Un nuevo estudio, que da un nuevo significado al viejo dicho de que una buena noche de sueño despeja la mente, revela que un sistema recientemente descubierto, encargado de eliminar los desechos del cerebro, se activa principalmente durante el sueño. Esta revelación podría transformar la comprensión científica del propósito biológico del sueño y abrir nuevas vías para el tratamiento de trastornos neurológicos.
«Este estudio demuestra que el cerebro presenta diferentes estados funcionales durante el sueño y la vigilia», afirmó Maiken Nedergaard, MD, DMSc., codirectora del Centro de Neuromedicina Traslacional del Centro Médico de la Universidad de Rochester (URMC) y autora principal del artículo. «De hecho, la naturaleza reparadora del sueño parece ser el resultado de la eliminación activa de los subproductos de la actividad neuronal que se acumulan durante la vigilia».
El estudio, publicado hoy en la revista Science , revela que el sistema glinfático, un mecanismo único del cerebro para eliminar desechos, se activa intensamente durante el sueño, eliminando toxinas responsables de la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos neurológicos. Además, los investigadores descubrieron que, durante el sueño, las células cerebrales se reducen de tamaño, lo que permite una eliminación más eficaz de los desechos.
La función del sueño es una cuestión que ha fascinado a filósofos y científicos desde la época de los antiguos griegos. Desde un punto de vista práctico, el sueño es un estado biológico desconcertante. Prácticamente todas las especies animales, desde la mosca de la fruta hasta la ballena franca, duermen de alguna forma. Pero este periodo de letargo tiene importantes inconvenientes, sobre todo cuando hay depredadores al acecho. Esto ha llevado a la conclusión de que, si el sueño no cumple una función biológica vital, entonces quizás sea uno de los mayores errores de la evolución.
Si bien hallazgos recientes han demostrado que el sueño puede ayudar a almacenar y consolidar recuerdos, estos beneficios no parecen compensar la vulnerabilidad que lo acompaña, lo que lleva a los científicos a especular que debe haber una función más esencial en el ciclo de sueño-vigilia.
Los nuevos hallazgos se basan en el descubrimiento, el año pasado, por parte de Nedergaard y sus colegas, de un sistema de eliminación de desechos previamente desconocido y exclusivo del cerebro . El sistema responsable de eliminar los desechos celulares en el resto del cuerpo, el sistema linfático, no llega al cerebro. Esto se debe a que el cerebro mantiene su propio «ecosistema» cerrado y está protegido por un complejo sistema de barreras moleculares —denominado barrera hematoencefálica— que controlan estrictamente lo que entra y sale del cerebro.
El proceso cerebral de eliminación de desechos había eludido durante mucho tiempo a los científicos, simplemente porque solo podía observarse en el cerebro vivo, algo imposible antes de la llegada de las nuevas tecnologías de imagen, en concreto la microscopía de dos fotones. Mediante estas técnicas, los investigadores pudieron observar en ratones —cuyos cerebros son sorprendentemente similares a los de los humanos— lo que equivale a un sistema de tuberías que se acopla a los vasos sanguíneos del cerebro y bombea líquido cefalorraquídeo (LCR) a través del tejido cerebral, devolviendo los desechos al sistema circulatorio, donde finalmente llegan al sistema circulatorio general y, en última instancia, al hígado.
La eliminación oportuna de desechos del cerebro es esencial, ya que la acumulación descontrolada de proteínas tóxicas como el beta-amiloide puede provocar la enfermedad de Alzheimer. De hecho, casi todas las enfermedades neurodegenerativas están asociadas con la acumulación de productos de desecho celulares.
Una de las pistas que sugerían que el sistema glinfático podría estar más activo durante el sueño era el hecho de que la cantidad de energía que consume el cerebro no disminuye drásticamente mientras dormimos. Dado que el bombeo del líquido cefalorraquídeo requiere mucha energía, los investigadores especularon que el proceso de limpieza podría no ser compatible con las funciones que el cerebro debe realizar cuando estamos despiertos y procesando información activamente.
Mediante una serie de experimentos con ratones, los investigadores observaron que el sistema glinfático era casi 10 veces más activo durante el sueño y que el cerebro dormido eliminaba una cantidad significativamente mayor de beta-amiloide.
“El cerebro solo dispone de una cantidad limitada de energía y parece que debe elegir entre dos estados funcionales distintos: despierto y consciente, o dormido y limpiando”, explicó Nedergaard. “Es como organizar una fiesta en casa. Puedes entretener a los invitados o limpiar, pero no puedes hacer ambas cosas a la vez”.
Otro hallazgo sorprendente fue que las células cerebrales se contraen un 60 % durante el sueño. Esta contracción crea más espacio entre las células y permite que el líquido cefalorraquídeo (LCR) circule con mayor libertad por el tejido cerebral. Por el contrario, en estado de vigilia, las células cerebrales están más juntas, lo que restringe el flujo de LCR.
Los investigadores observaron que la noradrenalina, una hormona cuya actividad disminuye durante el sueño. Se sabe que este neurotransmisor se libera en ráfagas cuando el cerebro necesita estar alerta, generalmente en respuesta al miedo u otros estímulos externos. Los investigadores especulan que la noradrenalina podría funcionar como un «regulador maestro» que controla la contracción y expansión de las células cerebrales durante los ciclos de sueño-vigilia.
«Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para el tratamiento de enfermedades cerebrales como el Alzheimer», afirmó Nedergaard. «Comprender con precisión cómo y cuándo el cerebro activa el sistema glinfático y elimina los desechos es un primer paso fundamental para intentar modular este sistema y lograr que funcione de manera más eficiente».
Entre los coautores adicionales del estudio se encuentran Lulu Xie, Hongyi Kang, Qiwu Xu, Michael Chen, Yonghong Liao, Thiyagarajan Meenakshisundaram, John O’Donnell, Daniel Christensen, Takahiro Takano y Rashid Deane, del URMC; Jeffrey Iliff, de la Universidad de Salud y Ciencias de Oregón; y Charles Nicholson, de la Universidad de Nueva York. El estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes.
Fuente: Mark Michaud/ University of Rochester Medicine/ urmc.rochester.edu