22 de abril de 2015

Los niveles de oxígeno en la sangre regulan la entrada de aire

Los niveles de oxígeno en la sangre regulan la entrada de aire
CSIC

MADRID, 22 Abr. (EUROPA PRESS) -

Un equipo de investigación con sede en la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, describe en un artículo que se publica este martes en 'Science Signaling' el mecanismo preciso por el que las células en los cuerpos carotídeos detectan los niveles de oxígeno en la sangre a medida que fluyen hacia el cerebro. Las células traducen esa prueba de detección en señales, enviadas a través del nervio del seno carotídeo, una rama del nervio glosofaríngeo, para estimular o relajar las tasas de respiración.

"Después de una larga búsqueda, que comenzó hace casi 90 años, hemos sido capaces de identificar el sensor largamente buscado de oxígeno", afirma el autor principal del estudio Nanduri Prabhakar, director del Centro de Biología de Sistemas de Detección de Oxígeno en el Instituto de Fisiología Integrativa de la Universidad de Chicago. "En el proceso, también se descubrió que tiene un sistema de copia de seguridad", añade.

El sensor primario de oxígeno en la sangre es la enzima hemo oxigenasa-2. "Esta es la molécula crítica --destaca Prabhakar--. Es un componente crucial de este proceso". Cuando la sangre se oxigena adecuadamente, la hemo oxigenasa-2 induce la síntesis del gas mensajero monóxido de carbono, que inicia una cadena de acontecimientos.

El monóxido de carbono estimula la producción del guanosín monofosfato cíclico, activando la proteína quinasa G, que luego añade un grupo fosfato a la enzima, CSE, bloqueando la generación de sulfuro de hidrógeno, otro gas mensajero. La inactivación de CSE impide que el cuerpo carotídeo envíe una señal nerviosa para aumentar la toma de aire.

"Cuando los niveles de oxígeno caen, no hay actividad de la hemo oxigenasa-2, y no se produce monóxido de carbono", resume Prabhakar. En su lugaro, los cuerpos carótidos producen abundante sulfuro de hidrógeno por CSE que activa las señales nerviosas, lo que aumenta la respiración, el ritmo cardíaco y la presión arterial. "El sulfuro de hidrógeno sube -subraya este experto- a medida que el nivel de oxígeno disminuye".

Los investigadores, en la búsqueda de confirmar su hallazgo inicial, examinaron ratones que carecían del gen de la hemo oxigenasa-2, lo que les llevó a un sistema inhibitorio paralelo. Los ratones que carecían de hemo oxigenasa-2 no produjeron monóxido de carbono, pero mostraron un "aumento compensatorio imprevisto" de una enzima distinta sensible al oxígeno.

Este óxido nítrico sintasa neuronal incrementó la producción de óxido nítrico. El óxido nítrico actúa como el monóxido de carbono a través de la proteína quinasa G para unir un grupo fosfato a un sitio particular de CSE, que silencia la producción neural.

La presencia de dos mecanismos estrechamente relacionados con un único objetivo hace hincapié en la importancia de la detección carotídea de oxígeno en el cuerpo. Este sistema alternativo de detección de oxígeno proporciona "una importante redundancia a prueba de fallos para un proceso homeostático vital", escriben los autores.

Aunque el oxígeno adecuado en la sangre inhibe las señales nerviosas, una falta de oxígeno, provocada por tensiones como el ejercicio, la enfermedad pulmonar, la apnea del sueño o el aire a gran altura, pone en marcha una alarma, enviando de inmediato la señal de respirar al sistema nervioso central.

Entender los mecanismos de detección y y señalización empleados por los cuerpos carotídeos "es de importancia fundamental", según Prabhakar. Una respuesta inadecuada a la hipoxia puede llevar a consecuencias graves, como hipertensión y edema pulmonar a gran altura, además de que se cree que un mal funcionamiento de las interacciones de los gases mensajeros podría llevar a otros trastornos.

"Cada vez es más reconocido que una anormal señalización gaseosa contribuye a diversas enfermedades, incluyendo la enfermedad de Parkinson", añade Prabhakar. "La hemo oxigenasa-2, el óxido nítrico sintasa neuronal y CSE se expresan todos en las neuronas, así como en la vasculatura. La diafonía irregular entre estos mensajeros puede contribuir a la fisiopatología de otros trastornos. Un exceso significativo o deficiencia de este sistema puede resultar en la muerte de las células, el tejido o el organismo entero", concluye.