La prestigiosa revista Nature Communications ha publicado, hace unos días, que un grupo de investigadores del Instituto Karolinska (Suecia) y la Universidad de Columbia (Estados Unidos) ha descubierto que el corazón contiene un pequeño cerebro autónomo.
En general, el conocimiento científico ha venido relacionando la actividad cardiaca con el cerebro, como único órgano regulador de su funcionamiento. Esta íntima relación bidireccional regula la adaptación de su ritmo y fuerza contráctil, ante las cambiantes demandas energéticas, por medio de impulsos y señales trasmitidos por el sistema nervioso autónomo. Sin embargo, el corazón vuelve a sorprendernos con nuevas propiedades que van más allá de lo conocido.
Sistema nervioso autónomo
El sistema nervioso neurovegetativo del ser humano es involuntario, comprendiendo los denominados sistemas nerviosos simpático y parasimpático, imprescindibles para el funcionamiento del organismo. Actúan conjuntamente con el sistema nervioso entérico, también de acción involuntaria, regulador de la actividad del aparato gastrointestinal. Las complejas interacciones existentes entre estos sistemas autónomos, de acciones contrapuestas, mantienen la homeostasis cardiovascular, o sea, proporcionan la adecuada cantidad de sangre oxigenada a los órganos y tejidos según sus demandas.
El sistema nervioso simpático regula, entre otras funciones, la respuesta del cuerpo ante cualquier peligro percibido como una amenaza para la salud física o mental, conocida como la reacción “lucha o vuela” (del inglés, “fight or flight”), descrita en 1915 por el fisiólogo Walter B. Cannon en Estados Unidos. Esta reacción instintiva conlleva la liberación inmediata de ciertas sustancias químicas en la sangre, como la adrenalina y noradrenalina. Estas hormonas actúan como neurotransmisores que producen un incremento de la fuerza contráctil del corazón, taquicardia, contracción de los vasos sanguíneos, hipertensión y dilatación de las vías respiratorias. Estos neurotransmisores son liberados en el cerebro facilitando la difusión de sus mensajes, a través de la extensa red que forma este sistema nervioso autónomo, aumentando el estado de alerta y eliminando cualquier sensación de somnolencia. Al producir una taquicardia inmediata, mejora el suministro de oxígeno a los órganos y tejidos, agrandan las pupilas y reduce la digestión de los alimentos para ahorrar energía y ponerla a disposición de esta reacción ante un peligro inesperado.
El sistema nervioso parasimpático controla la relajación del cuerpo al finalizar el estrés ocasionado por la repentina reacción de “lucha o vuela”, una vez que la amenaza ha pasado, recobrando el funcionamiento normal del organismo. Su función principal es la conservación y almacenamiento energético mediante la liberación de acetilcolina, un potente neurotransmisor, descubierto por el fisiólogo inglés Henry H. Dale, por ello galardonado con el Premio Nobel de Medicina en 1936. Esta sustancia produce vasodilatación, reducción de la presión arterial, disminución de la frecuencia cardiaca e incremento de la movilidad intestinal.
El sistema nervioso entérico tiene la exclusiva misión de regular el funcionamiento del aparato gastrointestinal, que está totalmente recubierto por cientos de millones de fibras nerviosas trasmisoras de los mensajes cerebrales para la movilidad y función digestiva, modificando el volumen del flujo sanguíneo -vasoconstricción o vasodilatación-.
El pequeño cerebro del corazón
La inervación del corazón es más compleja de lo que se pensaba, condicionada por los mensajes del sistema nervioso autónomo y por otros procedentes del propio órgano. A principios de la década de 1990, algunos científicos describieron que el corazón contenía algunas neuronas similares a las existentes en el cerebro humano, por lo que se comenzó a especular sobre la posible existencia de una actividad neuronal independiente en el interior del corazón que mediara sobre su funcionamiento y ritmo. Este fascinante hallazgo pronto se convirtió en un objetivo prioritario de la investigación científica.
En 2021, James S. Schwaber y R. Vadigepalli, investigadores del Thomas Jefferson University de Filadelfia (Estados Unidos), realizaron un mapeo tridimensional del centro neuronal del corazón. Encontraron que el corazón recibe una constante información procedente del cerebro sobre el estado interno y externo de su entorno, ajustando la frecuencia cardíaca -pulsaciones-, presión arterial y gasto cardiaco -cantidad de sangre expulsada por minuto-. Sin embargo, estos mensajes también procedían del sistema neuronal del propio corazón, denominado “pequeño cerebro”, comportándose como si existiera un bucle interno, algo parecido a lo que los ingenieros de sistemas denominan controlador lógico programable o PLC (del inglés, Programmable Logic Controller). La mayoría de estas neuronas están situadas cerca de las válvulas aórtica y pulmonar, con su conglomerado neuronal más grande (74 por ciento) localizado en el área del plexo sinoauricular, en la pared lateral superior de la aurícula derecha, en inmediata relación con la desembocadura de la vena cava superior.
A través de modelos matemáticos, observaron que cuando este peculiar controlador lógico programable neuronal estaba activado, ajustaba perfectamente la respuesta del corazón ante los diversos impulsos y señales del cerebro para mejorar el rendimiento cardiaco, haciendo su trabajo más eficiente. Sin la presencia de este “pequeño cerebro” resultaría imposible eliminar o corregir los posibles errores y daños contenidos en algunos mensajes cerebrales, por lo que el corazón podría volverse errático, provocando latidos cardíacos irregulares o arritmias, así como defectos en su contractilidad.
A medida que estos científicos analizan sus modelos de corazón 3D, obtenidos de diversos mamíferos, surgen nuevas preguntas sobre las acciones de este “cerebro del corazón”, su organización interna, su influencia sobre la fuerza contráctil y el ritmo del corazón, así como sobre su coordinación y respuestas ante los constantes mensajes procedentes del cerebro. Actualmente, se utilizan estos mapas tridimensionales para comprender mejor cómo el nervio vago se conecta con las neuronas cardiacas, abriendo nuevas oportunidades para la mayor integración de la ingeniería de sistemas al campo de la cardiología.
https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102433
Recientes hallazgos del Instituto Karolinska y la Universidad de Columbia han revelado que el corazón tiene efectivamente su propio “minicerebro”, conteniendo un sistema nervioso autoregulador de su ritmo y funcionamiento según las demandas. Este complejo centro neurológico está constituido por diversos tipos de neuronas con distintas funciones, algunas con función de marcapasos cardiaco.
Este relevante proyecto de investigación se llevó a cabo en el pez cebra, un modelo animal que presenta grandes similitudes con el corazón humano, tanto por su frecuencia cardíaca, como su funcionamiento general. Estos científicos realizaron un mapeo de la composición, organización y funciones de las neuronas dentro de este pequeño cerebro intracardiaco, utilizando una combinación de métodos anatómicos, técnicas electrofisiológicas y secuenciación de ARN neuronal. Llevaron a cabo una clasificación molecular y funcional completa de las neuronas intracardiacas, revelando una compleja diversidad neuronal dentro del propio corazón.
Este centro neurológico intracardiaco no forma parte del sistema nervioso autónomo gobernado por el cerebro, en contra de lo que se creía. El conjunto de datos obtenidos en esta interesante investigación científica pone de manifiesto que este “pequeño cerebro” está formado por varios tipos de neuronas sensoriales independientes con clara diversidad neuroquímica y funcional. Esta población de células neuronales permite expresar diversos genes que codifican varios receptores de neurotransmisores (receptores de glicina, glutamato, adrenérgicos, inotrópicos, GABA, muscarínicos, serotoninérgicos, etc.), sugiriendo una compleja red de neurotransmisión específica del corazón, que soslaya su total dependencia de las órdenes centrales del cerebro.
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54830-w
“Nos sorprendió ver la complejidad de este pequeño cerebro dentro del corazón, que tiene un papel clave en el mantenimiento y control de los latidos cardiacos, de forma similar a cómo el cerebro regula otras funciones rítmicas como la locomoción y la respiración. Comprender mejor este sistema nervioso podría conducir a nuevos conocimientos sobre las enfermedades cardíacas y ayudar a desarrollar nuevos tratamientos, como las arritmias. Continuaremos investigando cómo el cerebro del corazón interactúa con el cerebro real para regular las funciones cardíacas en diferentes condiciones, como el ejercicio, el estrés o la enfermedad”, explica Konstantinos Ampatzis, investigador principal del Departamento de Neurociencia del Instituto Karolinska, Suecia, que dirigió el estudio.
Las futuras investigaciones electrofisiológicas, farmacológicas y moleculares serán fundamentales para mejor comprender las enredadas interacciones y los complejos mecanismos reguladores de la neurotransmisión interna de este “pequeño cerebro” autónomo y así entender su regulación general del ritmo, contracción y gasto cardiacos ante los múltiples cambios físicos y mentales a los que estamos expuestos a lo largo de la vida.
"Hay una sabiduría de la cabeza y una sabiduría del corazón"
Charles Dickens (1812-1870), escritor inglés
"Los hechos no dejan de existir porque se les ignore"
Aldous Huxley (1894-1963), escritor y filósofo inglés.
José Manuel Revuelta Soba
Catedrático de Cirugía. Profesor Emérito de la Universidad de Cantabria
