4.5: Barrera hematoencefálica
- Page ID
- 119563
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Al considerar la hipótesis del Estornino es habitual considerar los casos especiales importantes del glomérulo y el pulmón. Sin embargo, la situación con los capilares cerebrales es muy diferente y esto parece ser raramente apreciado. Las membranas capilares en la mayor parte del cuerpo son permeables a los solutos de bajo peso molecular presentes en la sangre pero son más o menos impermeables a las proteínas de gran peso molecular. Los únicos solutos presentes que pueden ejercer una fuerza osmótica a través de la pared capilar en la mayoría de los capilares son las proteínas por lo que las presiones oncóticas del plasma y el intersticio son dos importantes fuerzas de Starling. Los solutos de bajo peso molecular pueden atravesar fácilmente la mayoría de las membranas capilares, por lo que no son efectivos para ejercer una fuerza osmótica a través de las células endoteliales capilares.
¿En qué se diferencian los capilares cerebrales?
Las diferencias se deben a la barrera hematoencefálica:
La membrana capilar en los capilares cerebrales es relativamente impermeable a la mayoría de los solutos de bajo peso molecular presentes en la sangre (así como a las proteínas plasmáticas).
Los iones Na+ y Cl- constituyen la mayoría de estos solutos. Estos solutos son efectivos para ejercer una fuerza osmótica a través de la membrana capilar cerebral (el sitio de la barrera hematoencefálica). Como consecuencia, las fuerzas del Estornino en los capilares cerebrales son:
- la presión hidrostática en los capilares cerebrales
- la presión hidrostática en el cerebro ECF (ICP)
- la presión osmótica del plasma
- la presión osmótica del cerebro ECF
Tenga en cuenta que es presión osmótica total más que presión oncótica. La presión oncótica es extremadamente pequeña en comparación con la enorme presión osmótica ejercida por los pequeños solutos efectivos en los capilares cerebrales. La pequeña fuga de estos solutos de bajo peso molecular puede explicarse por un coeficiente de reflexión como ocurre con las proteínas plasmáticas en otros lechos capilares. Un aumento de un miliosmol /kg en el gradiente osmótico entre la sangre y el líquido intersticial cerebral ejercerá una fuerza de 17 a 20 mmHg. A una osmolalidad de 287 mOsm/kg entonces la presión osmótica total es de aproximadamente 5400mmHg como se puede calcular con la ecuación de van't Hoff. En comparación, la presión oncótica plasmática de 25 mmHg es pequeña.
Por lo tanto, incluso pequeños cambios en la tonicidad plasmática pueden tener un efecto marcado en el volumen total de líquido del compartimento intracraneal. No es solo el volumen intracelular de las células cerebrales sino también el volumen de la ECF cerebral los que disminuyen por un aumento de la osmolalidad plasmática. En otros tejidos del cuerpo, un aumento en la osmolalidad plasmática aumentaría el volumen de FIS pero disminuiría el volumen de ICF en ese tejido.
Efecto del incremento en la osmolalidad plasmática sobre volúmenes de fluidos tisulares |
|||
|
Volumen ISF |
Volumen ICF |
Volumen total de fluido |
|
|
Cerebro |
Disminución |
Disminución |
SIEMPRE disminuyó |
|
Otros tejidos |
Incrementado |
Disminución |
Departamento de equilibrio entre el aumento de ISF |
La infusión de soluciones hipertónicas de cualquier soluto efectivo de peso molecular pequeño (por ejemplo, solución salina hipertónica, manitol o urea) deshidratará el cerebro. En los capilares periféricos, estos solutos no son efectivos para ejercer una fuerza osmótica porque pueden atravesar fácilmente estas membranas capilares. Sin embargo, las soluciones hipertónicas de sodio (como solución salina) o manitol son efectivas en la membrana celular y provocarán deshidratación celular en todas las células del cuerpo. La urea puede atravesar la mayoría de las membranas celulares con relativa facilidad y es un soluto mucho menos efectivo en esta membrana.
También se debe hacer un comentario final sobre la permeabilidad al agua de la barrera hematoencefálica. El flujo de fluido a través de la membrana capilar es proporcional al gradiente de presión neta (como se indica en la ecuación de Starling). La constante de proporcionalidad en esta ecuación es el coeficiente de filtración y el valor de este es una medida de la facilidad con la que el agua cruza la membrana. Como se discutió anteriormente, este coeficiente de filtración es producto del área total de las paredes capilares y la conductividad hidráulica. Esta conductividad hidráulica es una medida de la permeabilidad al agua de la membrana. El punto a hacer es que en comparación con otros capilares corporales la conductividad hidráulica (es decir, permeabilidad al agua) de los capilares cerebrales es mucho menor. Esto minimiza en gran medida la cantidad de agua que se pierde del cerebro en respuesta a los cambios en la tonicidad plasmática y esto es afortunado en vista de los enormes cambios en las fuerzas osmóticas que ocurren con cambios de tonicidad de solo unos pocos millosmoles/kg. Este coeficiente de filtración muy bajo es necesario para mantener un volumen intracraneal constante.
Observe la diferencia entre el coeficiente de reflexión y el coeficiente de filtración
El coeficiente de reflexión da una medida de qué tan bien los solutos cruzan una membrana y el coeficiente de filtración (o más exactamente la conductividad hidráulica) da una medida de qué tan bien el disolvente (agua) cruza una membrana. Esta distinción es importante a considerar en el cerebro porque el daño cerebral no necesariamente da como resultado cambios iguales en cada coeficiente en el área de daño. Por ejemplo, a menudo se dice que las soluciones hipertónicas de manitol son menos efectivas en la deshidratación de áreas anormales o dañadas del cerebro (en comparación con las áreas normales) pero esto no es necesariamente correcto. Un área dañada puede tener un coeficiente de reflexión más bajo para solutos de bajo peso molecular por lo que un aumento en el gradiente osmótico debido al manitol será menos efectivo en esta área. Sin embargo, el área dañada también puede tener una mayor conductividad hidráulica y el agua es más capaz de salir del cerebro en esta área. El efecto neto es que el cerebro dañado puede deshidratarse tanto como (o más) que las áreas no dañadas.
Resumen
La barrera hematoencefálica es impermeable a los solutos de bajo peso molecular por lo que la presión osmótica plasmática (en lugar de la presión oncótica plasmática) es la fuerza Starling a considerar aquí. Por la misma razón, la presión osmótica intersticial cerebral es también una fuerza Starling (más bien que la presión oncótica del líquido intersticial).
Se utiliza el coeficiente de reflexión debido a estos solutos en lugar del coeficiente de reflexión para las proteínas. Esta reflexión es muy alta para la mayoría de estos solutos solubles en agua.
La ecuación de Starling también se ve alterada por otra razón: la conductividad hidráulica de los capilares cerebrales es mucho menor que en otros capilares. El coeficiente de filtración es bajo. Esto minimiza la cantidad de deshidratación que se produce en respuesta a los cambios en la tonicidad plasmática. La aplicación de la ecuación de Starling al cerebro es diferente a la de cualquier otra parte del cuerpo y es sorprendente que esto sea tan poco apreciado especialmente en vista de la importante relevancia clínica (por ejemplo, el uso de soluciones hipertónicas de manitol).
Finalmente, debido al principio de Pascal, la presión del líquido intersticial en el cerebro es igual a la presión del LCR (es decir, presión intracraneal).
Los capilares cerebrales son de hecho un importante 'caso especial' en lo que respecta a la aplicación de la hipótesis de Starling.