El papel del metabolismo cerebral

Brain-energy metabolism regulates vulnerability to stress

Carmen Sandi

Brain-energy metabolism and its disruption

Pierre Magistretti

Molecular imaging of brain oxygen metabolism and mitochondrial function

Alessandro Colasanti

El cerebro es un órgano con grandes necesidades energéticas y muy sensible a estas variaciones. Las mitocondrias son la central energética de las células que transforman la glucosa en trifosfato de adenosina (ATP) mediante el ciclo de Krebs. Desde hace mucho tiempo, se relacionó la enfermedad bipolar con las alteraciones en el funcionamiento mitocondrial y en su capacidad de producción energética. Las enfermedades genéticas mitocondriales provocan enfermedad bipolar en el 15 % de los enfermos afectados.

Cuando hay aumento de la necesidad energética, como en la respuesta aguda al estrés, las mitocondrias neuronales aumentan la producción de energía, esencial para el funcionamiento correcto de las sinapsis y para aumentar su número. El número de mitocondrias está directamente relacionada con el número de sinapsis de la célula. Cuando mayor sea el número de sinapsis, mayor es el número de mitocondrias para proporcionarles energía.

El cortisol, liberado en la respuesta al estrés agudo, es uno de los mediadores de la activación mitocondrial en la respuesta al aumento de las necesidades energéticas. Sin embargo, cuando el estrés es crónico y ocurre en una etapa inicial del desarrollo cerebral, reduce el número de receptores de corticoides en las zonas cerebrales vinculadas a la regulación de las emociones, como el hipocampo y el núcleo accumbens.

A largo plazo, esto disminuye la capacidad de las mitocondrias para activarse y aumentar su producción energética en la respuesta al estrés, con lo que se reduce su tamaño y el número de receptores dopaminérgicos (activadores). Cuando no hay una respuesta mitocondrial con aumento de producción energética en zonas cerebrales clave, las zonas cerebrales afectadas quedan en hipofuncionamiento, lo que provoca síntomas de ansiedad y depresión en el individuo.

Otro mecanismo de regulación energética cerebral está mediado por los astrocitos, células de la neuroglia que conectan las neuronas y los capilares cerebrales. Los astrocitos se conectan a las sinapsis glutamenérgicas de las neuronas y las activan. De esta forma, activan la circulación cerebral y promueven un mayor aporte de oxígeno a las mitocondrias neuronales y la formación de energía.

De manera complementaria, los astrocitos almacenan glucógeno y, en la respuesta aguda al estrés, liberan glucosa, que se convierte en lactato, el sustrato energético de las mitocondrias neuronales. Además de su papel directo en la formación de energía en la mitocondria, el lactato actúa también como neurorregulador y activa la formación de moléculas, como el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), esencial para la formación de sinapsis y para la adaptación del individuo al ambiente.

El lactato periférico (liberado por los músculos cuando están activos) tiene efectos semejantes a los de los antidepresivos en modelos animales, lo que puede constituir un mecanismo posible de acción para el efecto antidepresivo del ejercicio físico.