Una glándula diminuta con un gran impacto sobre la respiración
Las enfermedades del sistema respiratorio matan a más de 340 000 personas cada año en la Unión Europea (UE), lo que supone en torno al 7,5 % del total de muertes. El proyecto financiado con fondos europeos OxygenSensing tenía por objeto arrojar luz sobre los mecanismos moleculares a través de los cuales el organismo detecta las concentraciones de oxígeno en la sangre con el fin de responder a dichos niveles. Los seres humanos han desarrollado adaptaciones para combatir los niveles bajos de oxígeno en la sangre, una condición conocida como hipoxia. Estas pueden ser reacciones rápidas a la escasez aguda de oxígeno, como la hiperventilación durante la actividad física, o adaptaciones más duraderas, como el aumento del número de glóbulos rojos en respuesta a un nivel crónicamente bajo de oxígeno en la sangre debido a una enfermedad pulmonar o por vivir en una zona de gran altitud. Los cambios agudos en la concentración de oxígeno en la sangre son detectados por el cuerpo carotídeo, una pequeña glándula, del tamaño de un guisante, que se encuentra adyacente a las arterias a ambos lados del cuello. «El cuerpo carotídeo está directamente conectado con el centro respiratorio del encéfalo y, cuando disminuye el nivel de oxígeno, aumenta el ritmo respiratorio y el gasto cardíaco», explica el coordinador del proyecto, José López-Barneo. Su laboratorio de la Universidad de Sevilla en España lleva 35 años estudiando el cuerpo carotídeo. Sin embargo, comenta López-Barneo, seguía quedando una pregunta fundamental por responder: cómo detectan las células del cuerpo carotídeo los cambios en la concentración de oxígeno en la sangre.
Sensor químico
Su equipo examinó las células glómicas, quimiorreceptores que se encuentran en el cuerpo carotídeo. Años atrás identificaron canales de potasio que se cierran durante la hipoxia, lo que desencadena el envío de una señal al encéfalo. Sin embargo, ha resultado difícil esclarecer la manera en que estos canales de potasio son modulados por el oxígeno. Gracias a su trabajo en el proyecto OxygenSensing, López-Barneo y su equipo fueron capaces de identificar las mitocondrias de estas células como el sensor principal del nivel de oxígeno. Por lo general, las mitocondrias pueden funcionar con normalidad incluso en entornos con una concentración extremadamente baja de oxígeno, mucho más allá de lo que se experimenta con la hipoxia fisiológica. Sin embargo, el equipo de López-Barneo descubrió que, en las células glómicas del cuerpo carotídeo, las mitocondrias utilizan una variante inusual de la enzima citocromo C oxidasa. «Observamos que la afinidad de las células glómicas por el oxígeno es mucho menor de lo normal y que la cadena de transporte de electrones varía en función del intervalo fisiológico de disponibilidad de oxígeno», afirma, lo cual significa que una pequeña disminución del nivel de oxígeno en sangre afecta a la actividad mitocondrial de estas células. Esto genera señales que cierran los canales de potasio y da lugar a la secreción de transmisores que activan las fibras de los nervios sensoriales. Estas fibras le piden al encéfalo que aumente el ritmo respiratorio y el gasto cardíaco.
Tratamientos nuevos
«Este es el descubrimiento básico. Ahora contamos con un modelo sólido cuyas predicciones se pueden evaluar experimentalmente», añade López-Barneo. «Nuestro trabajo en curso confirma que el modelo es robusto desde el punto de vista experimental». La investigación podría explicar en cierto modo un aspecto curioso de la COVID-19, cuyos pacientes desarrollan hipoxia aguda sin reaccionar físicamente a ella, lo que se conoce como «hipoxia silenciosa». López-Barneo plantea la hipótesis de que el virus puede desactivar los quimorreceptores del cuerpo carotídeo de la misma manera que lo hace en la nariz y la boca, causando una pérdida de los sentidos del gusto y el olfato. Estos hallazgos tienen amplias aplicaciones clínicas. López-Barneo afirma que la investigación ayudará a apoyar el desarrollo de estimuladores potentes de la respiración mediante la activación de un sensor de oxígeno en el cuerpo carotídeo. Esto resultaría enormemente beneficioso para la anestesia y para el tratamiento de la sobredosis de opioides.
Palabras clave
OxygenSensing, oxígeno, hipoxia, cuerpo carotídeo, quimiorreceptores, respiratorio, encéfalo, COVID-19, anestesia, sobredosis de opioides
