Una investigación del Centro Médico de la Universidad de Rochester, en Nueva York, Estados Unidos, muestra que un sistema recientemente descubierto que elimina residuos del cerebro actúa principalmente durante el sueño. Esta revelación podría transformar la comprensión de los científicos sobre los efectos biológicos del sueño y apuntar a nuevas formas de tratar los trastornos neurológicos.

«Este estudio muestra que el cerebro tiene diferentes estados funcionales cuando duerme y cuando se despierta», explicó Maiken Nedergaard, codirector del Centro de Neuromedicina Traslacional del Centro Médico de la Universidad de Rochester (URMC, en sus siglas en inglés) y autor principal del trabajo. «De hecho, la naturaleza reparadora del sueño parece ser el resultado de la liquidación activa de los subproductos de la actividad neuronal que se acumulan durante la vigilia», agrega.

El estudio, publicado este jueves en la revista ‘Science’, revela que el método único en el cerebro para la eliminación de residuos, conocido como el sistema ‘glymphatic’, es muy activo durante el sueño, quitando las toxinas responsables de la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos neurológicos. Además, los investigadores encontraron que durante el sueño, las células del cerebro se reducen de tamaño, lo que permite desechar residuos con mayor eficacia.

Se sabe que prácticamente todas las especies de animales, desde la mosca de la fruta a la ballena franca, duermen en alguna manera, pero este periodo de latencia tiene importantes inconvenientes, sobre todo cuando los depredadores están al acecho. Esto ha llevado a pensar que si el sueño no realiza una función biológica esencial entonces es quizás uno de los mayores errores de la evolución.

Si bien hallazgos recientes han demostrado que el sueño puede ayudar a almacenar y consolidar los recuerdos, esos beneficios no parecen superar la vulnerabilidad, lo que lleva a los científicos a especular que debe haber una función más esencial para el ciclo de sueño-vigilia.

Estos nuevos resultados se añaden al descubrimiento realizado el año pasado por Nedergaard y sus colegas de la existencia de un sistema único en el cerebro que elimina desechos, hasta ahora desconocido. El sistema responsable de la eliminación de residuos celulares en el resto del cuerpo, el sistema linfático, no se extiende a la del cerebro porque el cerebro mantiene su propio «ecosistema» cerrado y está protegido por un sistema complejo de puertas de enlace molecular, llamado barrera sangre-cerebro, que controla estrechamente lo que entra y sale del cerebro.

Este proceso de limpieza no se había detectado antes porque sólo se puede observar en el cerebro vivo, algo que no era posible antes de la llegada de las nuevas tecnologías de la imagen, es decir, la microscopía de dos fotones. Gracias a estas técnicas, los investigadores pudieron observar en ratones, cuyos cerebros son muy similares a los seres humanos, lo que equivale a un sistema de tuberías a caballo entre los vasos sanguíneos del cerebro y las bombas de líquido cefalorraquídeo (LCR) a través de los tejidos del cerebro, purgando los residuos al sistema circulatorio, donde finalmente hacen su camino hacia el sistema de circulación general de la sangre y, en última instancia, el hígado .

La oportuna eliminación de los residuos desde el cerebro es esencial en la acumulación incontrolada de proteínas tóxicas tales como beta-amiloide, que puede conducir a la enfermedad de Alzheimer. De hecho, casi todas las enfermedades neurodegenerativas se asocian con la acumulación de productos de desecho de las células.

Una de las pistas que dio a entender que el sistema ‘glymphatic’ puede ser más activo durante el sueño fue el hecho de que la cantidad de energía consumida por el cerebro no disminuye drásticamente mientras dormimos. Debido a que el bombeo de LCR exige una gran cantidad de energía, los investigadores especularon con que el proceso de limpieza puede no ser compatible con las funciones que el cerebro debe realizar cuando estamos despiertos y procesar activamente la información.
HASTA DIEZ VECES MÁS ACTIVO

A través de una serie de experimentos en ratones, los científicos observaron que el sistema ‘glymphatic’ era casi diez veces más activo durante el sueño y que el cerebro eliminaba significativamente más beta-amiloide cuando los roedores estaban dormidos.

Otro hallazgo sorprendente fue que las células en el cerebro «encogen» en un 60 por ciento durante el sueño, una contracción que crea más espacio entre las células y permite al LCR lavar más libremente a través del tejido cerebral. En contraste, cuando se está despierto, las células del cerebro están más cerca entre sí, restringiendo el flujo del LCR .

Los investigadores observaron que una hormona llamada noradrenalina es menos activa en el sueño. Este neurotransmisor es conocido por ser lanzado en ráfagas cuando el cerebro tiene que estar alerta, por lo general en respuesta al miedo o a otro tipo de estímulo externo, por lo que los investigadores especulan que la noradrenalina puede servir como un «maestro regulador» del control de la contracción y la expansión de las células del cerebro durante los ciclos de sueño-vigilia.

«Estos resultados tienen implicaciones importantes para tratar enfermedades de suciedad en el cerebro, como el Alzheimer», dijo Nedergaard. A su juicio, entender exactamente cómo y cuando el cerebro activa el sistema ‘glymphatic’ y limpia los residuos es un primer paso crítico en los esfuerzos para modular potencialmente este sistema y hacer que funcione de manera más eficiente.