Barrera Hematoencefálica: Estructura, Funciones y Enfermedades

La barrera hematoencefálica (BHE) es una pared semipermeable que se encuentra entre la sangre y el encéfalo. Se compone de las células que forman las paredes de los capilares sanguíneos cerebrales. Esta barrera permite que las neuronas del sistema nervioso central estén aisladas químicamente del resto del organismo.

Paul Ehrlich, el médico alemán que ganó el Premio Nobel de Medicina en 1908, demostró la existencia de la barrera hematoencefálica.

barrera hematoencefálica representación
Barrera hematoencefálicay astrocitos.

En 1878 realizó una tesis sobre la tinción histológica. Ehrlich probó a inyectar un colorante azul llamado anilina en el torrente sanguíneo de un ratón. Encontró que todos los tejidos se teñían de azul, excepto los del cerebro y médula espinal.

Sin embargo, cuando inyectaba el mismo colorante en el líquido cefalorraquídeo de los ventrículos cerebrales, todo el sistema nervioso central se teñía de azul.

Este experimento manifestó que existe una barrera entre la sangre y el líquido existente en las células del cerebro (líquido extracelular): la barrera hematoencefálica.

El cerebro es el único órgano que posee su propio sistema de seguridad. Gracias a la barrera hematoencefálica, pueden llegar a él nutrientes esenciales a la vez que se bloquea la entrada de otras sustancias.

Esta barrera sirve para mantener el adecuado funcionamiento de las neuronas controlando la entrada y salida de sustancias químicas en el cerebro. Aunque, desgraciadamente, esta barrera actúa tan eficazmente bloqueando el paso de sustancias extrañas al cerebro que normalmente también evita que los medicamentos lleguen a éste.

De todas formas, las investigaciones continúan para diseñar fármacos que posean los requisitos necesarios para penetrar esta barrera.

No obstante, hay algunas regiones del organismo donde no existe barrera hematoencefálica. Éstas se conocen como órganos circuventriculares.

Finalmente, existen ciertas condiciones que producen una apertura de la barrera hematoencefálica. Esto permite el intercambio de sustancias libremente, por lo que el funcionamiento cerebral puede alterarse. Algunas de ellas son inflamación, traumas o enfermedades como la esclerosis múltiple.

Estructura de la barrera hematoencefálica

Algunas sustancias pueden atravesar esta barrera, pero otras no. Lo que significa que es una barrera selectivamente permeable.

En gran parte del organismo, las células que forman los capilares sanguíneos no se unen de forma hermética. Estas se llaman células endoteliales, y poseen hendiduras entre ellas por las que pueden entrar y salir diversas sustancias. Así, se intercambian elementos entre el plasma sanguíneo y el líquido rodea a las células del organismo (líquido extracelular).

No obstante, en el sistema nervioso central, los capilares no poseen estas hendiduras. Por el contrario, las células están estrechamente unidas. Esto impide que muchas sustancias salgan de la sangre.

Es cierto que hay algunas sustancias concretas que pueden atravesar esta barrera. Éstas lo hacen mediante proteínas especiales que las transportan desde a través de las paredes de los capilares.

Por ejemplo, los transportadores de glucosa permiten la entrada de esta sustancia hacia el cerebro para aportarle combustible. Además, estos transportadores evitan que productos de desecho tóxicos permanezcan en el cerebro.

Unas células gliales (de sostén) llamadas astrocitos, se agrupan alrededor de los vasos sanguíneos del cerebro y parecen ejercer un importante papel en el desarrollo de la barrera hematoencefálica. Éstos también parecen contribuir al transporte de iones desde el cerebro a la sangre.

Por otro lado, hay áreas del sistema nervioso que poseen una barrera hematoencefálica más permeable que en otras. En el siguiente apartado se explica para qué sirve esto.

Funciones

Para que exista un buen funcionamiento cerebral, es imprescindible que se mantenga un equilibrio entre sustancias en el interior de las neuronas y en el líquido extracelular que se encuentra alrededor de ellas. Esto permite que los mensajes se transmitan de forma adecuada entre las células.

Si los componentes del líquido extracelular cambian, aunque sea levemente, dicha transmisión se alterará dando lugar a alteraciones en la función cerebral.

Por eso, la barrera hematoencefálica actúa regulando la composición de este líquido. Por ejemplo, muchos de los alimentos que ingerimos presentan sustancias químicas que podrían modificar el intercambio de información entre neuronas. La barrera hematoencefálica impide que esas sustancias lleguen al cerebro, manteniendo un buen funcionamiento.

Es importante destacar que la barrera hematoencefálica no tiene una estructura uniforme en todo el sistema nervioso. Hay lugares en los que presenta más permeabilidad que en otros. Esto es útil para permitir el paso de sustancias que en otros lugares no son bienvenidas.

Un ejemplo es el área postrema del tronco del encéfalo. Esta región controla el vómito, y posee una barrera hematoencefálica mucho más permeable. Su fin es que las neuronas de esa zona puedan detectar rápidamente sustancias tóxicas en la sangre.

Así, cuando algún veneno que proviene del estómago llega al sistema circulatorio, estimula el área postrema cerebral provocando el vómito. De esta forma, el organismo puede expulsar del estómago el contenido venenoso antes de que empiece a ser dañino.

En resumen, las tres principales funciones de la barrera hematoencefálica son:

– Protege al cerebro de sustancias extrañas potencialmente peligrosas o que podrían alterar el funcionamiento cerebral.

– Protege y separa al sistema nervioso central de hormonas y neurotransmisores que están en el resto del cuerpo, evitando efectos no deseados.

– Mantiene un equilibrio químico constante en nuestro cerebro.

¿Qué sustancias atraviesan la barrera hematoencefálica?

Hay sustancias más susceptibles que otras a atravesar la barrera hematoencefálica. Las sustancias que presentan las siguientes características entran con más facilidad que otras:

– Las moléculas pequeñas pasan con mucha más facilidad la barrera hematoencefálica que las de gran tamaño.

– Las sustancias liposolubles atraviesan fácilmente la barrera hematoencefálica, mientras que los que no lo son lo hacen más lentamente o no consiguen atravesarla. Un tipo de fármaco liposoluble que llega fácilmente a nuestro cerebro son los barbitúricos. Otros ejemplos son el etanol, la nicotina, la cafeína o la heroína.

– Las moléculas que poseen menos carga eléctrica pasan la barrera más rápidamente que las que tienen elevada carga.

Algunas sustancias pueden atravesar la barrera hematoencefálica. Sobre todo, la pasan moléculas de glucosa, oxígeno y aminoácidos que son fundamentales para el adecuado funcionamiento del cerebro.

Los aminoácidos como la tirosina, el triptófano, la fenilalanina, la valina o la leucina, entran en la barrera hematoencefálica con gran rapidez. Muchos de estos son precursores de neurotransmisores que se sintetizan en el cerebro.

Sin embargo, esta barrera excluye prácticamente todas las moléculas de gran tamaño y un 98% de todos los fármacos que se componen de moléculas pequeñas.

Por eso existen dificultades para el tratamiento de enfermedades cerebrales, ya que los medicamentos no suelen atravesar la barrera o no lo hacen en las cantidades necesarias. En ciertos casos, se pueden inyectar agentes terapéuticos directamente en el cerebro para evitar la barrera hematoencefálica.

Al mismo tiempo, impide la entrada de neurotoxinas y lipofílicos a través de un transportador regulado por la llamada glicoproteína P

Órganos circuventriculares

Como se ha mencionado, existen varias regiones del cerebro donde la barrera hematoencefálica es más débil y permeable. Esto provoca que las sustancias puedan llegar a estas regiones con facilidad.

Gracias a estas áreas, el cerebro puede controlar la composición sanguínea. Dentro de los órganos circuventriculares se encuentran:

Glándula pineal: es una estructura situada en el interior de nuestro cerebro, entre los ojos. Se relaciona con nuestros ritmos biológicos e importantes funciones hormonales. Libera melatonina y péptidos neuroactivos.

– Neurohipófisis: es el lóbulo posterior de la glándula pituitaria. Almacena sustancias provenientes del hipotálamo, principalmente neurohormonas como oxitocina y vasopresina.

– Área postrema: como se mencionó anteriormente, produce el vómito para evitar que nos intoxiquemos.

– Órgano subfornical: es esencial en la regulación de los fluidos corporales. Por ejemplo, tiene un papel importante en la sensación de sed.

– Órgano vascular de la lámina terminal: también contribuye a la sed y al equilibrio de fluidos mediante la liberación de vasopresina. Detecta péptidos y otras moléculas.

– Eminencia media: es un área del hipotálamo que regula la pituitaria anterior a través de interacciones entre hormonas hipotalámicas estimuladoras e inhibidoras.

Condiciones que afectan a la barrera hematoencefálica

Es posible que la barrera hematoencefálica se altere debido a diferentes enfermedades. Además, cuando esta barrera se debilita, es posible que aumente la probabilidad o acelere la aparición de trastornos neurodegenerativos.

– Hipertensión o tensión alta: puede provocar que esta barrera se altere, volviéndose permeable, lo que puede ser peligroso para nuestro organismo.

– Radiaciones: una larga exposición a radiación puede debilitar la barrera hematoencefálica.

– Infecciones: la inflamación de alguna parte del sistema nervioso central hace más débil a esta barrera. Un ejemplo es la meningitis, una enfermedad en la que se inflaman las meninges cerebrales (capas que envuelven el cerebro y médula espinal) por diversos virus y bacterias.

– Traumatismos, isquemias, ictus… pueden producir daños directos en el cerebro, afectando a la barrera hematoencefálica.

Absceso cerebral. Se debe a la inflamación y acumulación de pus en el interior del cerebro. La infección suele proceder del oído, boca, senos paranasales, etc. Aunque puede ser consecuencia de un trauma o cirugía. En la mayor parte de los casos es necesario de 8 a 12 semanas de terapia antibacteriana.

– Esclerosis múltiple: parece ser que las personas con esta enfermedad tienen fugas en la barrera hematoencefálica. Esto provoca que lleguen demasiadas células blancas de la sangre al cerebro, donde atacan por error a la mielina.

La mielina es una sustancia que cubre las células nerviosas y permite que los impulsos nerviosos viajen de manera rápida y eficaz. Si se destruye, va apareciendo un deterioro cognitivo y motor progresivo.

Referencias

  1. Blood Brain barrier. (s.f.). Recuperado el 22 de abril de 2017, de Wikipedia: en.wikipedia.org.
  2. The Blood Brain Barrier (“Keep Out”). (s.f.). Recuperado el 22 de abril de 2017, de Neuroscience for kids: faculty.washington.edu.
  3. The Blood-Brain Barrier. (2 de julio de 2014). Obtenido de BrainFacts: brainfacts.org.
  4. Carlson, N.R. (2006). Fisiología de la conducta 8ª Ed. Madrid: Pearson.
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Licenciada en Psicología (Universidad de Huelva). Máster en Estudios Avanzados en Cerebro y Conducta de la Universidad de Sevilla.

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