Fisiologa y Metabolism o Cerebral

Dra. Marinela Riccobono Residente 3er Ao Anestesiologa Hospital Vargas de Caracas

CUALES SON LAS FUNCIONES DEL SISTEMA NERVIOSO???Controlar de forma compleja las funciones de regulacin del organismo a travs de la informacin que recibe de los distintos rganos sensoriales lo que posteriormente integrara para determinar la respuesta adecuada SENSITIVA---- INTEGRADORA--MOTORA

COMO SE DIVIDE EL SISTEMA NERVIOSO?? sistema nervioso central (SNC)/ sistema nervioso perifrico (SNP). 1. SNC: 1.1 Encfalo y la mdula espinal. 1. 2 integra y relaciona la informacin sensitiva aferente, se generan los pensamientos, emociones, se forma y almacena la memoria. 1.3 Origina la mayora de los impulsos nerviosos que estimulan la contraccin muscular y las secreciones glandulares 1.4 Est conectado con los receptores sensitivos, los msculos y las glndulas

2. SNP: 2.1 formado por los nervios craneales, que nacen en el encfalo y los nervios raqudeos, que nacen en la mdula espinal. 2.2 Una parte de estos nervios lleva impulsos nerviosos hasta el SNC, mientras que otras partes transportan los impulsos que salen del SNC.

2.3 Posee componente aferente llamadas neuronas sensitivas o aferentes y un componente eferente: neuronas motoras o eferentes. 2.4 Se divide en sistema nervioso somtico (SNS) y sistema nervioso autnomo (SNA).

El SNS formado por neuronas sensitivas que llevan informacin desde los receptores cutneos y los sentidos especiales, de la cabeza, superficie corporal y las extremidades, hasta el SNC que conducen impulsos slo al sistema muscular esqueltico. Es voluntario.

El SNA formado por neuronas sensitivas que llevan informacin desde receptores situados en las vsceras hasta el SNC, conducen los impulsos hasta el msculo liso, el msculo cardaco y las glndulas. Es involuntario. La porcin motora del SNA tiene dos ramas, la divisin simptica y la parasimptica. Con pocas excepciones las vsceras reciben instrucciones de ambas. En general, estas dos divisiones tienen acciones opuestas.

El CRANEO Estructura rgida no distensible Continente: tejido cerebral (86%), sangre (4%) y lquido cefalorraqudeo (10%). La interaccin de estos 3 componentes dentro del crneo ejerce una presin que se denomina presin intracraneal (PIC). PIC en un adulto sano es de 10 mm Hg y no debe ser mayor de 15 mm Hg.

EL TEJIDO CEREBRAL Constituye 2% del peso corporal, pero es el elemento con mayor volumen intracraneal (86%) Contiene 75% de agua y est formado por neuronas y glia.

LAS NEURONAS Son aproximadamente 10000 millones Funcin: regular toda la actividad sensorial, motora y neurovegetativa del organismo, a travs de la generacin, conduccin y transmisin de impulsos elctricos.

Seal aferente

Seal eferente

LA NEUROGLIA O GLIA: Es el conjunto de neuronas del SNC sostenidas por algunas variedades de clulas no excitables. Cuatro tipos principales de clulas neurogliales: astrocitos,

CLASIFICACIN DE LAS NEURONAS

Neuronas unipolares Neuronas bipolares Neuronas multipolares

Otra Clasificacin: Neuronas de Golgi tipo I

Neuronas de Golgi tipo II

Estructura de una Neurona Ncleo: nico, sntesis de RNA. Gran tamao por la alta tasa de sntesis proteica. Sustancia de Nissl: Compuesta por retculo endoplasmtico rugoso, responsable de sntesis de protenas. La fatiga o lesin neuronal ocasiona que la sustancia de Nissl se movilice y se concentre en la periferia del citoplasma: cromatlisis. Aparato de Golgi: almacenan transitorio de protenas. Activo en la produccin de

Mitocondrias: Poseen enzimas. ATP Neurofibrillas: Contienen actina y miosina, transporte celular. Microtbulos: transporte de sustancias Lisosomas: limpiadores intracelulares y contienen enzimas hidrolticas. Lipofusina: Se forman como resultado de la actividad lisosomal, un subproducto. Se acumula con la edad. Melanina: se encuentran en el citoplasma de las clulas en ciertas partes del encfalo ( la sustancia negra) Su presencia est relacionada con la capacidad para sintetizar catecolaminas por parte de aquellas neuronas cuyo neurotransmisor es la

Membrana Plasmtica En la neurona es el sitio de iniciacin y conduccin del impulso nervioso. Espesor aproximadamente 8nm Capa interna y otra externa de molculas dispuestas muy laxamente y separadas por una capa intermedia de lpidos. Molculas de hidrato de carbono se encuentran adheridas al exterior de la capa plasmtica y se unen con protenas o lpidos formando lo que se conoce como glucoclix. La membrana plasmtica y el glucocalix

COMO ES EL POTENCIAL DE ACCION EN LA CELULA NERVIOSA?? En estado de reposo iones de K+ difunden a travs de la MP desde el citoplasma hacia el lquido tisular. Resultado: una diferencia de potencial estable de alrededor de -80 mV (potencial de reposo)

POTENCIAL DE ACCION: Determinado por un estado de excitacin Aumenta permeabilidad de la MP a los iones de Na+ y difunden desde el liquido tisular hacia el citoplasma celular. Esto induce la despolarizacin progresivamente. Se produce el potencial de accin que es de aproximadamente +40 mv. Es muy breve (5 nseg) ya que muy pronto la mayor permeabilidad de la membrana a los iones de Na+ cesa y aumenta la

Una vez generado el potencial de accin se propaga por la membrana plasmtica, alejndose del sitio de iniciacin y es conducido a lo largo de las neuritas como el impulso nervioso. Una vez que el impulso nervioso se ha difundido por una regin de la membrana plasmtica, no puede provocarse otro potencial en forma inmediata.

CORTEZA CEREBRAL La corteza cerebral forma un revestimiento completo del hemisferio cerebral. compuesto por sustancia gris y contiene aproximadamente 10.000 millones de neuronas. La corteza cerebral al igual que la sustancia gris de cualquier otro sitio del SNC consiste en una mezcla de clulas nerviosas, fibras nerviosas, neuroglia y

EL CEREBRO Es un convertidor de energa y un importante consumidor de energa. Utilizada una cuarta parte de la glucosa consumida por el organismo. Conservador de energa: controlado por la actividad de las clulas.

METABOLISMO CEREBRAL

Para cumplir con la funcin reguladora de las neuronas, EL SNC requiere del aporte de sustratos energticos: 2. Glucgeno 3. Glucosa 4. Oxgeno.

FUNDAMENTALMENTE: Los requerimientos energticos del SNC provienen, casi exclusivamente, de la glucogenolisis del glucgeno almacenado en el hgado y el msculo.

el tejido cerebral necesita grandes cantidades de energa para su funcionamiento normal. Esta energa le permite regular las mltiples conexiones sinpticas, los canales inicos voltajedependientes y agonistas dependientes, as como la sntesis, transportacin,

Los requerimientos de energa del SNC son importantes. Sin embargo sus depsitos de sustratos generadores de energa (glucgeno, glucosa, oxgeno) son pequeos Por tanto el funcionamiento normal del SNC depende del equilibrio entre el aporte y la demanda de sustratos energticos, as como de la adecuada eliminacin de los

La principal fuente de energa del SNC es la hidrlisis de molculas de ATP. A su vez, el mecanismo ms importante para la produccin de ATP en el SNC es el metabolismo de la glucosa.

METABOLISMO DE LA GLUCOSA Transportada por un mecanismo de difusin facilitada desde la sangre hacia el SNC, el cual es competitivo y saturable. En reposo, el cerebro extrae aproximadamente alrededor de 10% de la glucosa transportada por la sangre.

El metabolismo de la glucosa se realiza mediante dos fases: Fase anaerbica (citoplasma), que lleva a la produccin de cido pirvico y cido lctico Fase aerbica (mitocondrial) que caracteriza el metabolismo del cido pirvico a travs del ciclo de los cidos tricarboxlicos y de la cadena

La fase anaerbica (ciclo de Embden-Meyerhof) produce poca energa, ya que slo se obtienen 2 molculas de ATP por cada molcula de glucosa degradada. En cambio la oxidacin subsecuente del cido pirvico (ciclo de Krebs), produce 36 molculas de ATP. De esta forma, el metabolismo aerbico de la METABOLISMO DE LA GLUCOSA glucosa produce 18 veces ms energa que el 1. Fase anaerbico metabolismo anaerbica citoplasma (Glicolisisanaerbica) Glucosa PiruvatoLactato = 2 ATP

2. Fase aerbica en las mitocondrias (Glicolisis aerbica) GLucosa Ac. Pirvico = 36 ATP

La via principal para metabolizar la glucosa en el humano es la GLUCOLISIS. Enzimas de la glucolisis: Reguladoras controladas por ATP 4. Hexoquinasa 5. Fosfofructoquinasa* 6. Aldolasa 7. Piruvato Quinasa *Inhibida por Citrato.

Se ha encontrado actividad Glucosa 6 FDH en astrocitos. El cerebro usa el 20% de la glucosa total metabolizada principalmente a travs de la gluclisis acoplada al ciclo de los cidos Tricarboxilicos (ATC) y al ciclo de las pentosas. o Va ATC: genera energa o Ciclo de las pentosas: genera sustratos escencialesRibosa 5 fosfato

En las neuronas el mejor sustrato Oxidativo es la GLUTAMINA El mejor sustrato lipogenico es el LACTATOCELULA. COTRANSPORTE A TRAVES DE BOMBA Na-K ATPasa Aumenta la GLUCOLISIS Aumentan los niveles de Lactato

GLUTAMATO EXTRACELULAR

Lactato

METABOLISMO DEL PIRUVATO La glucosa es el principal precursor de piruvato mitocondrial Durante el ayuno prolongado y el desarrollo temprano el Lactato, los cuerpos cetnicos y la glutamina pueden ser usados como precursores de Piruvato. El complejo Piruvato deshidrogenasa cataliza la conversin de piruvato a Acetil CoA (irreversible y anaerobio)

METABOLISMO DEL LACTATO La glucosa que viene del glucgeno heptico o cerebral no satisface los requerimientos energticos, por tanto, otros sustratos pueden sustituir a la glucosa= LACTATO. Es mas un sustrato neuronal Reduce la toxicidad por glutamato Su proteccin de atribuye a su habilidad para satisfacer la demanda incrementada de energa por las neuronas expuestas a

Via Oxidativalactato Lactato DHC PIRUVATOPD H

MITOCOND RIA

ACETIL CoA SE OBTIENEN 34 ATP SE INCORPORA AL CICLO DEL ATC Otra va diferente a la oxidativa para utilizar Lactato es la sntesis de cidos Grasos.

METABOLISMO DEL ACETATO El tejido cerebral metaboliza activamente Acetato in vivo. Es metabolizado por el ATC. El punto principal de entrada del acetato es su conversin a Acetil CoA el cual entra al ATC por condensacin con OAA para formar citrato Finalmente el Acetato es metabolizado a Glutamina Puede ser incorporado en los procesos de oxidacin y lipognesis. El acetato es mejor sustrato oxidativo que

METABOLISMO DE LOS CUERPOS CETONICOS 3 Hidroxibutirato y Acetoacetato Pueden reemplazar a la glucosa como el mejor recurso energtico del cerebro en situaciones como inanicin y el desarrollo. En desnutricion cronica: pasa a ser el soporte principal del metabolismo oxidativo cerebral. Una vez dentro de la celula cerebral los CC tienen dos destinos: La oxidacin y la sintesis de cidos grasos y colesterol.

Secundariamente pueden ser precursores de Acetilcolina y de aminoacidos. Los CC pueden actuar como factores de proteccin contra la apoptosis. Cuando los cuerpos cetnicos representan la fuente predominante de energa, el cerebro no puede tolerar la hipoglucemia; un aporte adicional de glucosa es necesario

DEMANDAS DE O2 Y E L TEJIDO CEREBRAL: El tejido cerebral es obligadamente aerobio, no cuenta con depsitos de O2 y sus altos requerimientos metablicos consumen de 40 a 70 ml de O2/minuto (3 a 5 ml de O2/100 g/min) y 5 mg/100 g/ minuto de glucosa. Afortunadamente bajo condiciones normales, existe un margen de

Cualquier disminucin en el transporte (no asociado con una disminucin en la demanda) puede ser compensada, por lo menos inicialmente, con un aumento en la cantidad de oxgeno extrado de la sangre. Este mecanismo compensatorio temporal preserva el metabolismo

BALANCE ENTRE LA DEMANDA Y TRANSPORTE DE OXGENO EN CONDICIONES FISIOLGICAS

DEMANDA DE OXIGENO: 3 a 5 ml por 100 g de tejido cerebral por minuto (40 a 70 ml por minuto) TRANSPORTE DE OXIGENO 20 ml por 100 ml de sangre 50 ml de sangre por 100 g de tejido cerebral por minuto (15 a 20% del gasto cardiaco)

QUE OCURRE CON LAS DEMANDAS DE O2 EN SITUACIONES DE EMERGENCIA: En hipoxia cerebral, las demandas energticas estn aumentadas, existen reacciones de emergencia para suplir las necesidades de energa. Se puede producir ATP a partir de dos molculas de ADP, mediante una reaccin en la que participa la enzima adenilciclasa. Es posible obtener energa a partir de la fosfocreatina (PCr), que puede considerarse en cierta forma como un depsito de ATP

Estos mecanismos de emergencia para obtener energa con molculas de ATP, se pueden representar como sigue: ADENILCICLASA ADP + ADP = ATP + AMP CREATINQUINASA PCr + ADP + H+ ATP + Cr

Las concentraciones de ATP, ADP y AMP en el SNC tienen la siguiente relacin: 100: 10: 1. La produccin de energa en el cerebro est estrechamente ligada a las necesidades fisiolgicas del tejido cerebral. Parece estar determinado por las fluctuaciones en la relacin entre el ATP y los productos de su hidrlisis

POTENCIAL DE FOSFATOS (PF): la relacin entre el ATP, AMP y fosfato (F) CARGA ENERGETICA CEREBRAL (CEC): Es la suma de ATP, ADP, AMP, fosfato y Fosfocreatina (PCr)

Qu Ocurre si disminuye la Concentracin de ATP? Se produce un aumento de las concentraciones de ADP y fosfato lo que estimula a las mitocondrias a producir ms ATP para restaurar el potencial de fosfatos (PF) y de esta manera mantener la CEC. La CEC junto con la produccin anaerbica (ciclo de EmbdenMeyerhof) puede mantener al

MEDICIN DE LA ACTIVIDAD METABOLICA CEREBRAL La actividad metablica total del cerebro puede ser deducida mediante la medicin del O2 consumido. Ley de conservacin de la materia: predice que la cantidad de sustrato (Q) transportada a los tejidos por unidad de tiempo (At) por la sangre arterial (Qa/At) debe ser igual a la suma de la cantidad que deja el tejido por la sangre venosa (Qv/At), la cantidad metabolizada por el tejido (Qm/At) y la cantidad que se acumula en el tejido (Qi/At)

Ecuacin 1: Qa/At = Qv/At + Qm/At + Qi/At De aqu se extrae que cuando la sustancia acumulada en el tejido es pequea es comparacin con la metabolizada se elimina Qi7At y queda: Ecuacion 2: Qa/At = Qv/At = Qm/At De esta ecuacin extraemos que la cantidad de sustancia metabolizada es igual a la diferencia entre cantidad

Entonces podemos decir que: La cantidad de sustancia llevada al tejido en este tiempo es igual al producto del flujo sanguineo arterial (Fa) y la concentracin arterial de la sustancia (Ca)

Fa x Ca

La cantidad de sustancia que abandona la sangre venosa es: Fv x Cv Si el Fa que llega al tejido es igual al Fv que sale: Ecuacin 3: Qm/At = F (Ca Cv) F: volumen de flujo sanguineo del tejido Ca: [] media de sustancia en sangre arterial Cv: [] media de sustancia en sangre

Podemos asumir que Ca: es contenido de O2 en sangre arterial determinada perifricamente y que es la misma que la sangre que suple el cerebro. Sin embargo la medicin de Cv resulta mas difcil.

No podemos tomar sangre venosa cerebral La sangre venosa que abandona el cerebro lo hace a travs de la yugular

Para aminorar clnicamente este problema el BULBO YUGULAR, es el nico sitio accesible y fidedigno de donde se puede extraer sangre venosa (canulacin retrograda de la vena yugular interna)

DIFERENCIA DEL CONTENIDO ARTERIOVENOSO YUGULAR ( AJvDO2): SATURACION VENOSA YUGULAR DE O2 ( SJVO2)

Recordando Ecuacin 3: Qm/At = F (Ca Cv) Podemos obtener: Ecuacin 4: CMRO2 = FSC x (CaO2 SJvO2) En clinica se expresa: Ecuacin 5: AJvDO2 = CMRO2/ FSC

AJvDO2: Diferencia del contenido de O2 en muestras simultaneas extradas de sangre arterial y sangre venosa. Debe permanecer constante Normal adulto: 7 ml O2 x 100ml de sangre Menor de 4: aporte de O2 excesivo en relacion a la demanda Mayor de 8: mayor extraccin de O2 y la oferta es mas baja (hipoperfusin)

Por otra parte: El contenido de O2 en la sangre depende de la [] de Hb:Ecuacin 6: Co2 = (Hb x 1,39 X SaO2) + (0.003 X PO2)

Hoy en da podemos medir Saturacin venosa yugular de O2 (SJVO2) de forma continua a travs de un catter de fibra ptica insertado retrgradamente en el bulbo yugular por canulacin percutnea. Normal: 70% > 75%: area extensa cuya oferta es mayor que la demanda (tejido muerto que no consume)