respuesta hemodinámica

Los astrocitos son únicos porque actúan como intermediarios entre los vasos sanguíneos y las neuronas. Se comunican con otros astrocitos mediante uniones comunicantes y poseen prolongaciones terminales que interactúan con las sinapsis neuronales . Estas prolongaciones tienen la capacidad de captar diversos neurotransmisores , como la norepinefrina (NE) y el glutamato , y desempeñan otras funciones para mantener la homeostasis química y eléctrica en el entorno neuronal.

Se ha demostrado in vitro que la vasoconstricción ocurre cuando ^la noradrenalina (NE) se introduce en la sinapsis y es captada por los receptores de los astrocitos. La captación de NE provoca un aumento del Ca²⁺ intracelular en los astrocitos . Cuando estas ondas de iones de calcio se propagan a lo largo del astrocito, se activa la fosfolipasa A (PLA₂ _{) , que a su vez moviliza} el ácido araquidónico . Estos dos compuestos se transportan al músculo liso y allí reaccionan con el citocromo P450 para formar ácido 20-hidroxieicosatetraenoico (20-HETE), que actúa mediante mecanismos aún por determinar para inducir vasoconstricción. También se ha demostrado que los agonistas de los receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR) también aumentan el Ca²⁺ intracelular ^para producir vasoconstricción. ^{[ 4 ]}

La dilatación se produce cuando el óxido nítrico (NO) se libera de las células endoteliales y se difunde en el músculo liso vascular cercano. Se han propuesto varias vías de vasodilatación inducida por NO mediante investigación hemodinámica. Se ha demostrado que el NO inhibe la síntesis de 20-HETE, lo que puede interferir con las vías de constricción de los astrocitos y provocar vasodilatación. También se ha propuesto que el NO puede amplificar la entrada de Ca2 ⁺ en los astrocitos y activar los canales de potasio dependientes de Ca2 ⁺ , liberando K ⁺ en el espacio intersticial e induciendo la hiperpolarización de las células del músculo liso. ^{[ 4 ]} Además, se ha demostrado que el NO estimula el aumento de los niveles de GMP cíclico (cGMP) en las células del músculo liso, induciendo una cascada de señalización que resulta en la activación de la proteína quinasa dependiente de cGMP (PKG) y una disminución final en la concentración de Ca2 ⁺ en el músculo liso . ^{[ 5 ]} Esto conduce a una disminución de la contracción muscular y una posterior dilatación del vaso sanguíneo. La constricción o dilatación de los vasos sanguíneos determina la cantidad de oxígeno y glucosa que puede llegar al tejido neuronal.

Una función principal de los pericitos es interactuar con los astrocitos, las células musculares lisas y otras células intracraneales para formar la barrera hematoencefálica y modular el tamaño de los vasos sanguíneos, asegurando así el suministro y la distribución adecuados de oxígeno y nutrientes a los tejidos neuronales. Los pericitos poseen receptores colinérgicos (α2) y adrenérgicos (β2). La estimulación de estos últimos produce relajación vascular, mientras que la estimulación de los receptores colinérgicos provoca contracción.

Se ha demostrado que la actividad paracrina y la disponibilidad de oxígeno también modulan la actividad de los pericitos. Los péptidos angiotensina II y endotelina-1 (ET-1) se unen a los pericitos y son vasoactivos. Las células endoteliales inducen la expresión de endotelina-1, lo que conduce a la producción de NO y vasodilatación. Los experimentos han demostrado que los niveles de oxígeno también alteran la contracción de los pericitos y la consiguiente contracción de los vasos sanguíneos. In vitro, las altas concentraciones de oxígeno provocan la constricción de los pericitos, mientras que las altas concentraciones _de CO₂ provocan su relajación. Esto sugiere que los pericitos pueden tener la capacidad de dilatar los vasos sanguíneos cuando se requiere oxígeno y contraerlos cuando hay un exceso, modificando así la tasa de flujo sanguíneo a los tejidos en función de su actividad metabólica. ^{[ 6 ]}

Las infecciones agudas, como la neumonía adquirida en la comunidad (NAC), actúan como desencadenantes de síndromes coronarios agudos (SCA). Los SCA se caracterizan por síntomas derivados de la obstrucción de las arterias coronarias . Esta obstrucción provoca complicaciones trombóticas en las placas ateroscleróticas . El síntoma más común que conduce al diagnóstico es el dolor torácico, asociado a náuseas y sudoración. El tratamiento suele incluir aspirina , clopidogrel , nitroglicerina y, si el dolor torácico persiste, morfina . Un estudio reciente sugiere que la infección aguda del tracto respiratorio puede actuar como desencadenante de SCA. Esto, a su vez, tiene importantes efectos protrombóticos y hemodinámicos. ^{[ 7 ]}

Estos efectos resultan de la coagulación , que normalmente se previene en el endotelio vascular mediante la expresión de factores antitrombóticos en su superficie. La sepsis , que causa disrupción y apoptosis de las células endoteliales, provoca que el endotelio cambie a un fenotipo procoagulante. Esto promueve la adhesión y agregación plaquetaria. Además, solo una vez que se ha producido la disrupción de la superficie de la placa, es probable que estos efectos protrombóticos sean significativos en la patogénesis del SCA. La sepsis también se asocia en gran medida con cambios hemodinámicos. La presión de perfusión de la arteria coronaria se reduce en la vasodilatación periférica, lo que resulta en una disminución de la presión arterial y una reducción de la contractilidad miocárdica. La disfunción endotelial induce vasoconstricción coronaria. Esto es causado por la liberación de catecolaminas y por infecciones. Las infecciones graves conducen a un aumento de las demandas metabólicas miocárdicas e hipoxia . Cuando el tejido neuronal se ve privado de oxígeno adecuado, la respuesta hemodinámica tiene un efecto menor en el tejido neuronal activo. Todas estas alteraciones aumentan la probabilidad de SCA, debido a la ruptura de la placa coronaria y la trombosis. En general, el SCA es consecuencia del daño de las arterias coronarias por la aterosclerosis, por lo que la prevención primaria del SCA consiste en prevenir la aterosclerosis controlando los factores de riesgo. Esto incluye una alimentación saludable, el ejercicio regular y el control de los niveles de colesterol. ^{[ 7 ]}

La hipertensión pulmonar (HAP) es una enfermedad de las pequeñas arterias pulmonares que generalmente se debe a más de un mecanismo. Esto incluye neumonía , infecciones parasitarias, drogas ilícitas, como la cocaína y las metanfetaminas que causan constricción de los vasos sanguíneos, y muchos más. Los mediadores vasoactivos, como el óxido nítrico y la prostaciclina , junto con la sobreexpresión de vasoconstrictores, no solo afectan el tono vascular sino que también promueven la remodelación vascular. La HAP se caracteriza por un aumento de la presión arterial en las arterias pulmonares, lo que lleva a dificultad para respirar, mareos, desmayos, raramente hemoptisis y muchos otros síntomas. La HAP puede ser una enfermedad grave que puede llevar a una disminución de la tolerancia al ejercicio y, en última instancia, a insuficiencia cardíaca. Implica vasoconstricciones de los vasos sanguíneos conectados a los pulmones y dentro de ellos. Como resultado, el corazón tiene dificultades para bombear sangre a través de los pulmones y los vasos sanguíneos eventualmente sufren fibrosis . El aumento de la carga de trabajo del corazón provoca hipertrofia del ventrículo derecho, lo que reduce el flujo sanguíneo hacia los pulmones y disminuye el flujo hacia el lado izquierdo del corazón. Como resultado, el lado izquierdo del corazón tiene dificultades para bombear suficiente oxígeno al resto del cuerpo, lo que deteriora la respuesta hemodinámica. A su vez, la alteración de la respuesta hemodinámica disminuye la capacidad de ejercicio en pacientes con HAP. La gravedad de la disfunción hemodinámica durante el ejercicio progresivo en la HAP se puede registrar mediante la prueba de esfuerzo cardiopulmonar (CPET) y/o la cardiografía de impedancia (ICG). Si bien actualmente no existe cura para la hipertensión arterial pulmonar, existen opciones de tratamiento para los pacientes con esta enfermedad que ayudan a prolongar su supervivencia y mejorar su calidad de vida. Algunos de estos tratamientos incluyen terapia básica, bloqueadores de los canales de calcio y terapia con prostaciclina. La terapia básica puede producir mejoras clínicas significativas en pacientes con insuficiencia cardíaca derecha mediante la administración de diuréticos, lo que reduce la precarga del ventrículo derecho. Además, los bloqueadores de los canales de calcio en dosis altas en pacientes que responden a este tratamiento pueden prolongar la supervivencia y mejorar la hemodinámica pulmonar. Los fármacos bloqueadores de los canales de calcio producen una regresión de la hipertrofia ventricular derecha. Por otro lado, la terapia con prostaciclina prolonga la supervivencia al inducir la relajación de los músculos lisos vasculares. Esto estimula la producción de AMP cíclico (AMPc), que inhibe el crecimiento de las células del músculo liso. ^{[ 8 ]}

En general, la hipertensión arterial pulmonar y los síndromes coronarios agudos son solo algunas de las muchas enfermedades que provocan hipoxia del tejido neuronal, lo que a su vez deteriora la respuesta hemodinámica y conduce a la muerte neuronal. La hipoxia prolongada induce la muerte neuronal por apoptosis. Con una respuesta hemodinámica disfuncional, el tejido neuronal activo, debido a la despolarización de la membrana, carece de la energía necesaria para propagar señales, como consecuencia de la obstrucción del flujo sanguíneo. Esto afecta a muchas funciones del organismo y puede provocar síntomas graves.

La resonancia magnética funcional (RMf) es la técnica de imagen médica utilizada para medir la respuesta hemodinámica del cerebro en relación con la actividad neuronal. ^{[ 12 ]} Es uno de los dispositivos más utilizados para medir las funciones cerebrales y su realización en un entorno clínico es relativamente económica. El inicio de la actividad neuronal conduce a una serie sistemática de cambios fisiológicos en la red local de vasos sanguíneos que incluyen cambios en el volumen sanguíneo cerebral por unidad de tejido cerebral (VSC), cambios en la tasa de flujo sanguíneo cerebral y cambios en la concentración de oxihemoglobina y desoxihemoglobina. Existen diferentes técnicas de RMf que pueden captar una señal funcional correspondiente a los cambios en cada uno de los componentes mencionados de la respuesta hemodinámica. La señal de imagen funcional más común es la señal dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD), que corresponde principalmente a la concentración de desoxihemoglobina. ^{[ 13 ]} El efecto BOLD se basa en el hecho de que cuando aumenta la actividad neuronal en una parte del cerebro, también aumenta el flujo sanguíneo cerebral hacia esa área, lo cual constituye la base de la respuesta hemodinámica. Este aumento del flujo sanguíneo produce un incremento en la proporción de hemoglobina oxigenada con respecto a la hemoglobina desoxigenada en esa área específica. La diferencia en las propiedades magnéticas de la hemoglobina oxigenada y desoxigenada es lo que permite que la resonancia magnética funcional (RMf) genere un mapa efectivo de qué neuronas están activas y cuáles no. En resumen, la hemoglobina desoxigenada es paramagnética , mientras que la hemoglobina oxigenada es diamagnética . La sangre diamagnética ( oxihemoglobina ) interfiere menos con la señal de resonancia magnética (RM), lo que resulta en una mejor señal de RM en esa área de mayor actividad neuronal. Sin embargo, la sangre paramagnética (desoxihemoglobina) hace que el campo magnético local sea inhomogéneo. Esto tiene el efecto de desfasar la señal emitida en este dominio, causando interferencia destructiva en la señal de RM observada. Por lo tanto, mayores cantidades de desoxihemoglobina resultan en una menor señal. La actividad neuronal finalmente conduce a un aumento en la señalización de RM local que corresponde a una disminución en la concentración de desoxihemoglobina. ^{[ 14 ]}

Si la resonancia magnética funcional (RMf) puede utilizarse para detectar el flujo sanguíneo normal en un cerebro sano, también puede emplearse para detectar problemas en un cerebro afectado por enfermedades neurodegenerativas. La RMf, mediante la respuesta hemodinámica, puede ayudar a evaluar los efectos de un accidente cerebrovascular y otras enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, en la función cerebral. Otra aplicación de la RMf es la planificación de cirugías cerebrales. Los cirujanos pueden utilizarla para detectar el flujo sanguíneo en las áreas más activas del cerebro y en aquellas implicadas en funciones críticas como el pensamiento, el habla, el movimiento, etc. De esta forma, los procedimientos cerebrales resultan menos peligrosos, ya que se dispone de un mapeo cerebral que muestra qué áreas son vitales para la vida de una persona. La respuesta hemodinámica es fundamental para la RMf y su uso clínico, puesto que, mediante el estudio del flujo sanguíneo, permite examinar la anatomía cerebral, planificar eficazmente los procedimientos y relacionar las causas de las enfermedades neurodegenerativas. ^{[ 15 ]}

La fMRI en estado de reposo permite evaluar la interacción de las regiones cerebrales cuando no se realiza una tarea específica. ^{[ 16 ]} Esto también se utiliza para mostrar la red de modo predeterminado .

La tomografía por emisión de positrones (PET) también se utiliza junto con la resonancia magnética funcional (fMRI) para la obtención de imágenes cerebrales. La PET puede detectar áreas cerebrales activas, ya sea hemodinámicamente o metabólicamente a través de la ingesta de glucosa. Permite observar el flujo sanguíneo o el metabolismo en cualquier parte del cerebro. Las áreas que se activan por un mayor flujo sanguíneo y/o una mayor ingesta de glucosa se visualizan con una señal aumentada en la imagen PET. ^{[ 17 ]}

Antes de comenzar una tomografía por emisión de positrones (PET), se inyecta al paciente una pequeña dosis de un medicamento radiactivo marcado con un trazador , como glucosa u oxígeno. Por lo tanto, si el objetivo de la PET es determinar la actividad cerebral, se utilizará FDG o fluorodesoxiglucosa . La FDG es un complejo de flúor radiactivo marcado con glucosa. Si una parte del cerebro está más activa, necesitará más glucosa o energía y absorberá más FDG. Este aumento en la ingesta de glucosa se detectará mediante una mayor señal en la imagen PET. Los escáneres PET ofrecen esta función porque miden la energía que se emite cuando los positrones del radiotrazador chocan con los electrones del cerebro. A medida que el radiotrazador se descompone, se generan más positrones y se produce un aumento de la señal en la tomografía PET. ^{[ 18 ]}