado a revelar la conexión entre la actividad neuronal en el cerebro y la experiencia visual consciente. La estimulación magnética transcraneal del lóbulo occipital humano altera la percepción normal de los objetos de maneras que sugieren que aspectos importantes de la percepción visual se basan en la actividad en las áreas corticales visuales tempranas. Las grabaciones realizadas con microelectrodos en animales sugieren que la percepción de la luminosidad y profundidad de las superficies visuales se desarrolla a través de cálculos realizados en múltiples áreas del cerebro. La actividad en áreas anteriores está más estrechamente correlacionada con las propiedades físicas de los objetos, mientras que las neuronas en áreas posteriores responden de una manera más similar a la percepción visual.

La investigación en neurociencia durante los últimos 40 años ha revelado que hay aproximadamente 30 áreas visuales diferentes en el cerebro de los primates, y que dentro de estas áreas hay flujos paralelos de procesamiento y módulos distintos (1, 2). Pero, ¿cómo se relaciona la actividad neuronal en las diferentes áreas con nuestra percepción visual consciente? ¿Cómo puede nuestra experiencia visual unitaria basarse en la actividad neuronal diseminada a través de distintos flujos de procesamiento en múltiples áreas del cerebro? Las respuestas a estas preguntas tienen profundas implicaciones para nuestra comprensión de la relación entre mente y cerebro. Mientras que el trabajo pionero anterior se centró en la delimitación de áreas visuales en el cerebro y las propiedades de respuesta básicas de las neuronas, investigaciones recientes intentan exponer los roles que desempeñan las diferentes áreas en la percepción y el grado en que existen jerarquías de cálculos visuales.

Se cree que la experiencia visual consciente se basa en la actividad en áreas visuales de la corteza cerebral, que reciben información de la retina. Las primeras estructuras corticales están organizadas topográficamente con respecto al mundo visual. Esta topografía se puede aprovechar para investigar el papel de diferentes áreas visuales en la percepción. Por ejemplo, la actividad neuronal en la corteza visual puede bloquearse localmente mediante estimulación magnética transcraneal (TMS) y puede evaluarse el efecto sobre la percepción visual en la porción correspondiente del campo visual. Kamitani y Shimojo (3) brevemente (40-80 ms) presentaron un patrón de cuadrícula grande a los observadores humanos, y después de un retraso de 80-170 ms, se administró un solo pulso de TMS al lóbulo occipital. El TMS hizo que los observadores percibieran un parche en forma de disco de color homogéneo en el campo visual en el lado opuesto del lado del cerebro que recibió TMS (escotoma inducido por TMS). Cuando el estímulo visual era una rejilla compuesta de líneas paralelas en lugar de una rejilla rectilínea, el escotoma estaba distorsionado y parecía ser una elipse con su eje corto a lo largo de los contornos. Esta distorsión dependiente del contorno parecía reflejar interacciones de largo alcance entre neuronas que responden selectivamente a orientaciones similares (4). Curiosamente, el color percibido dentro del escotoma fue consistente con el del fondo, que se presentó después, no antes, de la cuadrícula o rejilla. Por lo tanto, parece haber un llenado hacia atrás en el tiempo para compensar la información local bloqueada por el TMS. Este es solo un ejemplo de una gran cantidad de evidencia que sugiere que la actividad neuronal en la corteza visual temprana es necesaria para la experiencia consciente de la percepción, y que las conexiones e interacciones neuronales en estos niveles se reflejan en el contenido de la percepción.

La percepción es mucho más compleja que una simple representación topográfica del mundo visual. Su objetivo principal es recuperar las características de los objetos externos, un proceso denominado inferencia inconsciente por von Helmholtz (5, 6). Lo que vemos es en realidad más de lo que se refleja en la retina. Por ejemplo, percibimos un mundo tridimensional lleno de objetos a pesar de que hay una simple imagen bidimensional en cada retina. En general, una imagen retiniana particular puede corresponder a más de un objeto. Por ejemplo, una mancha circular de luz en la retina podría resultar de ver un cilindro en el extremo o una bola redonda desde cualquier perspectiva. Por tanto, la percepción es inevitablemente un proceso de resolución de ambigüedades. El sistema perceptivo generalmente alcanza la interpretación global más plausible de la entrada retiniana al integrar señales locales., como se ilustrará a continuación en el caso de la percepción de la ligereza.

Las fotografías en blanco y negro dejan en claro que la ligereza por sí sola transmite una gran cantidad de información. La percepción de la luminosidad está lejos de ser una representación “píxel por píxel” del nivel de luz en la retina. En realidad, está fuertemente influenciado por el contexto. Por lo tanto, una hoja de papel gris aparece más oscura si está rodeada de blanco que de negro (Fig.1A). Aunque esta desviación de la percepción de la ligereza de la realidad física puede parecer un caso de error de percepción, las interacciones espaciales subyacentes pueden tener un propósito de percepción importante. Percibimos que la luminosidad de la superficie es constante a través de cambios sorprendentemente grandes en la iluminación ambiental, un fenómeno llamado constancia de luminosidad. En este ejemplo, como en otros casos de constancia perceptual, las condiciones de iluminación y visualización afectan la imagen retiniana de los objetos, y se realiza una amplia integración y normalización espacial para recuperar los atributos constantes de los propios objetos.

(A) Inducción de ligereza. Los pequeños cuadrados grises son idénticos pero el que está rodeado de negro parece más claro que el cuadrado rodeado de blanco. (B) La respuesta de una neurona V1 a un estímulo de inducción de ligereza. El campo receptivo de la neurona se centró en un cuadrado gris uniforme. La luminancia del área circundante se moduló sinusoidalmente. La respuesta de la célula se sincronizó con la modulación envolvente y se correlacionó con la ligereza percibida del parche central, aunque nada cambió dentro del campo receptivo. [Reproducido con permiso de la ref. 14 (Copyright 2001, Academia Nacional de Ciencias).]

¿En qué punto de la vía visual desde la retina hasta las muchas áreas visuales corticales se correlaciona la actividad neuronal con lo que percibimos? ¿Contribuyen igualmente a la percepción las neuronas de la retina, la corteza visual primaria (V1) y las áreas corticales de nivel superior? O en cambio, ¿la percepción tiene un lugar específico en el cerebro? Para abordar estas preguntas, Paradiso y colaboradores (7, 8) evalúan los cálculos que realizan las neuronas en diferentes áreas visuales y hasta qué punto las respuestas neuronales se correlacionan con los atributos físicos o perceptuales de los objetos. Descubrieron que las respuestas de las neuronas en la retina y el tálamo visual dependen del nivel de luz, pero no se correlacionan con la ligereza percibida. Estas neuronas parecen codificar principalmente información sobre la ubicación de los contornos en la escena visual. Solo en V1 se encontraron células que tenían respuestas correlacionadas con la ligereza percibida (Fig.1B). También encontraron que la respuesta promedio de las neuronas en V1 es constante de luminosidad. Por tanto, la respuesta de las neuronas es relativamente inmune a los cambios en la iluminación general, una propiedad sin la cual la ligereza tendría poco valor conductual. Estos hallazgos sugieren que la información sobre la ligereza se representa primero explícitamente en la corteza visual y que las respuestas correlacionadas con la percepción visual se construyen en etapas en múltiples áreas visuales. Los resultados combinados con los hallazgos de otros laboratorios sugieren que el procesamiento visual temprano se enfoca en la extracción de contornos de objetos, las etapas de procesamiento secundario están involucradas con el cálculo de la luminosidad y el procesamiento posterior asigna color a los objetos.

Como se mencionó anteriormente, el sistema visual tiene la difícil tarea de comprender un mundo tridimensional complejo a partir de imágenes bidimensionales en cada retina. Las imágenes de objetos a una distancia diferente al plano de fijación se proyectan en diferentes posiciones relativas en las dos retinas. La diferencia de posición relativa, llamada disparidad binocular, proporciona una pista importante para el cálculo de la distancia del cerebro. Sin embargo, hay mucho más en la percepción de la distancia que la interpretación de la disparidad binocular. Considere una imagen retiniana de una cruz con disparidades cruzadas (disparidades que conducen a la percepción de objetos más cercanos que el plano de fijación) agregada a los extremos de los brazos horizontales. Debido a las disparidades, los bordes verticales de los brazos horizontales pueden determinarse sin ambigüedades como si estuvieran más cerca del observador, mientras que la profundidad de los bordes horizontales permanece ambigua porque no existe una disparidad fija entre las dos imágenes retinianas. Dos objetos tridimensionales diferentes son igualmente consistentes con la imagen de la retina: una barra horizontal frente a una barra vertical y una cruz con brazos horizontales inclinados hacia adelante. Sin embargo, los humanos y los monos casi siempre perciben lo primero (9, 10). El cerebro selecciona una interpretación entre las posibles estructuras superficiales.

La corteza temporal inferior (TI) representa la etapa final de la vía visual crucial para el reconocimiento de objetos. Las neuronas en TI responden a la forma, el color o la textura. Estudios recientes muestran que muchas neuronas de TI también transmiten información sobre disparidad (11) y gradientes de disparidad (12). Estos hallazgos conducen a una nueva visión de que la TI está involucrada en algunos aspectos de la percepción de profundidad. De hecho, la actividad de algunas neuronas de TI codifica información sobre el orden de profundidad relativo de las superficies en lugar de las señales de disparidad absoluta local del estímulo. Por ejemplo, una población de neuronas de TI responde con más fuerza a una barra horizontal frente a una barra vertical que a una barra vertical frente a una barra horizontal, independientemente de si se agregan disparidades cruzadas o no cruzadas (Fig.2). Otras células prefieren diferentes estructuras de superficie. Este comportamiento de las neuronas IT contrasta con el de las neuronas V1 selectivas para la disparidad que responden a la disparidad absoluta local (13). Por lo tanto, la ruta de V1 a IT transforma la información sobre la disparidad binocular que se basa en la óptica del ojo en una representación de información perceptualmente relevante sobre la estructura de la superficie.

(A) La relación entre el tipo de disparidad y la ubicación y el orden de profundidad de la superficie percibido. Se probaron las respuestas de las neuronas de TI a estos cuatro estímulos para determinar si su actividad se correlaciona con la estructura de la superficie percibida o con el tipo de disparidad.

Los estudios de la percepción de la luminosidad y la percepción de la profundidad llevan a una conclusión similar sobre la relación entre la actividad cerebral y la percepción visual consciente. En lugar de basarse en la actividad neuronal en un área especial, la percepción visual implica cálculos progresivos distribuidos en múltiples áreas del cerebro. Tanto las áreas tempranas, como en el estudio de TMS, como las áreas posteriores, como en el estudio del área de TI, están involucradas en la percepción. El sistema visual recupera magistralmente información sobre los objetos en nuestro entorno basándose en parte en procesos de integración y normalización y en parte en probabilidades programadas de qué objetos es más probable que resulten de imágenes particulares de la retina.


Células dendríticas cerebrales: biología y patología

Las células dendríticas (DC) son las células presentadoras de antígenos profesionales del sistema inmunológico. En su forma inactiva y madura, la presentación de autoantígenos por DC conduce a la tolerancia, mientras que la presentación de antígenos por DC maduras, después de la estimulación por patrones moleculares asociados a patógenos, conduce al inicio de inmunidad específica de antígeno. Se han encontrado DC en muchos de los órganos principales de los mamíferos (por ejemplo, piel, corazón, pulmones, intestinos y bazo) mientras que durante mucho tiempo se ha considerado que el cerebro está desprovisto de DC en ausencia de neuroinflamación. En consecuencia, la microglía, la célula inmunitaria residente del cerebro, ha sido cargada con muchos atributos funcionales comúnmente atribuidos a la DC. La evidencia reciente ha desafiado la noción de que las CD están ausentes o son jugadores mínimos en la vigilancia inmunológica del cerebro. Esta revisión discutirá la literatura reciente que examina la participación de la CD en el cerebro en estado estable tanto joven como anciano. También examinaremos las contribuciones de las CD durante diversas formas de neuroinflamación que resultan de enfermedades autoinmunes neurodegenerativas, lesiones e infecciones del SNC. Esta revisión también aborda el tráfico de DC entre el sistema nervioso central y los compartimentos inmunitarios periféricos durante las infecciones virales, las nuevas tecnologías moleculares que podrían emplearse para mejorar nuestra comprensión actual de la ontogenia de las DC cerebrales y algunos usos terapéuticos potenciales de las DC dentro del SNC.

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Temperatura cerebral: fisiología y fisiopatología después de una lesión cerebral

La regulación de la temperatura cerebral depende en gran medida de la actividad metabólica del tejido cerebral y sigue siendo compleja. En la práctica clínica de cuidados intensivos, actualmente se recomienda encarecidamente la monitorización continua de la temperatura central en pacientes con lesión cerebral. Después de una lesión cerebral grave, la temperatura cerebral suele ser más alta y puede variar independientemente de la temperatura sistémica. Se ha demostrado que en casos de lesión cerebral, el cerebro es extremadamente sensible y vulnerable a pequeñas variaciones de temperatura. Se ha propuesto la prevención de la fiebre como una herramienta terapéutica para limitar la lesión neuronal. Sin embargo, el control de la temperatura después de una lesión cerebral traumática, una hemorragia subaracnoidea o un accidente cerebrovascular puede ser un desafío. Además, la fiebre también puede tener efectos beneficiosos, especialmente en casos de infecciones. Si bien la hipotermia terapéutica ha mostrado efectos beneficiosos en modelos animales, su uso aún se debate en la práctica clínica. Este artículo tiene como objetivo describir la fisiología y fisiopatología de los cambios en la temperatura cerebral después de una lesión cerebral y estudiar los efectos de controlar la temperatura cerebral después de dicha lesión.

1. Introducción

Muchas figuras retóricas populares conectan la actividad cerebral con la temperatura. Ahora es bien sabido que, si bien la temperatura cerebral depende en gran medida de la actividad metabólica del tejido cerebral, la regulación de estos dos parámetros es compleja. La relación entre temperatura y metabolismo siempre es interactiva. Si bien el metabolismo de las células cerebrales es un determinante importante de la temperatura del cerebro, cambios menores en la temperatura del cerebro pueden resultar en cambios significativos en el metabolismo de las células neurales y, por lo tanto, en la función cerebral. El control estricto de la temperatura cerebral es fundamental para una función cerebral óptima en diferentes condiciones fisiológicas, como la actividad física intensa o el descanso completo.

En la práctica clínica de cuidados intensivos, se recomienda encarecidamente la monitorización continua de la temperatura central en pacientes con lesión cerebral [1]. Se ha demostrado que, en casos de trauma, el cerebro es extremadamente sensible y vulnerable a pequeñas variaciones de temperatura. De hecho, la fiebre se considera una lesión cerebral secundaria en pacientes neuroquirúrgicos con traumatismo craneoencefálico grave [2], hemorragia subaracnoidea [3] o accidente cerebrovascular [4], en los que la hipertermia es un fenómeno frecuente. En estos casos, se puede utilizar la normotermia dirigida y guiada para limitar la lesión cerebral secundaria. Este artículo tiene como objetivo describir la fisiología y la fisiopatología asociadas con los cambios en la temperatura cerebral, con especial atención a los pacientes con enfermedades agudas que sufren una lesión cerebral traumática grave, un accidente cerebrovascular o una hemorragia subaracnoidea.

2. Fisiología de la temperatura cerebral

La producción de energía en los seres humanos se deriva del metabolismo de la glucosa, las proteínas y las grasas. Los productos finales del metabolismo aeróbico son el dióxido de carbono (CO2) y agua. La producción de trifosfato de adenosina (ATP), la principal molécula de almacenamiento de energía intracelular, se acompaña de calor (Figura 1). La energía perdida durante el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa se convierte en gran medida en calor y contribuye a mantener la temperatura corporal a 37 ° C. La combustión de glucosa y proteínas produce 4,1 kcal / kg, mientras que la combustión de grasas rinde 9,3 kcal / kg. La producción de calor depende, por tanto, del metabolismo energético [5].


Aunque el cerebro representa solo del 2 al 3% del peso corporal humano, utiliza el 20% y el 25% del consumo total de oxígeno y glucosa del cuerpo, respectivamente. Incluso en reposo, la actividad metabólica del tejido cerebral es alta. El metabolismo energético en el cerebro es principalmente aeróbico. El 95% de la glucosa utilizada por el cerebro sufre un metabolismo oxidativo. Aproximadamente el 40% de la energía proporcionada por la glucosa se utiliza para producir ATP y el resto (aproximadamente el 60%) se convierte en calor [5]. En condiciones normales, la producción de calor dentro del cerebro se equilibra con su disipación. A diferencia de otros órganos como los músculos, el calor producido dentro del cerebro no se dispersa fácilmente debido a la protección del cerebro por el cráneo. La temperatura del cerebro depende principalmente de tres factores: producción local de calor, temperatura de los vasos sanguíneos y flujo sanguíneo cerebral. La disipación del calor generado se mejora mediante especializaciones anatómicas vasculares que permiten el intercambio de calor.

2.1. Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor varían según las especies. En los felinos, la sangre arterial del cerebro fluye a través de una red vascular en la base del cráneo. En estas especies, la arteria carótida está muy cerca del seno cavernoso o pterigoideo, que recibe sangre fría de las superficies mucosas de la nariz. Este intercambio de calor produce un enfriamiento cerebral selectivo (SBC) que depende de la actividad simpática [6]. En los cánidos, la reta carotídea es rudimentaria [7]. Sin embargo, la gran superficie del seno cavernoso, que está en estrecho contacto con la base del cerebro, permite el enfriamiento directo del tronco encefálico rostral. Se ha encontrado SBC regional similar en otros mamíferos. En los seres humanos, la cara y las superficies mucosas de la nariz, que son fuentes de sangre venosa fría, son pequeñas en relación con la masa del cerebro. Además, en los seres humanos no existe un intercambiador de calor especializado similar a la rete carotídea, y las arterias vertebrales, que no tienen contacto directo con la sangre venosa fría, proporcionan una fracción sustancial del suministro de sangre al cerebro [6]. La sangre fría de la piel de la cabeza puede fluir hacia el cráneo y enfriar el cerebro a través de las venas emisarias de los huesos temporal y parietal [8]. Además, las arterias corticales cerebrales pueden cubrir distancias de 15 a 20 cm en fisuras y surcos en la superficie del cerebro antes de alcanzar su destino final en la corteza y la sustancia blanca adyacente [9]. Las venas perforantes que conectan la piel de la cabeza con los senos venosos en la duramadre permiten que los senos venosos reciban sangre fría. Por tanto, la temperatura de la sangre en los senos paranasales depende de las contribuciones relativas de las entradas extracraneales e intracraneales. La vía cuero cabelludo-seno puede ser una fuente de SBC regional. Otra fuente de SBC regional es el tracto respiratorio superior. Las cavidades nasales ayudan a enfriar la sangre arterial a través del intercambio de calor entre el aire inhalado y la sangre de la mucosa nasal. El grosor del hueso entre la nariz y el suelo de la fosa craneal anterior permite el intercambio de calor y permite enfriar los lóbulos frontales [10]. Cuando estos intercambiadores de calor están en cortocircuito, como durante la ventilación mecánica con intubación traqueal, la ventilación ya no enfría la sangre venosa de las cavidades nasales. La alta frecuencia respiratoria observada en asociación con el aumento de la temperatura corporal probablemente funcione para aumentar la transferencia de calor en las cavidades nasales, lo que da como resultado la protección del cerebro al disminuir la temperatura de la sangre que irriga el cerebro.

2.2.Compartimentos Térmicos

En humanos, se han descrito dos compartimentos térmicos: uno central y otro periférico [11]. El compartimento central incluye tejidos que están muy perfundidos en todas las condiciones. Los intercambios de calor son rápidos en este compartimento y, en teoría, su temperatura es relativamente homogénea. El tronco, la cabeza y también el cerebro forman el compartimento central. El compartimento periférico incluye tejidos en los que la temperatura es variable y no homogénea (miembros inferiores, manos y piel). La temperatura en el compartimento periférico es generalmente de 2 a 4 ° C más baja que en el compartimento central y depende en gran medida del tono vascular.

Un centro integrador que regula la temperatura central se encuentra en el hipotálamo [12]. Aunque los mecanismos de respuesta de este centro aún no se conocen completamente, es probable que involucren neurotransmisores como norepinefrina, dopamina, acetilcolina, neuropéptidos y prostaglandinas como PGE2. La temperatura central sufre una variación circadiana que está controlada por la liberación de melatonina del núcleo supraquiasmático. El centro hipotalámico también regula la temperatura del compartimento central en respuesta a la información de los termorreceptores (vía monosináptica), la alimentación, la actividad locomotora o la secreción de corticosteroides (vía plurisináptica).

La regulación de la temperatura, u homeotermia, sigue siendo un área de investigación muy activa. Se han descrito dos modelos neuronales de regulación de la temperatura en mamíferos: el modelo de punto de ajuste y el modelo de zona nula. El modelo de punto de ajuste incluye un punto de ajuste ajustable y señales de neuronas sensibles a la temperatura periféricas y / o centrales que se integran y comparan con un punto de ajuste al nivel del hipotálamo. Las respuestas termogénicas o termolíticas pueden corregir la temperatura central hacia el nivel del punto de ajuste [13, 14]. Aquí se considera que la fiebre o la hipotermia son el resultado de un cambio en el punto de ajuste [15]. Una visión alternativa es que la temperatura corporal central se defiende en torno a un "nivel establecido" o "zona nula" en lugar de un punto establecido [16]. La existencia de esta “zona nula” se ha demostrado en varias especies, incluidos los humanos [16]. El modelo de zona nula se basa en la interacción de dos variables en lugar de en la comparación de una variable con un punto de ajuste constante. La inhibición cruzada recíproca entre un sensor de frío y una vía efector de producción de calor y un sensor de calor y una vía efector de pérdida de calor, con el objetivo de defender una zona nula de temperatura central, es la base de este modelo [17].

2.3. Fluctuaciones fisiológicas en la temperatura cerebral
2.3.1. Actividad cerebral

El metabolismo energético neuronal se utiliza principalmente para la restauración del potencial de membrana después de la despolarización celular [18]. Esto sugiere una relación entre el metabolismo celular y la actividad eléctrica. Teniendo en cuenta que una gran parte de la energía utilizada para el metabolismo neuronal se transforma finalmente en calor, la producción de calor por el cerebro es, por tanto, una característica importante de la actividad metabólica cerebral. En animales, se han observado cambios significativos de 2 a 3 ° C en la temperatura del cerebro después de estímulos conductuales [19, 20]. El aumento de la producción de calor intracerebral parece ser la causa principal de la hipertermia cerebral observada durante los estímulos conductuales en animales. De hecho, la temperatura del cerebro aumenta primero, seguida de un aumento de la temperatura de la sangre [21, 22]. En sujetos despiertos (o animales) en estas condiciones, la sangre que llega al cerebro es, por tanto, más fría que el propio cerebro, y el gradiente de temperatura entre el cerebro y la sangre arterial aumenta con la intensidad de los estímulos conductuales.

Por tanto, el aumento de la actividad cerebral y del metabolismo va acompañado de un aumento de la temperatura. Al mismo tiempo, tanto en animales como en humanos, hay un aumento en el flujo sanguíneo cerebral (FSC). El aumento de la temperatura cerebral local resultante de un aumento del metabolismo local podría considerarse una de las causas del aumento del flujo sanguíneo local que contribuye al acoplamiento entre el FSC y el metabolismo.

2.3.2. Anestesia general

Como se describió anteriormente, en condiciones de vigilia, el cerebro está más caliente que la sangre arterial. La depresión del metabolismo cerebral inducida por la anestesia general podría afectar la temperatura del cerebro. En ratas anestesiadas con pentobarbital, uretano o alfa-cloralosa, la temperatura cerebral desciende más rápidamente que la temperatura rectal [23]. Por lo tanto, bajo anestesia general, un cerebro sano podría ser más frío que la sangre, como se demostró en estos estudios con animales.

2.4. ¿Dónde debemos medir la temperatura?

La temperatura central puede estimarse midiendo la temperatura de la parte inferior del esófago, la arteria pulmonar, la nasofaringe o el tímpano [24]. La temperatura del cerebro generalmente se considera una temperatura "central" y, en ausencia de patología intracraneal, puede estimarse midiendo la temperatura timpánica o esofágica. Estas temperaturas son fáciles de medir y, a menudo, se utilizan para controlar los cambios en la temperatura del cerebro. Sin embargo, en los casos de lesión cerebral grave, las estimaciones producidas por tales mediciones pueden ser inexactas [25, 26].

En los seres humanos, el centro del cerebro está entre 0,5 y 1 ° C más caliente que el espacio epidural [27]. La temperatura de la superficie del cerebro es siempre más baja que su temperatura central, pero también es más variable. Por estas razones, se recomienda que los sensores de temperatura se inserten a una profundidad de al menos 1,5 a 2 cm en el parénquima cerebral [28]. Actualmente se encuentran disponibles varios sensores de temperatura, todos los cuales utilizan tecnología de termopar. Algunos están diseñados para uso intraparenquimatoso y otros para uso intraventricular. El análisis de la literatura no permite recomendar una sonda sobre otra. Las sondas intraparenquimatosas son las más utilizadas [29].

Más recientemente, se han desarrollado técnicas para la medición no invasiva de la temperatura cerebral con espectroscopia de resonancia magnética (MRS) [30, 31]. Los estudios experimentales en maniquíes [31] y modelos experimentales [32] han mostrado una estrecha correlación entre las temperaturas medidas por MRS y las temperaturas medidas utilizando sondas implantadas. La MRS se ha utilizado para medir la temperatura en voluntarios humanos adultos sanos, durante el enfriamiento de la cabeza, en niños, en pacientes con tumores cerebrales y en pacientes con accidente cerebrovascular isquémico [33].

3. Cambios cerebrales fisiológicos inducidos por variaciones en la temperatura cerebral

Los cambios en la temperatura cerebral afectan significativamente los parámetros vasculares, metabólicos y neuronales. Debido a que tienen un gran impacto en la fisiología cerebral, es esencial comprender estos cambios.

3.1. Metabolismo cerebral

La relación entre la temperatura y la actividad cerebral se ha estudiado ampliamente mediante electrofisiología. Los estudios en animales han demostrado una estrecha relación entre la temperatura cerebral y la tasa metabólica cerebral del oxígeno (CMRO2) [34]. Estudios previos en ratas y perros informaron que los cambios de temperatura de más de 1 ° C alteraron significativamente tanto el resultado neurológico funcional como la histopatología [35]. El metabolismo cerebral cambia linealmente con la temperatura del cerebro, con cambios del 6 al 8% en el metabolismo por grado Celsius de temperatura [36, 37]. En perros anestesiados a 28 ° C, el metabolismo cerebral representa solo el 50% del de 37 ° C [38]. Por tanto, el consumo de oxígeno cerebral se reduce drásticamente a estos niveles de temperatura. También se ha demostrado que todas las vías de producción de energía en el cerebro, incluidas las tasas metabólicas cerebrales de la glucosa (CMRglu) y lactato, se reducen en un factor de 2 a 4 con cada 10 ° C de disminución de la temperatura [39].

In vitro, la temperatura influye en las propiedades pasivas de la membrana neuronal y las respuestas sinápticas (post-potencial). La transmisión sináptica depende de la temperatura. El efecto de la temperatura sobre la liberación de neurotransmisores (potencial postsináptico excitador) parece más pronunciado que el efecto de la temperatura sobre la propia respuesta sináptica [40, 41]. Estos cambios dependientes de la temperatura en las propiedades electrofisiológicas pueden estar relacionados con efectos sobre los canales iónicos neuronales. De hecho, algunos canales de calcio o de sodio activados por voltaje están regulados por la temperatura [42, 43]. Además, la difusión del glutamato y la toxicidad aumentan de temperatura [44]. Los cambios de temperatura alteran la liberación, recaptación y difusión de neurotransmisores cerebrales. En modelos animales de isquemia o lesión cerebral focal, las temperaturas cerebrales superiores a 39 ° C se asocian con niveles aumentados de aminoácidos excitadores extracelulares, apertura de la barrera hematoencefálica y aumento de la proteólisis del citoesqueleto neuronal [45]. La excitotoxicidad depende de la temperatura del cerebro.

3.2. El flujo sanguíneo cerebral

El flujo sanguíneo cerebral (FSC) también cambia con la temperatura, y estos cambios son proporcionales a los cambios en el metabolismo cerebral inducidos por variaciones de temperatura [46]. Debido al acoplamiento fisiológico entre el FSC y el metabolismo, la disminución de la temperatura cerebral induce una disminución concomitante del metabolismo y del flujo sanguíneo [47], lo que conduce a una disminución del volumen vascular intracerebral y de la presión intracraneal [48]. Sin embargo, algunos estudios sugieren que el acoplamiento entre CMRO2 y CBF no es lineal [49]. Durante la hipotermia leve después de un paro cardíaco en humanos, el FSC es bajo [47]. El recalentamiento durante 24 horas aumenta el FSC a valores normales. Un estudio reciente de 10 pacientes comatosos que fueron resucitados con éxito después de un paro cardíaco extrahospitalario informó un efecto de la hipotermia terapéutica leve sobre el FSC y la extracción de oxígeno cerebral. La temperatura central media al inicio del estudio fue de 34,3 ° C, y esta temperatura se mantuvo entre 32 y 34 ° C durante 72 horas. La mediana de la velocidad de flujo media en la arteria cerebral media (MFVMCA) fue bajo al ingreso y aumentó significativamente a las 72 horas [50]. Oxigenación del bulbo yugular mediano (SjbO2) fue normal en la mayoría de los pacientes durante todo el estudio. La observación de SjbO normal2 junto con un MFV bajoMCA sugiere fuertemente que hubo una disminución del metabolismo cerebral durante las primeras 24 a 48 horas de hipotermia terapéutica leve. Sin embargo, el hecho de que SjbO2 alcanzó una meseta 24 a 30 horas después de la admisión indica una extracción de oxígeno cerebral relativamente baja. Estos hallazgos sugieren que el acoplamiento metabólico cerebral puede perderse durante la hipotermia.

3.3. Dióxido de carbono, pH y oxígeno

El nivel de dióxido de carbono gaseoso (CO2) o CO2 presión parcial (PaCO2), en sangre arterial depende del coeficiente de solubilidad de este gas, que a su vez depende de la temperatura. A medida que la temperatura disminuye, la cantidad de CO gaseoso2 disminuye. En otras palabras, hay menos burbujas en una botella de champán cuando la botella está fría. Además, el metabolismo energético celular, cuyos productos finales son el agua y el CO2, disminuye con la temperatura. CO2 por tanto, la producción se reduce por hipotermia. Por tanto, tanto por razones físicas como metabólicas, la PaCO2 disminuye con la temperatura [51]. De manera similar, el pH se modifica por la temperatura debido a cambios en la PaCO.2: la hipertermia se acompaña de acidosis y la hipotermia de alcalosis [52]. El co2 el gas atraviesa la barrera hematoencefálica y transmite las modificaciones inducidas (p. ej., alcalosis en hipotermia) al entorno extracelular, que regula el estado del tono vascular arteriolar. Esto explica por qué la hipocapnia inducida por hipotermia puede causar vasoconstricción arteriolar y una disminución de la presión intracraneal [53].

La disminución de PaCO2 es en parte el resultado de la disminución del consumo de oxígeno (O2) [53]. Esta reducción podría ser beneficiosa en zonas con alto riesgo isquémico. Sin embargo, el efecto se contrarresta con un aumento de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno que se produce con la disminución de la temperatura (Figura 2). La mayor afinidad de la hemoglobina por el oxígeno impide la difusión del oxígeno a los tejidos.


Relación entre la presión parcial de oxígeno (PO2) y saturación de oxígeno de la hemoglobina (SO2). La hipotermia aumenta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, según Tremey y Vigué [51].
3.4. Inflamación cerebral y barrera hematoencefálica

En los animales, después de un trauma focal (percusión de fluidos), la respuesta inflamatoria de las áreas cerebrales contusas y no contusas depende de la temperatura. La acumulación de leucocitos aumenta con la temperatura [54]. Estos cambios en los procesos inflamatorios pueden jugar un papel importante en la cascada postraumática. Además, la permeabilidad de la barrera hematoencefálica también parece depender de la temperatura cerebral. Un aumento de la temperatura cerebral puede dañar las células endoteliales del cerebro y la médula espinal, dando lugar a la difusión de proteínas séricas a través de la barrera hematoencefálica y contribuyendo a la aparición de edema cerebral [55]. Incluso si la hipertermia se produce después de un período de cuatro días después del traumatismo (modelo animal de percusión de fluidos), la hipertermia cerebral empeora la mortalidad y aumenta las lesiones de la barrera hematoencefálica y la lesión axonal [56].

4. Cambios en la temperatura cerebral en cuidados neurointensivos

Después de una lesión cerebral grave, la temperatura cerebral suele ser más alta que la temperatura sistémica y puede variar de forma independiente, lo que dificulta la extrapolación de la temperatura cerebral de la temperatura "central". Rossi y col. [25] encontró que el número de mediciones de temperatura & gt38 ° C en el cerebro era un 15% mayor que la temperatura corporal central medida simultáneamente en la arteria pulmonar. Se ha encontrado que la diferencia entre la temperatura cerebral y central es de hasta 2 ° C, dependiendo de las características del paciente, la colocación de la sonda y las interacciones con otras variables fisiológicas [25, 57]. A medida que los pacientes se vuelven hipertérmicos, la diferencia entre la temperatura cerebral y central aumenta, lo que puede indicar que la verdadera incidencia de episodios febriles en el cerebro es incluso mayor que la informada en grandes estudios observacionales que midieron solo la temperatura corporal central.

4.1. Lesión cerebral traumática grave

La lesión cerebral traumática (TCE) produce lesiones cerebrales focales o múltiples, ruptura de la barrera hematoencefálica, isquemia y reperfusión, lesión axonal difusa y desarrollo de microhemorragia cerebral, hematomas intracraneales o áreas de contusión [58]. La lesión primaria puede ir seguida de lesiones secundarias que conducen a un aumento de la muerte celular y un resultado neurológico deficiente [58, 59].

Dos estudios realizados en pacientes sedados que padecían un TCE grave informaron de una temperatura cerebral media superior en aproximadamente 1 ° C a la temperatura rectal media en los primeros días postraumáticos [25, 60]. Esta diferencia se acentúa cuando los pacientes presentan fiebre. En ausencia de una causa infecciosa, una explicación de este fenómeno podría ser un "restablecimiento" del centro termorregulador hipotalámico. De hecho, las autopsias han encontrado una alta frecuencia (42%) de lesiones hipotalámicas en pacientes que fallecieron tras un TCE grave [61]. Sin embargo, otras causas podrían producir un aumento de la temperatura "intracerebral" después de un TCE. La elevación observada de la temperatura cerebral podría estar relacionada con cambios postraumáticos en el metabolismo cerebral (hiperglicólisis) [62], en el FSC (hiperemia) [63] o en la respuesta inflamatoria local (p. Ej., Aumento de la interleucina-1 intracerebral).β) [64]. El desacoplamiento del metabolismo energético en casos de lesión cerebral también podría contribuir a la producción de calor; en tales casos, la síntesis de ATP puede sufrir un cortocircuito. La reducción del gradiente de protones y del potencial de membrana mitocondrial acelera la respiración celular, y la respiración deja de estar acoplada a la fosforilación del difosfato de adenosina (ADP), convirtiéndose en un proceso puramente termogénico (Figura 1).

La inversión del gradiente de temperatura cerebro / cuerpo, en el que la temperatura cerebral desciende por debajo de la temperatura corporal "general", se asocia con un pronóstico neurológico precario en el TCE grave [65]. Este fenómeno también se observa durante la progresión a muerte cerebral [66]. Es muy probable que la disminución del FSC asociada con el aumento de la presión intracraneal provoque una disminución de la temperatura cerebral por debajo de la temperatura central. Por tanto, las variaciones en este gradiente podrían reflejar la aparición de isquemia cerebral.

Por otro lado, la fiebre temprana es frecuente después de un TCE y se asocia con una mayor gravedad en la presentación y con la presencia de lesión axonal difusa, edema cerebral en la tomografía computarizada de la cabeza inicial, hipotensión sistólica, hiperglucemia y leucocitosis [2]. Las elevaciones de temperatura dentro de las primeras 24 horas después del TCE se atribuyen a una respuesta de fase aguda [67]. Otros estudios han informado de que la presencia de sangre en el líquido cefalorraquídeo, especialmente en los espacios intraventriculares, puede estimular los centros termorreguladores hipotalámicos y provocar un aumento de la temperatura corporal [68]. Como ocurre con todas las demás lesiones cerebrales, la fiebre después de una lesión cerebral traumática puede estar relacionada con el desarrollo de una infección, con la aparición de respuestas inflamatorias y con la disfunción hipotalámica después de la lesión. Los estudios observacionales han encontrado que la aparición de fiebre en la primera semana después de la lesión se asocia con un aumento de la presión intracraneal, deterioro neurológico y una estancia prolongada en cuidados intensivos [69, 70]. Jiang y col. comunicaron una fuerte relación entre la fiebre y el resultado en un estudio de 846 pacientes con LCT [71]. Childs y col. sugirió que los pacientes que tenían las temperaturas cerebrales promedio más altas y más bajas durante las primeras 48 horas después de la lesión tenían más probabilidades de tener un peor resultado y de morir [72]. Soukup y col. también notificaron resultados desfavorables a los 3 meses en pacientes con TCE que presentaban temperaturas cerebrales extremas [65]. Recientemente, Sacho et al. realizaron un estudio en el que se midió la temperatura intraparenquimatosa del cerebro en pacientes con TCE grave durante los primeros 5 días en la unidad de cuidados intensivos. Las temperaturas cerebrales dentro del rango de 36,5 ° C a 38 ° C durante las primeras 24 horas se asociaron con una menor probabilidad de muerte (10-20%). La temperatura del cerebro fuera de este rango se asoció con una mayor probabilidad de muerte y con malos resultados neurológicos a los 3 meses [73]. La evidencia de los efectos adversos de un pequeño aumento de la temperatura cerebral sobre el daño neuronal secundario [74] y la mortalidad [4, 56] es ahora extensa.La hipertermia provoca la liberación de aminoácidos excitadores y radicales libres, agrava la ruptura de la barrera hematoencefálica, amplifica la proteólisis citoesquelética y aumenta la tasa metabólica cerebral [75-77]. Recientemente, Stocchetti et al. describieron el impacto de la pirexia en la neuroquímica y la oxigenación cerebral después de una lesión cerebral aguda en humanos [78]. Durante el inicio de la fiebre, se conservó la oxigenación cerebral y no se registraron signos de metabolismo anaeróbico (concentraciones estables de glucosa, lactato, piruvato y glutamato, y relación lactato / piruvato), posiblemente debido a un aumento concomitante de FSC.

Se ha propuesto el enfriamiento terapéutico o el control de la temperatura dirigida como tratamiento neuroprotector para el TCE. Desde una perspectiva histórica, Fay introdujo por primera vez la hipotermia terapéutica neurológica en 1943 en un caso de TCE grave [79]. El principal beneficio neuroprotector de la hipotermia terapéutica se ha atribuido a la reducción de CMRO2, que está fuertemente relacionado con el consumo de oxígeno y glucosa y la producción de lactato en las neuronas [80, 81]. Sin embargo, se han descrito muchos efectos neuroprotectores de la hipotermia, incluido un metabolismo reducido (que permite una disminución de la acumulación de lactato intersticial y el mantenimiento del equilibrio fisiológico del pH del tejido) [82], reducción de la presión intracraneal (PIC) [83], estabilización de la barrera hematoencefálica , reducción de la producción de radicales libres, disminución de la acumulación de ácido láctico y otras neurotoxinas, aumento de la utilización de glucosa, facilitación de respuestas antiinflamatorias y vías antiapoptóticas y reducción de la liberación de neurotransmisores excitotóxicos como el glutamato [82, 84-87]. La disminución de la presión intracraneal inducida por hipotermia se produce a través de múltiples mecanismos: disminución de CMRO2 y, por tanto, en el FSC y el volumen sanguíneo cerebral, disminución del edema isquémico y disminución de la PaCO2.

Varios estudios con modelos animales han demostrado que la hipotermia puede mejorar el resultado después de una LCT experimental [84, 88, 89]. Estos resultados han dado lugar a ensayos clínicos. Los estudios que incluyeron pacientes con PIC elevada refractaria mostraron una disminución de la PIC durante el enfriamiento [84, 90-93]. Un estudio prospectivo multicéntrico aleatorizado no encontró ningún efecto beneficioso sobre el resultado [48]. Sin embargo, en un subgrupo de pacientes que presentaban hipotermia al ingreso, el 52% de los asignados al grupo de hipotermia tuvieron malos resultados, mientras que el 76% de los asignados al grupo de normotermia tuvieron malos resultados. Un metaanálisis reciente sugiere que el tratamiento con hipotermia puede reducir la mortalidad y mejorar el resultado neurológico si el tratamiento se mantiene durante más de 48 horas [94]. Las directrices para el tratamiento del TCE grave tienen recomendaciones limitadas de hipotermia profiláctica al nivel III debido a posibles factores de confusión [95].

La hipotermia terapéutica parece ser una herramienta atractiva, pero su manejo requiere equipos experimentados. En nuestra unidad de cuidados neurointensivos recomendamos su uso en pacientes con TCE grave que presenten hipotermia a su llegada al hospital y como opción de tercera línea para el tratamiento de la hipertensión intracraneal (temperatura objetivo 33 ° C durante al menos 48 horas).

La fiebre también se puede considerar como una respuesta adaptativa que mejora la capacidad de controlar la infección. La inducción de normotermia puede afectar esta respuesta adaptativa. De hecho, se ha informado que el uso de antipiréticos prolonga la evolución de ciertos tipos de infecciones bacterianas y virales [96, 97]. Los estudios han demostrado una correlación entre la respuesta febril y una mayor tasa de supervivencia en pacientes con neumonía adquirida en la comunidad, Escherichia coli, neumonía por Streptococcus, y Pseudomonas aeruginosa sepsis [98-101]. La fiebre también tiene el efecto directo de inhibir la replicación de algunos microorganismos y aumenta el efecto antibacteriano de una variedad de antibióticos [102, 103]. Schulman y col. comunicaron tasas de mortalidad más altas en pacientes críticamente enfermos con tratamiento agresivo (tratamiento cuando la temperatura era & gt38,5 ° C) en comparación con un grupo permisivo (tratamiento cuando la temperatura era & gt40 ° C) [104]. Recientemente, sin embargo, Schortgen et al. describieron el efecto del enfriamiento externo para el control de la fiebre durante el choque séptico en un ensayo controlado aleatorizado multicéntrico. La temperatura corporal fue más baja en el grupo de enfriamiento después de 2 horas (36,8 ° C versus 38,4 ° C), lo que resulta en una disminución significativa de la dosis de vasopresor y una mejor reversión del choque. Además, la tasa de mortalidad del día 14 fue mejor en el grupo de enfriamiento (19% versus 34%) [105]. Por lo tanto, en este estudio, se demostró que el control de la fiebre durante el shock séptico es seguro. Sin embargo, se deben enfatizar varios puntos importantes de este estudio. Primero, la principal fuente de infección fue el pulmón y no el abdomen en los casos que involucran a este último, los efectos deletéreos del control de la fiebre se han demostrado en modelos experimentales [106, 107]. En segundo lugar, la mayoría de los pacientes del estudio de Schortgen han recibido la terapia antimicrobiana adecuada, mitigando así el posible efecto negativo del control de la fiebre sobre las defensas del huésped [102]. Además, es importante enfatizar que el objetivo de este estudio fue el control de la fiebre y no la inducción de hipotermia. Es de destacar que en varios estudios previos se demostró un mayor riesgo de contraer una infección después de una hipotermia terapéutica leve [108, 109].

4.2. Hemorragia subaracnoidea grave

La hemorragia subaracnoidea no traumática (HSA) se produce principalmente debido a la rotura del aneurisma intracraneal [110]. Una hemorragia interna repentina causa una PIC alta. El sangrado en los espacios subaracnoideos, a veces con hemorragia intraventricular o hematoma intraparenquimatoso, sigue a la rotura de un aneurisma. La hipoxia del tejido cerebral puede producirse en relación con una disminución significativa del FSC y la formación de edema [111]. Después de una HSA grave, la temperatura cerebral suele ser superior a la temperatura central [112]. Una hipótesis atractiva implica el papel potencial de los productos de degradación del hemo. La hemooxigenasa degrada la molécula de hemo a biliverdina, hierro y monóxido de carbono (CO) [113]. En ratas, la inyección intraventricular de CO aumenta la temperatura corporal en más de 1 ° C [114].

Un estudio prospectivo en pacientes ingresados ​​por HSA grave encontró una relación entre la temperatura cerebral y la supervivencia [112]. En TBI, cuando la temperatura cerebral medida es más baja que la temperatura corporal (vejiga), el pronóstico es muy malo. Esta disminución de temperatura también podría estar relacionada con una disminución significativa en CBF.

En la fase aguda de la HSA son frecuentes las alteraciones en la regulación de la temperatura corporal. La fiebre, definida como temperatura corporal & gt 38,3 ° C, se presenta hasta en un 72% de los pacientes con HSA por aneurisma [115, 116]. La fiebre no infecciosa, que suele comenzar en los primeros 3 días, es frecuente en pacientes con HSA [117]. En pacientes con hemorragia intraventricular, la temperatura corporal aumenta de forma persistente (meseta) en lugar de presentar picos [68]. La fiebre refractaria durante los primeros 10 días después de la HSA se asocia con un aumento de la mortalidad, discapacidad funcional grave y deterioro cognitivo entre los supervivientes [3]. La carga acumulada de fiebre, definida como la suma del tiempo a la temperatura corporal & gt 38,3 ° C en los primeros 13 días, se asocia con un peor resultado y con una recuperación tardía y, a menudo, incompleta en pacientes de buen grado y una posible recuperación tardía en pacientes de bajo grado. [118]. Además, la fiebre induce malestar metabólico cerebral y se han documentado relaciones elevadas de lactato / piruvato mediante microdiálisis durante los episodios febriles. En un estudio corto, Oddo et al. encontraron una asociación entre la fiebre y el malestar metabólico cerebral y mostraron que el malestar metabólico cerebral se puede reducir con el control de la fiebre independientemente del manejo de la presión intracraneal [119]. La normotermia inducida se relacionó con una reducción significativa en la relación lactato / piruvato y menos episodios de crisis metabólica cerebral, lo que respalda la opinión de que el control de la fiebre puede ser "neuroprotector". Esta evidencia sugiere que la fiebre podría ser perjudicial y que su control podría reducir la angustia metabólica.

Una revisión reciente describe la incidencia, el impacto y el tratamiento de la fiebre en pacientes con HSA [120]. En la HSA, la fiebre se asocia con un peor pronóstico y un aumento de la estancia hospitalaria [121] y tiene efectos perjudiciales independientes del vasoespasmo. La fiebre también se ha relacionado con el vasoespasmo sintomático independientemente de la gravedad de la hemorragia o de la presencia de infección [113, 122]. Esta asociación podría deberse a la activación inflamatoria posterior a la HSA [123], que podría estar implicada en el desarrollo de ambos fenómenos. Además de la gravedad de la enfermedad y de la cantidad de sangre en el espacio subaracnoideo, la presencia de hemorragia intraventricular es un factor de riesgo importante para el desarrollo de fiebre [3, 68]. La fiebre exacerba la lesión isquémica [75], empeora el edema cerebral, aumenta la presión intracraneal [25] y puede conducir a una disminución del nivel de conciencia.

No se ha estudiado la hipotermia en pacientes con HSA grave tratados en unidades de cuidados intensivos. Se ha propuesto la hipotermia intraoperatoria profunda para proteger el tejido cerebral del daño isquémico relacionado con la cirugía. Una revisión reciente de la colaboración Cochrane evaluó el efecto de la hipotermia leve intraoperatoria sobre la muerte postoperatoria y los déficits neurológicos en pacientes con aneurismas intracraneales [124]. Los autores concluyeron que no había datos suficientes para sacar conclusiones y que, por tanto, no debería recomendarse la hipotermia terapéutica durante la cirugía en pacientes con HSA aneurismática de mal grado. Recientemente, las guías para el manejo de la HSA por aneurisma han propuesto recomendaciones sobre el manejo anestésico durante el tratamiento quirúrgico y endovascular. La hipotermia inducida durante la cirugía de aneurisma no se recomienda de forma rutinaria, pero puede ser una opción razonable en casos seleccionados (Clase III, nivel de evidencia B) [125]. El estudio IHAST comparó 499 pacientes asignados aleatoriamente a un grupo de hipotermia intraoperatoria durante la cirugía por aneurisma intracraneal (temperatura objetivo 33 ° C) versus 501 pacientes en un grupo de normotermia (36,5 ° C) [126]. El objetivo del estudio fue determinar si el enfriamiento intraoperatorio durante la craneotomía abierta resultó en un mejor resultado entre los pacientes con HSA aguda por aneurisma. Los resultados no mostraron diferencias significativas entre los dos grupos. Otros estudios no han mostrado ningún beneficio de la hipotermia sobre la función cognitiva o el resultado neuropsicológico después de la HSA [127, 128].

La hipotermia terapéutica no se utiliza ni se recomienda de forma rutinaria en la HSA grave. En la práctica, no utilizamos enfriamiento intraoperatorio debido a la falta de evidencia para su uso.

4.3. Carrera

El accidente cerebrovascular isquémico es una de las principales causas de discapacidad de los adultos en los países industrializados [129]. El accidente cerebrovascular causa daño cerebral permanente y deterioro a largo plazo. En las regiones del núcleo central de la agresión, las células neuronales mueren en cuestión de minutos. Alrededor de este núcleo, los niveles de FSC pueden caer por debajo de los umbrales funcionales, pero por encima del umbral de muerte celular, esta área se ha denominado penumbra [130]. La zona penumbral permite la supervivencia celular solo durante un período de tiempo, pero al menos parte del tejido de esta zona es potencialmente recuperable.

Después de un accidente cerebrovascular isquémico, la temperatura en las áreas del cerebro afectadas por la isquemia es más alta que la temperatura en las partes no afectadas del cerebro y el resto del cuerpo [33]. Se han realizado ensayos clínicos de hipotermia terapéutica en pacientes con ictus isquémico basándose en observaciones de que en modelos animales la hipotermia reduce el tamaño de los infartos cerebrales en más de la mitad [131]. Además, en los pacientes con accidente cerebrovascular, la temperatura corporal más alta se asocia con un peor resultado [4].

Los procesos que determinan la temperatura del cerebro después de un accidente cerebrovascular isquémico humano no se comprenden completamente. Puede haber disociación entre la actividad metabólica y la generación de calor en el cerebro isquémico. Una respuesta sistémica al aumento de citocinas inflamatorias sistémicas después de un accidente cerebrovascular también podría aumentar la temperatura cerebral. La interleucina-6 (IL-6) desencadena la liberación de otras citocinas proinflamatorias y su presencia es importante para la generación de fiebre [132]. Los niveles más altos de IL-6 y proteínas de fase aguda se asocian con un peor resultado funcional después de un accidente cerebrovascular [133, 134], y un mecanismo potencial para la asociación con un mal resultado es un aumento de la temperatura cerebral. Whiteley y col. recientemente estudió a 44 pacientes con accidente cerebrovascular isquémico agudo y encontró una asociación entre los niveles de IL-6, así como las proteínas de fase aguda aguas abajo, como la proteína C reactiva y el fibrinógeno, y los cambios en la temperatura cerebral o corporal durante los primeros 5 días después del accidente cerebrovascular. [135]. En este estudio, la temperatura cerebral se registró en el momento del ingreso hospitalario y 5 días después del accidente cerebrovascular utilizando imágenes espectroscópicas de resonancia magnética multivoxel del cerebro de apariencia normal y de la lesión isquémica aguda, que se definió mediante imágenes ponderadas por difusión [35]. La temperatura media en el cerebro DWI-isquémico poco después de la admisión fue de 38,4 ° C (intervalo de confianza (IC) del 95%: 38,2-38,6), mientras que en el cerebro DWI-normal la temperatura media fue de 37,7 ° C (IC del 95%: 37,6-37,7). La temperatura corporal media fue de 36,6 ° C (IC del 95%: 36,3–37,0). Los niveles más altos de interleucina-6, proteína C reactiva y fibrinógeno se asociaron con una temperatura más alta en el cerebro normal DWI al ingreso y a los 5 días.

Se ha propuesto la hipotermia terapéutica como estrategia neuroprotectora tras un ictus isquémico. En pacientes que padecen isquemia cerebral, la hipotermia terapéutica puede minimizar la extensión de la lesión modulando varios pasos de la cascada isquémica [136]. El manejo de la temperatura objetivo reduce la excitotoxicidad neuronal al bloquear la liberación de glutamato y dopamina, lo que reduce la entrada de calcio y la peroxidación de lípidos y, por lo tanto, atenúa la producción de radicales libres [85]. La reducción de la producción de radicales libres relacionada con la temperatura se ha asociado con una disminución del daño neuronal durante las fases isquémica y de reperfusión [137]. Otra hipótesis es que la hipotermia terapéutica puede favorecer la regulación positiva de los genes de respuesta al estrés que producen proteínas antiapoptóticas. Estos productos génicos se traslocan a los núcleos, donde regulan la expresión génica favoreciendo la supervivencia celular [138, 139].

En estudios experimentales de ictus, la hipotermia leve (32-34 ° C) pareció ser superior a otras temperaturas probadas, por ejemplo, resultó en una reducción mayor en el volumen del infarto que 27 ° C [140] y mejor tolerancia que 30 ° C [141 ]. Varios estudios sugieren que la hipotermia es neuroprotectora cuando se aplica poco después del accidente cerebrovascular y que sigue siendo beneficiosa si se prolonga la duración del enfriamiento [142-144]. Cabe señalar que en muchos estudios con animales la hipotermia terapéutica se inicia antes o al inicio del accidente cerebrovascular isquémico, mientras que en situaciones clínicas, los pacientes suelen llegar al hospital varias horas después del inicio de la lesión. Además, la mayoría de los pacientes reciben hipotermia durante varios días, mientras que los modelos animales utilizan la hipotermia solo durante breves períodos de enfriamiento. La fase de recalentamiento después de la hipotermia terapéutica también es crucial porque el recalentamiento rápido puede potenciar los efectos isquémicos deletéreos. Berger y col. han demostrado que el recalentamiento lento reduce significativamente el volumen del infarto en comparación con el recalentamiento rápido [145].

Una revisión reciente encontró 17 estudios clínicos relevantes sobre el uso de hipotermia después de un accidente cerebrovascular isquémico (4 estudios observacionales, 5 ensayos clínicos autocontrolados y 8 ensayos clínicos controlados en paralelo) [129]. Los estudios observacionales muestran que la temperatura de admisión es un factor pronóstico de mala evolución neurológica y mortalidad en el ictus isquémico [146-148]. Los estudios autocontrolados adolecen de la falta de un grupo de control adecuado y sus resultados no son lo suficientemente sólidos como para justificar la conclusión de que la hipotermia influye en el resultado del ictus [149-153]. De los ensayos clínicos controlados en paralelo que se han realizado hasta la fecha, sólo uno mostró una mejora en la NIHSS (National Institutes of Health Stroke Scale) y diferencias significativas en la tasa de mortalidad con la combinación de hipotermia y craniectomía en comparación con la craniectomía sola [154]. Se han completado dos estudios aleatorios doble ciego. Uno no informó ninguna diferencia entre la hipotermia y la normotermia para la mortalidad o NIHSS a las 24 horas o 72 horas en pacientes sometidos a craniectomía [155]. Se ha encontrado que la mortalidad es similar entre los grupos de hipotermia y de control en todos los ensayos clínicos aleatorios ciegos [155, 156].

La literatura adolece de falta de pruebas que apoyen el uso de hipotermia terapéutica leve en pacientes con accidente cerebrovascular isquémico.

5. Conclusión

Después de una lesión cerebral grave, generalmente no se mide la temperatura cerebral, aunque varios estudios han demostrado que puede diferir significativamente de la temperatura central. La medición de la temperatura corporal a menudo subestima la temperatura del cerebro, especialmente en situaciones en las que el sistema nervioso central es vulnerable. La disociación entre la temperatura cerebral y corporal podría ser un signo de mal pronóstico. Después de una lesión cerebral grave, la temperatura del cerebro, al igual que la presión intracraneal, debe controlarse continuamente utilizando en el lugar Medición: lo más probable es que dicha medición forme parte de la monitorización multimodal de los pacientes para prevenir lesiones secundarias al cerebro.

El manejo de la fiebre debe tener en cuenta la protección del cerebro de agresiones secundarias, así como la capacidad de luchar contra las infecciones. Lo más probable es que la fiebre deba tratarse de manera agresiva en los primeros días de TBI, HSA o accidente cerebrovascular, pero se necesitan ensayos controlados aleatorios para evaluar la relación riesgo-beneficio. La hipotermia terapéutica ha dado resultados prometedores en modelos animales de TCE, HSA o accidente cerebrovascular, pero su utilidad en la práctica clínica aún se debate. En el TCE grave, la hipotermia terapéutica permite controlar la elevación de la presión intracraneal, pero sus efectos sobre el resultado y la mortalidad no se han demostrado de manera concluyente. En pacientes con HSA aneurismática de mal grado, no se recomienda la hipotermia terapéutica durante la cirugía aneurismática. El beneficio de la hipotermia para reducir el tamaño del infarto en humanos después de un accidente cerebrovascular isquémico no está claro.

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Derechos de autor

Copyright & # xa9 2012 S & # xe9gol & # xe8ne Mrozek et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo la licencia de atribución de Creative Commons, que permite el uso, distribución y reproducción sin restricciones en cualquier medio, siempre que el trabajo original se cite correctamente.


Investigación fundamental sobre monos

Los investigadores de Princeton encontraron por primera vez la regeneración celular en el hipocampo y la zona subventricular de los ventrículos laterales en los monos, que son estructuras importantes para la formación de la memoria y las funciones del sistema nervioso central.

Esto fue significativo, pero no tan importante como el hallazgo de neurogénesis en 1999 en la sección de la corteza cerebral del cerebro de los monos. La corteza cerebral es la parte más compleja del cerebro y los científicos se sorprendieron al encontrar la formación de neuronas en esta área del cerebro de alta función. Los lóbulos de la corteza cerebral son responsables de la toma de decisiones y el aprendizaje de alto nivel.

La neurogénesis adulta se descubrió en tres áreas de la corteza cerebral:

  • La región prefrontal, que controla la toma de decisiones.
  • La región temporal inferior, que juega un papel en el reconocimiento visual.
  • La región parietal posterior, que juega un papel en la representación 3D.

Los investigadores creían que estos resultados requerían una reevaluación fundamental del desarrollo del cerebro de los primates. Aunque la investigación de la corteza cerebral ha sido fundamental para el avance de la investigación científica en esta área, el hallazgo sigue siendo controvertido ya que aún no se ha demostrado que ocurra en el cerebro humano.


Contenido

El gradiente electroquímico es el gradiente del potencial electroquímico:

El potencial electroquímico es importante en la química electroanalítica y en aplicaciones industriales como baterías y pilas de combustible. Representa una de las muchas formas intercambiables de energía potencial a través de las cuales se puede conservar la energía.

En los procesos biológicos, la dirección en que se mueve un ion por difusión o transporte activo a través de una membrana está determinada por el gradiente electroquímico. En las mitocondrias y los cloroplastos, los gradientes de protones se utilizan para generar un potencial quimiosmótico que también se conoce como fuerza motriz del protón. Esta energía potencial se utiliza para la síntesis de ATP mediante fosforilación oxidativa o fotofosforilación, respectivamente. [2]

Un gradiente electroquímico tiene dos componentes. Primero, el componente eléctrico es causado por una diferencia de carga a través de la membrana lipídica. En segundo lugar, un componente químico es causado por una concentración diferencial de iones a través de la membrana. La combinación de estos dos factores determina la dirección termodinámicamente favorable para el movimiento de un ión a través de una membrana. [1] [3]

Un gradiente electroquímico es análogo a la presión del agua a través de una presa hidroeléctrica. Las proteínas de transporte de membrana, como la bomba de sodio-potasio dentro de la membrana, son equivalentes a turbinas que convierten la energía potencial del agua en otras formas de energía física o química, y los iones que atraviesan la membrana son equivalentes al agua que termina en el fondo. de la presa. Además, la energía se puede utilizar para bombear agua al lago sobre la presa. De manera similar, la energía química en las células se puede usar para crear gradientes electroquímicos. [4] [5]

El término se aplica típicamente en contextos en los que tiene lugar una reacción química, como una que implica la transferencia de un electrón a un electrodo de batería. En una batería, un potencial electroquímico que surge del movimiento de iones equilibra la energía de reacción de los electrodos. El voltaje máximo que puede producir una reacción de la batería a veces se llama potencial electroquímico estándar de esa reacción (ver también Potencial de electrodo y Tabla de potenciales de electrodo estándar). En los casos que pertenecen específicamente al movimiento de solutos cargados eléctricamente, el potencial se expresa a menudo en unidades de voltios. Ver: celda de concentración.

La generación de un potencial eléctrico transmembrana a través del movimiento de iones a través de la membrana celular impulsa procesos biológicos como la conducción nerviosa, la contracción muscular, la secreción hormonal y los procesos sensoriales. Por convención, una célula animal típica tiene un potencial eléctrico transmembrana de -50 mV a -70 mV dentro de la célula en relación con el exterior. [6]

Los gradientes electroquímicos también juegan un papel en el establecimiento de gradientes de protones en la fosforilación oxidativa en las mitocondrias. El paso final de la respiración celular es la cadena de transporte de electrones. Cuatro complejos incrustados en la membrana interna de la mitocondria forman la cadena de transporte de electrones. Sin embargo, solo los complejos I, III y IV bombean protones desde la matriz al espacio intermembrana (IMS). En total, hay diez protones translocados de la matriz al IMS que genera un potencial electroquímico de más de 200 mV. Esto impulsa el flujo de protones de regreso a la matriz a través de la ATP sintasa que produce ATP al agregar un fosfato inorgánico al ADP. [7] Por lo tanto, la generación de un gradiente electroquímico de protones es crucial para la producción de energía en las mitocondrias. [8] La ecuación total para la cadena de transporte de electrones es:

De manera similar a la cadena de transporte de electrones, las reacciones de la fotosíntesis dependientes de la luz bombean protones hacia la luz tilacoide de los cloroplastos para impulsar la síntesis de ATP por la ATP sintasa. El gradiente de protones se puede generar mediante fotofosforilación cíclica o no cíclica. De las proteínas que participan en la fotofosforilación no cíclica, el fotosistema II (PSII), la plastiquinona y el citocromo b6El complejo f contribuye directamente a generar el gradiente de protones. Por cada cuatro fotones absorbidos por PSII, se bombean ocho protones al lumen. [10] La ecuación total para la fotofosforilación es:

2 NADP + + 6 H + (estroma) + 2 H2O → 2 NADPH + 8 H + (lumen) + O2. [11]

Varios otros transportadores y canales de iones juegan un papel en la generación de un gradiente electroquímico de protones. Uno es TPK3, un canal de potasio que es activado por Ca 2+ y conduce K + desde la luz del tilacoide al estroma, lo que ayuda a establecer el gradiente de pH. Por otro lado, el antiportador de eflujo K + electro-neutro (KEA3) transporta K + al lumen tilacoide y H + al estroma, lo que ayuda a establecer el campo eléctrico. [12]

Dado que los iones están cargados, no pueden atravesar la membrana por simple difusión. Dos mecanismos diferentes pueden transportar los iones a través de la membrana: transporte activo o pasivo. Un ejemplo de transporte activo de iones es la Na + -K + -ATPasa (NKA). NKA cataliza la hidrólisis de ATP en ADP y un fosfato inorgánico y por cada molécula de ATP hidrolizada, tres Na + se transportan al exterior y dos K ​​+ se transportan al interior de la célula. Esto hace que el interior de la célula sea más negativo que el exterior y, más específicamente, genera un potencial de membrana. Vmembrana de aproximadamente -60mV. [5] Un ejemplo de transporte pasivo son los flujos de iones a través de los canales de Na +, K +, Ca 2+ y Cl -. Estos iones tienden a descender por su gradiente de concentración. Por ejemplo, dado que hay una alta concentración de Na + fuera de la célula, el Na + fluirá a través del canal de Na + hacia la célula. Dado que el potencial eléctrico dentro de la célula es negativo, el influjo de un ión positivo despolariza la membrana, lo que acerca el potencial eléctrico transmembrana a cero. Sin embargo, el Na + continuará descendiendo por su gradiente de concentración siempre que el efecto del gradiente químico sea mayor que el efecto del gradiente eléctrico. Una vez que el efecto de ambos gradientes es igual (para Na + esto a un potencial de membrana de aproximadamente + 70 mV), el influjo de Na + se detiene porque la fuerza impulsora (ΔG) es cero. La ecuación de la fuerza motriz es: [13] [14]

En esta ecuación, R representa la constante de gas, T representa la temperatura absoluta, z es la carga iónica, y F representa la constante de Faraday. [15]

Las concentraciones de iones celulares se dan en la siguiente tabla. X- representa proteínas con carga neta negativa.

  1. ^ aBC Ligado
  2. ^ aBC Gratis
  3. ^ Total
  4. ^ Ionizado
  5. ^ Depende del medio

Los gradientes de protones en particular son importantes en muchos tipos de células como forma de almacenamiento de energía. El gradiente se usa generalmente para impulsar la ATP sintasa, la rotación flagelar o el transporte de metabolitos. [23] Esta sección se centrará en tres procesos que ayudan a establecer gradientes de protones en sus respectivas células: bacteriorrodopsina y fotofosforilación no cíclica y fosforilación oxidativa.

Bacteriorrodopsina Editar

La forma en que la bacteriorrodopsina genera un gradiente de protones en Archaea es a través de una bomba de protones. La bomba de protones se basa en portadores de protones para impulsar protones desde el lado de la membrana con una concentración baja de H + hacia el lado de la membrana con una concentración alta de H +. En la bacteriorrodopsina, la bomba de protones se activa mediante la absorción de fotones de longitud de onda de 568 nm que conduce a la isomerización de la base de Schiff (SB) en la retina formando el estado K. Esto aleja a SB de Asp85 y Asp212, lo que provoca la transferencia de H + desde SB a Asp85 formando el estado M1. La proteína luego cambia al estado M2 separando Glu204 de Glu194 que libera un protón de Glu204 en el medio externo. El SB es reprotonado por Asp96, que forma el estado N. Es importante que el segundo protón provenga de Asp96, ya que su estado desprotonado es inestable y reprotona rápidamente con un protón del citosol. La protonación de Asp85 y Asp96 provoca la reisomerización del SB formando el estado O. Finalmente, la bacteriorrodopsina vuelve a su estado de reposo cuando Asp85 libera su protón a Glu204. [23] [24]

Fotofosforilación Editar

El PSII también se basa en la luz para impulsar la formación de gradientes de protones en los cloroplastos, sin embargo, el PSII utiliza la química redox vectorial para lograr este objetivo. En lugar de transportar físicamente protones a través de la proteína, las reacciones que requieren la unión de protones ocurrirán en el lado extracelular, mientras que las reacciones que requieren la liberación de protones ocurrirán en el lado intracelular. La absorción de fotones de longitud de onda de 680 nm se utiliza para excitar dos electrones en P680 a un nivel de energía superior. Estos electrones de mayor energía se transfieren a la plastoquinona unida a proteínas (PQA) y luego a plastoquinona libre (PQB). Esto reduce la plastoquinona (PQ) a plastoquinol (PQH2) que se libera del PSII después de obtener dos protones del estroma. Los electrones en P680 se reponen oxidando el agua a través del complejo generador de oxígeno (OEC). Esto resulta en la liberación de O2 y H + en el lumen. [23] Se muestra la reacción total:

4 fotones (680 nm) + 2 H 2 O + 2 PQ + 4 H + (estroma) ⟶ O 2 + 2 PQH 2 + 4 H + (lumen) < displaystyle 4 photons (680nm) + 2H_ <2 > O + 2PQ + 4H ^ <+> (estroma) longrightarrow O_ <2> + 2PQH_ <2> + 4H ^ <+> (lumen)> [23]

Después de ser liberado de PSII, PQH2 viaja al citocromo b6f complejo que luego transfiere dos electrones de PQH2 a plastocianina en dos reacciones separadas. El proceso que ocurre es similar al ciclo Q en el Complejo III de la cadena de transporte de electrones. En la primera reacción, PQH2 se une al complejo en el lado de la luz y un electrón se transfiere al centro de hierro-azufre que luego lo transfiere al citocromo f, que luego lo transfiere a la plastocianina. El segundo electrón se transfiere al hemo bL que luego lo transfiere al hem bH que luego lo transfiere a PQ. En la segunda reacción, un segundo PQH2 se oxida, agregando un electrón a otra plastocianina y PQ. Ambas reacciones juntas transfieren cuatro protones al lumen. [25] [26]

Fosforilación oxidativa Editar

En la cadena de transporte de electrones, el complejo I (CI) cataliza la reducción de ubiquinona (UQ) a ubiquinol (UQH2) por la transferencia de dos electrones del dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido (NADH) que transloca cuatro protones de la matriz mitocondrial al IMS: [27]

El complejo III (CIII) cataliza el ciclo Q. El primer paso que involucra la transferencia de dos electrones del UQH2 reducido por CI a dos moléculas de citocromo c oxidado en el Qo sitio. En el segundo paso, dos electrones más reducen UQ a ​​UQH2 en el QI sitio. [27] Se muestra la reacción total:

El complejo IV (CIV) cataliza la transferencia de dos electrones del citocromo c reducido por CIII a la mitad de un oxígeno completo. La utilización de un oxígeno completo en la fosforilación oxidativa requiere la transferencia de cuatro electrones. Luego, el oxígeno consumirá cuatro protones de la matriz para formar agua, mientras que otros cuatro protones se bombean al IMS. [27] Se muestra la reacción total:

2 citocromoc (reducido) + 4 H + (matriz) + 1/2 O 2 ⟶ 2 citocromoc (oxidado) + 2 H + (IMS) + H 2 O < displaystyle 2 cytochrome c (reducido) + 4H ^ <+> (matriz) + 1/2 O_ <2> longrightarrow 2 cytochrome c (oxidado) + 2H ^ <+> (IMS) + H_ <2> O> [27]


¿Pueden ciertas frecuencias de ondas electromagnéticas o radiación interferir con el funcionamiento del cerebro?

Definitivamente. La radiación es energía y los hallazgos de la investigación brindan al menos alguna información sobre cómo tipos específicos pueden influir en el tejido biológico, incluido el del cerebro. En algunos casos, el efecto puede ser terapéutico. Por ejemplo, la estimulación magnética transcraneal (EMT) es una técnica utilizada para inducir una interrupción a corto plazo de la actividad normal en un área relativamente restringida del cerebro al cambiar rápidamente un campo magnético fuerte cerca del área de interés. Mark George proporcionó un buen relato de TMS en la edición de septiembre de 2003 de Scientific American. En él, describió cómo las bobinas de alambre montadas en la cabeza pueden entregar pulsos magnéticos poderosos pero evanescentes directamente en regiones focales del cerebro para modular sin dolor la actividad neuronal induciendo corrientes eléctricas diminutas. Clínicamente, la TMS puede ser útil para aliviar ciertos síntomas, incluidos los de la depresión.

Los investigadores suelen diferenciar entre los efectos de la radiación ionizante (como ultravioleta lejana, rayos X y rayos gamma) y la radiación no ionizante (incluida la luz visible, microondas y radio). La variedad ionizante puede ser indeseable porque puede causar daños y mutaciones en el ADN, por lo que todos deberíamos limitar nuestra exposición a sus fuentes, entre ellas, materiales radiactivos y radiación solar. Sin embargo, dada la tecnología moderna, la radiación no ionizante de líneas eléctricas, dispositivos inalámbricos personales, torres de telefonía celular y otras fuentes es prácticamente inevitable. Los campos electromagnéticos (EMF) de frecuencia extremadamente baja rodean los electrodomésticos, así como las líneas de transmisión eléctrica de alto voltaje y los transformadores.

La evidencia de los efectos en la salud de los CEM, incluida su influencia en el cerebro, no es concluyente, y la probabilidad de que la exposición a los CEM sea un peligro genuino para la salud es actualmente pequeña. Sin embargo, la exposición a altos niveles de energía no ionizante, como en las frecuencias de ondas de radio, puede dañar la estructura y función del sistema nervioso. Por ejemplo, las frecuencias de microondas por debajo de los 3000 megahercios pueden penetrar las capas externas de la piel, ser absorbidas en los tejidos subyacentes y provocar todos los efectos biológicos conocidos del calentamiento, incluidas quemaduras, cataratas y posiblemente la muerte.De hecho, los reguladores gubernamentales establecen la mayoría de los límites de exposición para garantizar que la cantidad de tejido calentado por la absorción de energía no exceda lo que el cuerpo puede tomar.

Es posible que el calentamiento no sea el único efecto de la radiación. Algunos científicos afirman que el tejido humano, incluido el cerebro, puede verse afectado de forma no térmica. Lamentablemente, muchos parámetros de exposición, como la frecuencia, la orientación, la modulación, la densidad de potencia y la duración, dificultan la comparación directa de experimentos y la obtención de conclusiones específicas a niveles no térmicos. Además, es importante recordar que, quizás como era de esperar, las interpretaciones de los hallazgos en esta área de investigación están envueltas en controversias, particularmente porque intereses especiales pueden influir en algunas de las investigaciones. La publicación de hallazgos no necesariamente valida científicamente un estudio.

A niveles más bajos de exposición, la evidencia de efectos específicos que pueden ocurrir como resultado de interacciones neuronales directas con campos de radiofrecuencia es escasa. Además, muchos de los estudios que afirman resultados provocativos aún no han sido replicados por laboratorios independientes. Otros estudios describen asociaciones potenciales. Por ejemplo, un informe reciente sugiere que el campo electromagnético de baja intensidad de las tormentas geomagnéticas (perturbaciones en el campo magnético terrestre causadas por ráfagas de viento solar) puede tener una influencia sutil pero mensurable en la incidencia de suicidios en las mujeres.

En los últimos años, los teléfonos móviles, que transmiten y reciben frecuencias de radio, se han vuelto omnipresentes. Los investigadores han investigado si estas ondas de radio de baja intensidad influyen en el sistema nervioso central y el rendimiento cognitivo. Algunos estudios concluyeron que la exposición al teléfono celular mejoraba ciertos aspectos del rendimiento cognitivo medidos por el tiempo de reacción y la precisión, otros no mostraron diferencias, y algunos, incluida una investigación muy reciente, mostraron que dicha exposición tenía efectos perjudiciales en contextos específicos como la capacidad de atención. . La literatura científica carece de una réplica de los efectos negativos o positivos de la exposición sobre la cognición y se requiere más trabajo para verificar y conciliar las diferencias entre los estudios que informan efectos contradictorios o nulos.

Desafortunadamente, al menos algunos de estos estudios no cumplen con muchos de los criterios para una buena investigación, lo que debilita aún más su valor científico. Por lo tanto, se requieren estudios más bien controlados para validar las conclusiones sobre si la exposición a los teléfonos celulares influye en la cognición, especialmente a largo plazo. No obstante, la mayoría de los efectos notificados son pequeños siempre que la intensidad de la radiación se encuentre dentro del rango no térmico razonable y su duración no exceda la exposición común para los usuarios.

En 2002, el Reino Unido publicó un folleto en el que recomendaba que los niños y los jóvenes usaran los teléfonos móviles lo menos posible. Un año después, el ministro del Interior de Tailandia consideró la prohibición de su uso por parte de los niños. Pero en 2004, el Consejo de Salud de los Países Bajos, incapaz de encontrar datos científicos convincentes que demuestren una diferencia entre niños y adultos en la absorción de energía electromagnética, no encontró ninguna razón para recomendar limitar el uso infantil.

No conocía evidencia científica sólida que respaldara tales preocupaciones, pero dado que mi teléfono celular era uno de los juguetes favoritos de mis hijos pequeños, lo dejé jugar con él solo después de asegurarme de que estaba apagado. Un enfoque de precaución sigue siendo justificable porque los efectos perjudiciales no pueden descartarse por completo. Ahora que mi hijo ha aprendido a volver a encender mi teléfono, sin embargo, me recuerdo a mí mismo que cuando estos teléfonos se usan en público, los efectos indirectos sobre la salud que sufren los transeúntes molestos pueden superar las perturbaciones neuronales directas de sus usuarios.

Aún así, un informe muy reciente asocia un mayor riesgo de tumor cerebral maligno con el uso prolongado de teléfonos celulares. Este informe no representa un nuevo estudio, sino un análisis combinado de dos estudios de casos y controles basados ​​en la población publicados en 2003 y 2005. Los resultados de este informe son difíciles de interpretar porque el diseño experimental es notablemente diferente al de estudios anteriores de uso prolongado de teléfonos celulares y cáncer de cerebro. Por ejemplo, la evaluación de la exposición se realizó principalmente mediante cuestionarios enviados por correo, no se abordaron múltiples factores de confusión y se corrigió un único ajuste estadístico solo para el año del diagnóstico. Además, no existe un mecanismo de acción convincente y no está claro qué proceso fisiológico podría explicar una correlación tan decisiva. Finalmente, los resultados son incongruentes con la mayoría de los estudios en animales, que no muestran ninguna relación entre la exposición al teléfono celular y el cáncer de cerebro.

Por supuesto, los teléfonos móviles no son la única forma de exposición a la radiación, simplemente un ejemplo de tecnología popular. Y, al igual que con TMS, algunas exposiciones pueden ser útiles en ciertos contextos. La resonancia magnética (IRM) del cerebro vivo utiliza un campo magnético impuesto externamente. Los hallazgos preliminares sugieren que el estado de ánimo de los pacientes con trastorno bipolar mejora inmediatamente después de someterse a un procedimiento específico de resonancia magnética. Es posible que este efecto funcione de manera similar a la de TMS en los síntomas de depresión, pero se justifica una mayor investigación.


Discusión

Hemos obtenido las primeras mediciones continuas de la temperatura del cerebro y la sangre arterial en cualquier ave que vive en libertad en su hábitat natural. Nuestros resultados muestran que los avestruces mantuvieron la temperatura del cerebro dentro de un rango diario estrecho de aproximadamente 2 ° C, y que la temperatura del cerebro fluctuó menos en escalas de tiempo cortas (horas o minutos) que la temperatura de la sangre arterial que irriga la cabeza. Los patrones de temperatura cerebral, sin embargo, diferían entre los animales, y algunos avestruces ocasionalmente exhibían temperaturas cerebrales más bajas que la temperatura de la sangre carotídea, pero otros rara vez emplean un enfriamiento cerebral selectivo. Aunque el enfriamiento cerebral selectivo tendía a estar presente a temperaturas corporales elevadas, durante la tarde no hubo una relación clara entre la temperatura corporal y la implementación del enfriamiento cerebral selectivo. En contraste con la temperatura del cerebro, la temperatura de la sangre carotídea fue relativamente constante a lo largo de los días dentro de los animales individuales y entre los animales. Sin embargo, las temperaturas de las carótidas se correlacionaron fuertemente con la carga térmica ambiental y fluctuaron diariamente hasta en 4.6 ° C.

La amplitud de esta oscilación nitemeral en la temperatura de la sangre carotídea de los avestruces es más del doble que la medida en antílopes y cebras en libertad que ocupan un hábitat similar (Jessen et al., 1994 Mitchell et al., 1997 Fuller et al., 1999b, 2000 Maloney y col., 2002). También es significativamente mayor que el rango de temperatura abdominal medida en dos avestruces en este estudio (Fig.5), y más alta que las fluctuaciones de temperatura colónica reportadas previamente para avestruces (Bligh y Hartley, 1965 Louw et al., 1969) y otras aves (Refinetti y Menaker, 1992). Estas diferencias plantean preocupaciones sobre la confiabilidad de las mediciones de la temperatura de la sangre arterial en nuestro estudio. De hecho, la mayoría de los investigadores utilizan sustitutos de la temperatura sanguínea porque es técnicamente difícil medir la temperatura sanguínea con precisión, especialmente en animales pequeños. Investigadores anteriores, por ejemplo, han informado de la oclusión de la arteria carótida a lo largo de la parte intravascular del tubo guía (Jessen et al., 1998). Sin embargo, confiamos en que medimos la temperatura de la sangre que fluye libremente en la arteria carótida. Al retirar los instrumentos, observamos las puntas de las sondas de termistor flotando libremente en el torrente sanguíneo y sin impedancia al flujo sanguíneo. También hemos utilizado la misma técnica para medir con precisión la temperatura de la sangre en otras especies con vasos de menor diámetro (por ejemplo, cerdos Fuller et al., 1999a). Además, si los termistores estuvieran encerrados en tejido cicatricial en lugar de en sangre que fluye, nuestras mediciones probablemente habrían subestimado la verdadera variabilidad en la temperatura sanguínea.

Otra posibilidad es que la temperatura de la sangre carotídea difiera de la temperatura de la sangre arterial que sale del corazón. Sin embargo, dado que el flujo sanguíneo es alto y la arteria carótida está ubicada profundamente en el cuello, donde está bien aislada, es probable que las temperaturas arteriales medidas cerca del corazón sean idénticas a las de la base del cerebro (Hayward y Baker, 1968). De hecho, Kilgore et al. (1973) demostraron que la temperatura de la sangre arterial medida cerca del cerebro y cerca del corazón no difiere en los ñandúes, a pesar de que las aves tienen cuellos largos. En algunos mamíferos, sin embargo, puede existir una diferencia en la temperatura entre los lados derecho e izquierdo del corazón. Por lo general, el aire inspirado es calentado y humidificado por las vías respiratorias superiores, de modo que está completamente saturado de vapor de agua y a la temperatura corporal cuando llega a los alvéolos (McFadden, 1983). Sin embargo, si la tasa de ventilación es suficientemente alta, el aire insaturado llega a los alvéolos y los pulmones se convierten en un lugar potencial de pérdida de calor por evaporación. En los caballos en ejercicio, la temperatura de la sangre disminuyó hasta 0,6 ° C al pasar por los pulmones, disipando hasta dos tercios de la carga de calor total generada (Hodgson et al., 1993 Lund et al., 1996). También se ha encontrado que la temperatura de la sangre en la aurícula izquierda o el tronco carotídeo es más baja que la temperatura de la arteria pulmonar en perros en reposo (Mather et al., 1953) y terneros (Bligh, 1957b), aunque en una cantidad mucho menor que en ejercitar caballos.

La pérdida de calor de las superficies respiratorias puede explicar parte de la variabilidad de la temperatura carotídea de los avestruces. La sangre capilar pulmonar del pulmón de avestruz se expone al aire en una gran superficie respiratoria (Maina y Nathaniel, 2001). Un aumento en la tasa de ventilación del pulmón, en respuesta a una carga de calor u otros factores estresantes no térmicos, podría aumentar el gradiente entre la arteria pulmonar y la temperatura de la sangre carotídea, lo que provocaría una caída de la temperatura carotídea. Tal pérdida de calor podría explicar por qué la temperatura de la sangre carotídea, contrariamente a las expectativas para un ave de gran masa, con frecuencia mostraba oscilaciones de pequeña amplitud (aproximadamente 1 ° C) durante períodos cortos de tiempo (Fig. 3). No se observaron desviaciones similares en las temperaturas abdominales, presumiblemente debido a una alta inercia térmica en la cavidad corporal o al calentamiento localizado. Los mayores descensos de la temperatura carotídea que observamos, normalmente al anochecer (fig. 2), probablemente se asociaron con la bebida. Se han registrado descensos rápidos similares en la temperatura de la sangre carotídea en cabras después de beber (Jessen et al., 1998) y en gacelas en libertad (Mitchell et al., 1997). Las caídas prolongadas durante la noche probablemente representen un enfriamiento de todo el cuerpo, asociado con bajas temperaturas del aire. Las temperaturas de la sangre carotídea de los avestruces, a diferencia de las obtenidas de los antílopes en libertad, se correlacionaron positivamente con la temperatura ambiente.

Frente a la alta variabilidad a corto plazo en la temperatura de la sangre carotídea, la temperatura del cerebro se mantuvo notablemente constante. Estos hallazgos están en desacuerdo con los datos obtenidos de grandes mamíferos. El análisis de la variabilidad en la temperatura corporal de los oryx en libertad, utilizando las mismas técnicas estadísticas que las realizadas en este estudio, reveló que la temperatura del cerebro varió significativamente más, en escalas de tiempo de 5 a 20 min, que la temperatura de la sangre arterial (Maloney et al. ., 2002). De hecho, se ha demostrado la variabilidad a corto plazo en la temperatura del cerebro en respuesta a una variedad de estímulos no térmicos en varios mamíferos que poseen una reta carotídea, incluidos los cerdos (Fuller et al., 1999a) y las ovejas (Maloney et al., 2001). ). Estas variaciones reflejan principalmente la influencia dinámica de la producción del sistema nervioso simpático en el suministro de sangre venosa fría a los lagos venosos que rodean la red carotídea (Bamford y Eccles, 1983). Aunque de esta forma pueden producirse disociaciones a corto plazo en la temperatura del cerebro y de la sangre arterial de los mamíferos, la temperatura hipotalámica suele cambiar en la misma dirección que la temperatura de la sangre carotídea y rara vez difiere de ella en más de 0,5 ° C. En los avestruces, sin embargo, la temperatura del cerebro variaba con frecuencia independientemente de la temperatura de la carótida, particularmente cuando la temperatura de la sangre carotídea descendía. Durante el día, cuando la temperatura de la sangre estaba en el rango de 38 a 40 ° C, la temperatura del cerebro excedía la temperatura de la sangre en aprox. 0,4 ° C, como ocurre en los mamíferos en la mayoría de los tiempos del ritmo nitemeral. Sin embargo, por la noche esta diferencia se incrementó hasta los 3 ° C (Fig. 3), una magnitud mayor que la observada previamente en cualquier otro animal. Esta notable diferencia de temperatura puede reflejar una base anatómica única que subyace a la regulación de la temperatura del cerebro en los avestruces.

En aves, hay dos rutas paralelas. vía qué sangre arterial puede llegar al cerebro (Richards, 1970 Kilgore et al., 1973). La primera es una ruta directa vía las arterias cerebrales que surgen de un círculo incompleto de Willis, o anastomosis intercarotídea (Baumel y Gerchman, 1968), en la base del cerebro. La anastomosis, junto con secciones de las arterias carótida interna y oftálmica interna, se encuentra dentro del seno cavernoso, que recibe sangre venosa de las venas etmoides y oftálmicas superficiales que drenan la cabeza. Sangre que llega al hipotálamo vía esta ruta debe tener una temperatura similar a la de la sangre arterial carotídea, aunque Richards (1970) ha sugerido que la estrecha asociación entre las venas y las arterias en la base del cerebro puede facilitar cierto intercambio de calor. La segunda ruta es indirecta, vía la rete oftálmica, una red entremezclada de arterias que surgen de la arteria oftálmica externa, que es una rama extracraneal de la arteria carótida interna. Las arterias distales a la reta inervan el ojo y también se anastomosan con las ramas intracraneales de la carótida interna para inervar el cerebro (Kilgore et al., 1976). Funcionalmente, la reta oftálmica parece ser un análogo de la rete carotídea en los mamíferos, lo que permite que el calor se transfiera de la sangre arterial caliente a la sangre venosa fría que regresa de las superficies de evaporación de la cabeza. Se cree que la sangre de las dos vías se mezcla, de modo que la temperatura cerebral resultante refleja la contribución relativa de sangre de cada vía (Midtgard, 1983). Si la sangre arterial se enfría en la rete y la mayor parte del suministro de sangre al cerebro es vía esta vía indirecta, se invocará el enfriamiento cerebral selectivo. Existe evidencia convincente de que las aves emplean la rete oftálmica de esta manera (para una revisión, ver Arad, 1990). Bloquear el flujo de sangre a la rete (Kilgore et al., 1979) o alterar el enfriamiento por evaporación de la sangre venosa craneal (Bernstein et al., 1979) reduce, o incluso invierte, la diferencia positiva de temperatura entre el cuerpo y el cerebro. Además, las aves que tienen un rete poco desarrollado (pinzón cebra Bech y Midtgard, 1981) o no tienen rete (colibrí calliope Burgoon et al., 1987), exhiben una capacidad reducida para el enfriamiento cerebral selectivo. Aunque el suministro de sangre craneal en los avestruces no se ha investigado sistemáticamente, se ha informado de que tienen una red oftálmica bien desarrollada (Midtgard, 1983), y uno podría predecir que el enfriamiento cerebral selectivo ocurre por un mecanismo similar.

Sin embargo, en contraste con los informes para otras especies de aves, los avestruces en libertad exhibieron un enfriamiento cerebral selectivo solo esporádicamente. Puede ser que la mayor parte del suministro de sangre al cerebro no pase por la red oftálmica. Sin embargo, creemos que también es posible que las aves no implementen el enfriamiento cerebral selectivo de manera rutinaria, y que el enfriamiento cerebral reportado en las aves es un artefacto experimental. Como consecuencia de las dificultades asociadas con la medición de la temperatura de la sangre arterial, la mayoría de los estudios que ofrecen apoyo para el enfriamiento del cerebro en aves han utilizado la temperatura cloacal o abdominal como sustituto. En los mamíferos, sin embargo, la relación entre la temperatura abdominal y la temperatura de la sangre carotídea no es predecible, y la comparación de la temperatura rectal y la temperatura del cerebro lleva a la conclusión errónea de que las ovejas utilizan habitualmente el enfriamiento cerebral selectivo en ambientes fríos y termoneutrales (Maloney et al., 2001). ). De hecho, demostramos que la temperatura abdominal de los avestruces era similar a la temperatura de la sangre carotídea durante el día, pero en la noche las temperaturas en los dos sitios diferían hasta en 3 ° C (Fig. 5). Es probable que las temperaturas abdominales en un ave grande como el avestruz respondan lentamente a los cambios en el estado térmico del cuerpo, y también es poco probable que sean uniformes en diferentes sitios de la cavidad celómica grande. Medimos la temperatura abdominal en solo dos aves y, por lo tanto, no queremos especular demasiado sobre la importancia de las diferencias en la sangre carotídea y la temperatura abdominal en los avestruces. Kilgore et al. (1973) informaron que la temperatura de la sangre carotídea de los ñandúes era casi idéntica a la temperatura cloacal, pero obtuvieron mediciones solo a temperaturas ambiente superiores a 30 ° C, de tres aves domesticadas y restringidas. Otros informes de enfriamiento cerebral selectivo en aves también pueden haber resultado de la comparación entre la temperatura del cerebro y una temperatura abdominal estable y cálida, en lugar de una temperatura variable y más fría de la arteria carótida.

La opinión de que las aves emplean constantemente el enfriamiento cerebral selectivo, con una magnitud de aproximadamente 1 ° C, también es difícil de conciliar con la base anatómica que subyace al enfriamiento cerebral selectivo. La ruta directa de la arteria carótida interna al cerebro no solo proporciona una vía para que la sangre arterial evite la rete, sino que también hay una derivación. vía que tanto la sangre arterial como la venosa pueden eludir la rete (Midtgard, 1983). Canalizando sangre vía estas diferentes rutas ofrecen posiblemente una forma de regular la temperatura del cerebro. Sin embargo, aunque la temperatura del cerebro en las aves parece ser notablemente constante, no se ha avanzado ninguna evidencia de algún mecanismo de control. No podemos explicar por qué algunos de nuestros avestruces emplearon el enfriamiento cerebral selectivo con más frecuencia que otros. Aunque el enfriamiento cerebral selectivo ocurrió con mayor frecuencia a temperaturas corporales elevadas, no había un umbral claro en el que se evocara el enfriamiento cerebral selectivo. Sin embargo, esta variabilidad entre animales y la débil relación entre el estado térmico del cuerpo y el enfriamiento selectivo del cerebro también es evidente en los antílopes en libertad (Jessen et al., 1994 Mitchell et al., 1997 Fuller et al., 1999b Maloney et al. ., 2002), y probablemente refleja la influencia de múltiples entradas sobre los efectores termorreguladores. La principal diferencia entre los avestruces y los antílopes es el patrón de regulación de la temperatura del cerebro durante la noche.

De hecho, en los avestruces parece poco probable que una proporción significativa de sangre arterial llegue al hipotálamo. vía la ruta directa de la arteria carótida interna. Si ese fuera el caso, esperaríamos que la temperatura del cerebro siguiera de cerca los cambios en la temperatura de la sangre carotídea durante la noche. Richards y Sykes (1967) han demostrado que la ruta indirecta vía la rete proporciona un suministro adecuado de sangre al cerebro si la ruta directa está ocluida. Si la sangre arterial se dirige principalmente vía esta vía indirecta al cerebro, entonces hay tres formas posibles en las que se puede establecer el gran gradiente positivo entre la temperatura del cerebro y la temperatura de la sangre: (1) por una mayor generación de calor metabólico en el tejido cerebral (2) por una disminución en el flujo sanguíneo cerebral y (3) calentando la sangre arterial cerebral que irriga el hipotálamo.De estas tres opciones, creemos que es poco probable que las dos primeras tengan en cuenta la diferencia de temperatura. La producción de calor cerebral, al menos en los mamíferos, está estrechamente relacionada con el flujo sanguíneo cerebral, por lo que cualquier aumento en la tasa metabólica se corresponde con un aumento similar en el flujo sanguíneo que elimina el calor adicional y previene un aumento de la temperatura cerebral (Hayward y Baker, 1968). . Una disminución en el flujo sanguíneo cerebral, sin un cambio en la producción de calor metabólico, reduciría la eliminación de calor del cerebro y conduciría a un aumento de la temperatura del cerebro. Sin embargo, es poco probable que incluso la interrupción del flujo sanguíneo cerebral (Hayward y Baker, 1968) sea suficiente para establecer un aumento de 3 ° C en la temperatura cerebral. En los mamíferos, los cambios de temperatura del cerebro provocados por una amplia variedad de estímulos pueden explicarse por un cambio previo en la temperatura de la sangre arterial cerebral (Hayward y Baker, 1968). Creemos por tanto que es más probable que la sangre cerebral se caliente, ya que atraviesa estructuras en la cabeza, en camino al hipotálamo.

Si el suministro de sangre al hipotálamo es principalmente vía la vía de la rete oftálmica indirecta, entonces un aumento en la temperatura de la sangre venosa que baña la rete por la noche aumentaría el gradiente entre la temperatura del cerebro y la sangre. Ciertamente, esperaríamos vasoconstricción de los vasos sanguíneos periféricos y una marcada reducción en la pérdida de calor por evaporación de la cabeza durante la noche fría, cuando los avestruces están inactivos (Williams et al., 1993). La pérdida de calor de la cabeza puede reducirse aún más si los ojos del ave están cerrados. Pinshow y col. (1982) demostraron que la pérdida de calor del ojo juega un papel importante en la reducción de la temperatura cerebral de las palomas. El avestruz tiene un ojo relativamente grande, que potencialmente es un gran disipador de calor para la sangre arterial que irriga el cerebro. Otras posibilidades, que probablemente explican la gran diferencia entre la temperatura del cerebro y la sangre, son que la sangre arterial destinada al hipotálamo intercambie calor con sangre caliente que sale del cerebro, o circule a través de otros tejidos cerebrales y sea calentada progresivamente por el calor de los nervios locales. metabolismo. Sin embargo, no está claro cómo fluye vía dichas rutas podrían regularse para lograr un gradiente reducido de temperatura entre el cerebro y la sangre durante el día. Se necesitan más estudios de la base anatómica que subyace a la regulación de la temperatura cerebral en avestruces.

No se ha informado previamente de un calentamiento cerebral similar durante la noche en aves o mamíferos, aunque se ha planteado la hipótesis de que el calentamiento cerebral se produce durante el sueño REM en los mamíferos (Wehr, 1992). Los pingüinos tienen una red oftálmica bien desarrollada que puede cumplir la función de reducir la pérdida de calor de la cabeza mal aislada, manteniendo así el cerebro y los ojos calientes (Frost et al., 1975). De manera similar, hay evidencia de que al menos 20 especies de peces y tiburones utilizan un tejido que produce calor o un intercambiador de calor a contracorriente para elevar la temperatura del cerebro y los ojos por encima de la del resto del cuerpo y la temperatura del agua (Block, 1986). La función de tal calentamiento cerebral no está clara, pero puede mejorar la función neuronal frente al enfriamiento rápido del cuerpo.

El papel del enfriamiento cerebral selectivo en las aves tampoco se ha resuelto. Durante muchos años se pensó que el enfriamiento selectivo del cerebro, en mamíferos o aves, funciona para proteger el cerebro aparentemente vulnerable del daño térmico durante el estrés por calor (para una revisión, ver Mitchell et al., 1987). Sin embargo, estudios recientes de mamíferos en libertad en su hábitat natural han arrojado datos que son incompatibles con ese concepto (para revisiones, ver Jessen, 2001 Mitchell et al., 2002). En lugar de ser un proceso que favorece la protección del cerebro, nuestra opinión actual es que el enfriamiento cerebral selectivo juega un papel en la termorregulación de todo el cuerpo (Jessen, 2001 Mitchell et al., 2002). Al enfriar el hipotálamo, el enfriamiento selectivo del cerebro reduce el impulso de los efectores de pérdida de calor por evaporación, ahorrando así agua corporal. Si el papel del enfriamiento cerebral selectivo es de hecho equilibrar las funciones termorreguladoras y osmorreguladoras de esta manera, ¿cuál es su papel en las aves? temperatura (Jessen, 1996), por lo que es dudoso que el enfriamiento cerebral selectivo sirva para ajustar los mecanismos de pérdida de calor. Tampoco hay evidencia de que el enfriamiento selectivo del cerebro en las aves esté controlado. Los avestruces rara vez empleaban el enfriamiento cerebral selectivo y su implementación era impredecible. De hecho, puede ser que el enfriamiento selectivo del cerebro en avestruces no tenga ninguna función fisiológica actual. Caputa y col. (1998) sugirieron recientemente que el enfriamiento cerebral selectivo juega un papel en la protección del cerebro aviar del daño asfixiante durante el buceo, y que dicho enfriamiento cerebral es un mecanismo activo y controlado. Se necesitan más mediciones de la sangre carotídea y la temperatura hipotalámica en otras especies, particularmente las de masa corporal pequeña, para describir con precisión la relación entre la temperatura del cerebro y la sangre arterial carotídea en las aves. Además, las investigaciones adicionales en aves en libertad, incluidas las aves buceadoras, utilizando técnicas de registro remoto de la temperatura son esenciales si queremos comprender la importancia de los patrones de temperatura del cerebro en las aves.


Gradientes de morfógeno: de la generación a la interpretación

Los morfógenos son moléculas de señalización de largo alcance que modelan los tejidos en desarrollo de una manera dependiente de la concentración. La actividad graduada de los morfógenos dentro de los tejidos expone a las células a diferentes niveles de señal y conduce a respuestas transcripcionales específicas de la región y destinos celulares. En su encarnación más simple, una señal de morfógeno forma un gradiente por difusión desde una fuente local y aclaramiento en los tejidos circundantes. Las células que responden a menudo transducen los niveles de morfógeno de forma lineal, lo que da como resultado la activación gradual de los efectores transcripcionales. La expresión dependiente de la concentración de los genes diana de morfógenos se logra mediante sus diferentes afinidades de unión por los efectores de la transcripción, así como las entradas de otros reguladores de la transcripción. La distribución e interpretación del morfógeno son el resultado de interacciones complejas entre el morfógeno y los tejidos que responden. La respuesta a un morfógeno depende no solo de la concentración de morfógeno, sino también de la duración de la exposición al morfógeno y del estado de las células diana. En esta revisión, describimos el concepto de morfógeno y discutimos los mecanismos que subyacen a la generación, modulación e interpretación de gradientes de morfógeno.


CONCLUSIÓN

En conclusión, sugerimos que en los animales la hipoxia se señala en tres niveles: una respuesta sistémica inmediata que involucra quimiorreceptores centrales y periféricos, una respuesta genética inmediata / crónica iniciada por señales de oxígeno celular y una respuesta inmediata de emergencia o crisis señalada por cambios en las concentraciones de metabolitos energéticos. .

La caída de oxígeno detectada por los quimiorreceptores centrales y periféricos (cuerpo aórtico y carotídeo) activa respuestas de represalia sistémicas inmediatas para compensar el déficit en el suministro de oxígeno. Estos incluyen mayor ventilación y mayor extracción de oxígeno pulmonar y aumento del gasto cardíaco y la perfusión tisular.

A nivel de células y órganos, la hipoxia crónica se detecta mediante sensores de oxígeno molecular intracelular que señalan a través de elementos promotores específicos el inicio de adaptaciones posteriores para un suministro de oxígeno mejorado, como una mayor vascularización de los tejidos y una mayor producción de glóbulos rojos.

Si estas medidas no son suficientes, la célula entra en una crisis energética a medida que se agotan las reservas de ATP. La crisis es detectada y señalada por indicadores metabólicos como una caída de ATP y un aumento de adenosina extracelular. Estos actúan para iniciar los procesos para una severa regulación a la baja de la demanda de ATP, a través de una serie de paradas metabólicas coordinadas. El desafío futuro es vincular los eventos moleculares / genéticos con los mecanismos fisiológicos.

Fig. 1. Comparación de la relación entre la tensión de oxígeno del tejido cerebral (tPO2) y citocromo a, a3 oxidación en la tortuga y la rata (Lutz et al., 1985)

Fig. 1. Comparación de la relación entre la tensión de oxígeno del tejido cerebral (tPO2) y citocromo a, a3 oxidación en la tortuga y la rata (Lutz et al., 1985)

Fig. 2. Actividad de unión de ADN para una actividad de unión de ADN consenso de NF-kappaB de cerebro de tortuga anóxica. Se indica la presencia o ausencia de secuencia competidora.

Fig. 2. Actividad de unión de ADN para una actividad de unión de ADN consenso de NF-kappaB de cerebro de tortuga anóxica. Se indica la presencia o ausencia de secuencia competidora.

Del simposio Fisiología vegetal / animal presentado en la Reunión Anual de la Sociedad de Biología Integrativa y Comparativa, 3 a 7 de enero de 2001, en Chicago, Illinois.


Ver el vídeo: Te pueden leer la MENTE con Inteligencia Artificial? (Julio 2022).


Comentarios:

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