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La barrera hematoencefálica es una barrera formada por diversas estructuras que separa el líquido extracelular de la circulación sanguínea en el sistema nervioso central (SNC), incluyendo el encéfalo y la médula espinal. La barrera hematoencefálica controla el paso de sustancias gracias a una permeabilidad altamente selectiva y se suele considerar como parte del sistema neuroinmune.

La barrera hematoencefálica aparece en los capilares sanguíneos del SNC y es una característica única que no aparece en el resto del cuerpo. Existen otras barreras hematológicas en otros órganos, incluso en zonas concretas del SNC, pero su estructura es diferente.

En general, la barrera hematoencefálica impide el paso de células y objetos microscópicos (incluyendo bacterias y virus), grandes moléculas y moléculas con alta carga eléctrica. Tampoco deja pasar moléculas con baja solubilidad en lípidos (baja lipofilia, alta hidrofilia). Por el contrario, permite el paso por difusión pasiva de moléculas de agua, algunos gases como el oxígeno y moléculas liposolubles. También permite el paso de glucosa, aminoácidos y otras sustancias mediante transporte activo mediado por la p-glicoproteína.

De esta forma, la barrera hematoencefálica controla la homeostasis en el SNC, lo protege de patógenos potenciales y de sustancias externas presentes en la circulación sanguínea que puedan dañarlo (neurotoxinas). El SNC también queda protegido de neurotransmisores producidos fuera del SNC.

Anatomía de la barrera hematoencefálica

La barrera hematoencefálica está formada por células endoteliales de los capilares sanguíneos y células especializadas del sistema nervioso central, mayoritariamente astrocitos.

Los capilares son un tipo de vasos sanguíneos de muy bajo calibre cuya pared está formada una capa de células endoteliales de tipo escamoso. Normalmente, la unión entre las células del endotelio vascular es muy estrecha, pero en los capilares esta unión es más laxa, incluso con fenestraciones, para permitir el intercambio de nutrientes, células inmunitarias y fluidos entre los tejidos y el torrente circulatorio.

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En la barrera hematoencefálica, sin embargo, las células endoteliales se mantienen en una unión muy estrecha a través de diferentes tipos de uniones intercelulares, como zonas occludens, uniones de adherencia o desmosomas. Así, la barrera hematoencefálica está formada por una alta densidad de células endoteliales fuertemente unidas que impiden el paso de la mayoría de sustancias y objetos microscópicos.

Además de las células endotelilales, en la barrera hematoencefálica participan dos tipos de células más, los pericitos y los astrocitos.

Los pericitos son células contráctiles que se disponen alrededor de los capilares de todo el cuerpo para regular el flujo sanguíneo capilar y la maduración de las células endoteliales. En el cerebro son imprescindibles para mantener la barrera hematoencefálica hasta el punto de que la perdida funcional de los pericitos provoca la pérdida de la barrera hematoencefálica.

Los astrocitos son el tipo más abundante de células gliales y entre sus funciones destacan el soporte metabólico y estructural para las neuronas. Los astrocitos recubren el exterior de los capilares sanguíneos con el final de sus proyecciones celulares (llamadas pies astrocíticos, pies astrocitarios o limitantes gliales) reforzando el efecto barrera y haciendo de filtro entre la sangre y las neuronas.

La combinación de células endoteliales con uniones intercelulares estrechas y los pies astrocitarios es lo que forma la barrera hematoencefálica.

En los plexos coroideos, donde se forma el líquido cefalorraquídeo, existe también una barrera hematológica conocida como barrera hematocefalorraquídea o sangre-liquido cefalorraquídeo. Esta barrera es diferente a la barrera hematoencefálica y está formada por células ependimarias modificadas y la membrana aracnoides de las meninges.

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Otra barrera hematológica relacionada con el SNC es la barrera encéfalo-líquido cefalorraquídeo que aparece entre la piamadre y la aracnoides y que impide el intercambio de sustancias entre el encéfalo y el líquido cefalorraquídeo que circula en el espacio subaracnoideo.

Barreras protectores del encéfalo
Barreras protectores del encéfalo

Órganos circunventriculares

Existen diversas zonas del encéfalo dónde no hay barrera hematoencefálica o esta es débil y permite el paso relativamente fácil de sustancias que no pueden pasar en el resto del encéfalo. Estas zonas se conocen como órganos circunventriculares y ayudan a que el cerebro pueda monitorizar la composición sanguínea para la regulación de diversos órganos.

Los órganos circunventriculares con barrera hamatoencefálica débil son (el órgano subcomisural es el único órgano circunventricular que mantiene una barrera hematoencefálica fuerte):

  • Glándula pineal: secreta melatonina, sustancia relacionada con los ritmos circadianos.
  • Neurohipósfisis: libera neurohormonas como la oxitocina y la vasopresina al torrente circulatorio.
  • Eminencia media: regula la adenohipófisis o pituitaria anterior mediante la liberación de neurohormonas.
  • Área postrema: es el centro del vómito y es útil ante la detección de tóxicos en sangre.
  • Órgano subfornical: participa en la regulación del volumen de fluidos corporales y en el reflejo de la sed.
  • Órgano vascular de la lámina terminal: zona con abundantes quimiorreceptores que detectan numerosas moléculas y participa en el control de la osmolaridad.
Órganos circunventriculares
Órganos circunventriculares del encéfalo

Ruptura de la barrera hematoencefálica

La integridad estructural o funcional de la barrera hematoencefálica se puede ver comprometida por afecciones de diversa índole. Entre las más frecuentes están las infecciones, por ejemplo la meningitis vírica, hipertensión arterial, hiperosmolaridad en el plasma sanguíneo, traumatismos, isquemias, procesos inflamatorios o la exposición a radiactividad.

Referencias

  1. Yonatan Serlin et al.. (Febrero 2015. Anatomy and Physiology of the Blood-Brain Barrier. Seminars in Cell & Developmental Biology 38:2-16. doi: 10.1016/j.semcdb.2015.01.002.
  2. Blood brain barrier and cerebral metabolism. Neuroscience online, UTHealth.

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