Quimiorreceptor periférico

Los cuerpos carotídeos y aórticos son cúmulos de células ubicados en la arteria carótida común y el arco aórtico , respectivamente. ^{[ 6 ]} Cada uno de estos quimiorreceptores periféricos está compuesto por células glómicas tipo I y células glómicas tipo II. ^{[ 6 ]} Las células tipo I transducen las señales del torrente sanguíneo y están inervadas por fibras nerviosas aferentes que se dirigen (en el cuerpo carotídeo) al nervio del seno carotídeo y luego al nervio glosofaríngeo y la médula oblongada del tronco encefálico . El cuerpo aórtico, por el contrario, está conectado a la médula oblongada a través del nervio vago . ^{[ 3 ]}

También reciben información de fibras nerviosas eferentes que regresan al mismo conjunto de nervios. Todo el grupo de células está infiltrado por capilares para proporcionar acceso al torrente sanguíneo; la alta densidad capilar hace que esta sea una de las áreas del cuerpo con mayor flujo sanguíneo. ^{[ 6 ]} Las células de tipo I están densamente llenas de vesículas que contienen varios neurotransmisores, incluyendo dopamina , ATP , serotonina y catecolaminas , liberados durante la transducción . ^{[ 1 ]} Las células de tipo I a menudo están conectadas a través de uniones comunicantes , lo que podría permitir una comunicación rápida entre células al transducir señales. ^{[ 6 ]}

Las células de tipo II se presentan en una proporción aproximada de 1 a 4 con respecto a las células de tipo I. Sus cuerpos alargados suelen estar estrechamente asociados a las células de tipo I, aunque no las envuelven por completo. ^{[ 6 ]} Carecen de las vesículas de las células de tipo I utilizadas en la comunicación de neurotransmisores , ^{[ 1 ]} pero los estudios indican que funcionan como células madre quimiorreceptoras y pueden responder a la exposición prolongada a la hipoxia proliferando en células de tipo I. ^{[ 7 ]} También pueden reforzar la comunicación rápida entre las células de tipo I amplificando la liberación de uno de los neurotransmisores primarios en la señalización quimiorreceptora, el ATP. ^{[ 6 ]}

La sensibilidad y la fisiología de los quimiorreceptores periféricos cambian a lo largo de la vida. ^{[ 8 ]}

Los quimiorreceptores periféricos se identificaron como necesarios para la regulación de la respiración mucho antes de que comenzaran a comprenderse sus mecanismos para adquirir información del torrente sanguíneo. ^{[ 4 ]} Tanto los cuerpos carotídeos como los aórticos están compuestos por células de tipo I y tipo II y se cree que transducen señales de sustancias químicas sanguíneas de la misma manera, aunque la comunicación de señales posterior a la transducción puede diferir. ^{[ 6 ]} La transducción quimiosensorial en estos receptores sigue siendo un área activa de investigación, y no todos los estudios coinciden, pero existe un apoyo creciente a un mecanismo de transducción dependiente del consumo mitocondrial de oxígeno que afecta a la enzima AMPK . ^{[ 4 ]}

La transferencia de la señal a la médula requiere que el neurotransmisor se libere de las vesículas en las células de tipo I, y como en muchas otras células neuronales, esto se desencadena por un influjo de calcio en la célula después de la despolarización de la membrana . ^{[ 6 ]} El proceso de identificación de la transducción de señales en interoceptores como los quimiorreceptores periféricos requiere retroceder desde la despolarización de la membrana para descubrir los pasos previos, a menudo internos a la célula, que transducen los químicos de la sangre en una señal neuronal. Hasta este punto, la mayoría de las investigaciones coinciden en que la despolarización de la membrana es causada por la inhibición de los canales de potasio que de otro modo mantienen el potencial de reposo . ^{[ 4 ]} En cuanto al paso previo a la inhibición del canal de potasio, se proponen muchos mecanismos, ninguno de los cuales recibe apoyo unánime de la comunidad científica. ^{[ 7 ]} Múltiples tipos de canales de potasio responden a la hipoxia , con diferencias significativas entre diferentes especies, y varios tipos diferentes para cada especie. ^{[ 4 ]} La expresión de los canales de potasio también cambia a lo largo de la vida. ^{[ 8 ]} Algunos estudios proponen que la hemooxigenasa 2 es el transductor ; sin embargo, dado que su eliminación en ratones no afecta la sensibilidad al oxígeno de los quimiorreceptores, ^{[ 10 ]} esta hipótesis está en entredicho. Otra enzima, la proteína quinasa activada por AMP (AMPK), proporciona un mecanismo que podría aplicarse no solo a todos los tipos de canales de potasio, sino también a otros tejidos sensibles al oxígeno en el cuerpo, como la vasculatura pulmonar y las células cromafines neonatales . La AMPK es una enzima que se activa por un aumento en la relación AMP : ATP resultante del aumento de la respiración celular . Una vez activada, la enzima promueve la producción de ATP y suprime las reacciones que lo consumen. La activación de la AMPK también es un candidato más atractivo porque puede activar los dos tipos más comunes de canales de potasio. Otro estudio identificó que la AMPK abre y cierra los canales de potasio a través de la fosforilación , lo que subraya aún más el vínculo entre ambos. Sin embargo, el papel de la AMPK en la detección de oxígeno en las células de tipo 1 también se ha puesto en duda recientemente. ^{[ 11 ]}

La función de esta enzima posiciona a las células de tipo I para aprovechar de manera única sus mitocondrias. Sin embargo, la AMPK es una enzima que se encuentra en muchos más tipos de células que los quimiorreceptores porque ayuda a regular el metabolismo . La diferencia puede radicar en el metabolismo de la célula, más que en la enzima AMPK; los quimiorreceptores periféricos muestran tasas basales muy altas de consumo de oxígeno, respaldadas por su densa red de capilares . Dado que su tasa basal de respiración celular es tan alta, su AMPK sería más sensible a las reducciones en el oxígeno transportado por la sangre, lo que le permite responder a pequeñas variaciones en el contenido de oxígeno antes de que otras células comiencen a sentir los efectos de su ausencia. ^{[ 4 ]} De esta manera, la transducción en las células quimiorreceptoras periféricas es relativamente única. No requiere ninguna proteína especializada que cambie de forma en presencia de luz o un sitio receptor específico para un sabor particular. Sus componentes necesarios incluyen simplemente las mitocondrias y una enzima que regula su actividad, común a todas las células aeróbicas; un conjunto de canales de potasio y calcio y neurotransmisores comunes a muchos tipos de células nerviosas; y una versión bien dotada de la vasculatura que da soporte a todas las células aeróbicas. ^{[ 4 ]} Se necesitan más investigaciones para determinar por qué las células de tipo I presentan una tasa metabólica tan alta en comparación con otros tipos de células, ya que esta podría ser la característica verdaderamente única del receptor. Por lo tanto, un receptor para la fuente de energía más básica de un organismo aeróbico está compuesto por un conjunto de estructuras celulares comunes en todo el cuerpo.

Los quimiorreceptores periféricos se ven sometidos a estrés en diversas situaciones que implican un bajo acceso al oxígeno, como el ejercicio y la exposición a grandes altitudes. ^{[ 5 ]} Bajo estrés hipóxico sostenido, independientemente de la causa, los quimiorreceptores periféricos muestran una gran plasticidad ; aumentan el tamaño de las células quimiosensoras y su número. ^{[ 5 ]} Aunque los investigadores desconocían hasta ahora cómo los cuerpos carotídeos y aórticos aumentaban su número tan rápidamente, hallazgos recientes apuntan a las células de tipo II, que antes se creía que solo tenían una función de soporte y ahora se cree que conservan propiedades de células madre y pueden diferenciarse en células transductoras de tipo I. ^{[ 7 ]}

Los quimiorreceptores periféricos responden al aumento de _CO₂ hasta cinco veces más rápido que los quimiorreceptores centrales (que también detectan los niveles de CO₂); por lo tanto, los quimiorreceptores periféricos pueden ser cruciales para aumentar rápidamente la frecuencia ventilatoria ante el inicio repentino de una actividad física extenuante. _[ 12 ^{] Varios estudios} sugieren que los quimiorreceptores periféricos desempeñan un papel en la ventilación durante el ejercicio. Sin embargo, existe desacuerdo sobre si desempeñan un papel excitatorio o inhibitorio . Varios estudios señalan que el aumento de la circulación de catecolaminas o potasio durante el ejercicio es un posible efector sobre los quimiorreceptores periféricos; sin embargo, aún no se comprenden los detalles de este efecto. Todas las sugerencias sobre la participación de los quimiorreceptores periféricos concluyen que no son los únicos responsables de esta respuesta, enfatizando que estos receptores son solo uno de un conjunto de células sensibles al oxígeno que pueden responder en momentos de estrés. Recopilar información sobre la actividad de las arterias carótidas y aórticas en humanos vivos que realizan ejercicio está plagado de dificultades y a menudo solo proporciona evidencia indirecta, por lo que es difícil llegar a conclusiones amplias hasta que se haya acumulado más evidencia y, con suerte, con técnicas más avanzadas. ^{[ 5 ]}

Además de los efectos ventilatorios, los quimiorreceptores periféricos pueden influir en las respuestas neuroendocrinas al ejercicio que pueden afectar otras actividades además de la ventilación. ^{[ 5 ]} La circulación de la hormona promotora de la glucosa , el glucagón, y del neurotransmisor norepinefrina , aumenta en perros con inervación de las arterias carótidas y aórticas, lo que sugiere que los quimiorreceptores periféricos responden a niveles bajos de glucosa y pueden responder a otras señales neuroendocrinas además de lo que tradicionalmente se considera su única función de regulación ventilatoria. ^{[ 5 ]}

Los quimiorreceptores periféricos trabajan en conjunto con los quimiorreceptores centrales , que también monitorean el CO₂ en la sangre _, pero lo hacen en el líquido cefalorraquídeo que rodea el cerebro . Una alta concentración de quimiorreceptores centrales se encuentra en la médula ventral , el área del tronco encefálico que recibe información de los quimiorreceptores periféricos. ^{[ 13 ]} En conjunto, estos monitores de oxígeno en la sangre contribuyen con señales nerviosas al centro vasomotor de la médula, que puede modular varios procesos, incluyendo la respiración, la resistencia de las vías respiratorias , la presión arterial y el estado de alerta . ^{[ 3 ]} A nivel evolutivo, esta estabilización de los niveles de oxígeno, que también resulta en una concentración de dióxido de carbono y un pH más constantes , fue importante para gestionar el flujo de oxígeno en la respiración aire-agua, el sueño y para mantener un pH ideal para la estructura de las proteínas , ya que las fluctuaciones en el pH pueden desnaturalizar las enzimas de una célula. ^{[ 3 ] [ 14 ]}