En comparación con el resto del cuerpo, el cerebro requiere una cantidad desproporcionadamente grande de energía para asegurar el mantenimiento de la funcionalidad de los componentes celulares, como las neuronas y las células gliales. Esta energía se genera principalmente en procesos metabólicos aeróbicos que consumen cantidades considerables de oxígeno.

Por lo tanto, las concentraciones de oxígeno en el cerebro son un parámetro importante que influye en la función de las células nerviosas y gliales. Sin embargo, hasta ahora se desconoce en gran parte cuánto oxígeno se consume en el cerebro y cómo se relaciona esto con la actividad neuronal.

Avance plausible

En lo que representa un avance plausible, una dupla de neurobiólogos de la Universidad Ludwig-Maximilians de Alemania, logró medir por primera vez cuánto oxígeno consume en el cerebro y correlacionarlo con la actividad de las células nerviosas.

Para lograrlo, los investigadores utilizaron sensores electroquímicos en un modelo animal ya establecido, la rana de uñas africana (Xenopus laevis), para determinar la concentración de oxígeno en el cerebro y en uno de los ventrículos cerebrales.

La energía que consume el cerebro se genera principalmente en procesos metabólicos aeróbicos que consumen cantidades considerables de oxígeno.

A tal fin, los investigadores controlaron específicamente la cantidad de oxígeno disponible para el cerebro, y con la ayuda de sustancias farmacológicas, inhibieron la actividad de las células nerviosas.

Utilizando las células nerviosas que controlan los movimientos oculares, los científicos lograron registrar directamente la relación entre el consumo de oxígeno y la actividad de estas células.

Una visión inicial

Los investigadores encontraron que el cerebro es anóxico (carece de oxígeno) en un ambiente normal de aire, lo que significa que no se puede medir el oxígeno. Por lo tanto, todo el oxígeno es utilizado por las células para sintetizar sustancias ricas en energía.

Cuando los investigadores exponían el cerebro a un entorno con más del doble de la concentración de oxígeno atmosférico, el metabolismo energético estaba saturado y había oxígeno abundantemente en el cerebro.

La imagen muestra la distribución de oxígeno alrededor del tejido. Área saturada con oxígeno atmosférico (rojo); falta completa de oxígeno (azul).

Las pruebas revelaron que durante un funcionamiento regular, solo alrededor del 50 por ciento del oxígeno se usa para la actividad de las células nerviosas, lo que implica que el otro 50 por ciento es necesario para las células gliales y para mantener la tasa metabólica básica de las células nerviosas. Sin embargo, las células nerviosas con mayor actividad consumieron más oxígeno.

Los investigadores señalan que para comprender mejor cómo se procesa la información en el cerebro, es esencial conocer la relación entre la disponibilidad de oxígeno y la actividad cerebral. Los resultados de este estudio proporcionan una visión inicial de esto, además de representar una base importante para futuras investigaciones.

Los resultados, explican los autores, también pueden ser relevantes desde una perspectiva médica, por ejemplo, para comprender mejor las consecuencias de la deficiencia de oxígeno en el cerebro o para interpretar mejor la información sobre la actividad cerebral obtenida con las técnicas de imagen.

Referencia: Relationship between oxygen consumption and neuronal activity in a defined neural circuit. BMC Biology, 2020. https://doi.org/10.1186/s12915-020-00811-6