En 1984, el Campeonato Mundial de Ajedrez fue cancelado debido a la cadavérica figura de Anatoly Karpov, quien se disputaba el título. Durante los cinco meses anteriores y decenas de partidos, Karpov perdió 10 kilos y los organizadores del torneo temían por su salud. Ahora se sabe que los ajedrecistas pueden quemar hasta unas 6.000 calorías por día, sin moverse de sus asientos. Entonces, ¿el cerebro fue el responsable de este enorme consumo de energía? La respuesta es sí para tareas cognitivamente difíciles como aprender a tocar un instrumento musical o trazar movimientos innovadores durante una intensa partida de ajedrez. El cerebro consume mucha más energía que otros órganos y, sorprendentemente, sigue siendo un voraz devorador de combustible (glucosa) incluso cuando las neuronas no emiten señales de comunicación generadas por los neurotransmisores. Además, el cerebro nunca descansa realmente, cuando dormimos se necesita combustible para seguir enviando señales entre las células para mantener activas las funciones del cuerpo.
Recientemente, los investigadores han descubierto que el proceso de almacenamiento de los neurotransmisores puede ser responsable de este consumo de energía. En el estudio, publicado el 3 de diciembre en la revista Science Advances, identificaron pequeñas cápsulas llamadas vesículas sinápticas como una fuente importante de gasto energético en las neuronas. Las neuronas usan estas vesículas como contenedores para sus neurotransmisores, para enviar señales a otras neuronas. El conjunto de neurotransmisores en estas vesículas conlleva a un proceso que consume energía química y los investigadores encontraron que este proceso, presenta “fugas” importantes de energía incluso cuando las vesículas ya están llenas y las terminales sinápticas se encuentran inactivas. Estos hallazgos ayudan a comprender mejor por qué el cerebro humano es tan vulnerable durante las situaciones donde ocurre la interrupción o disminución de su suministro de combustible.
La investigación se remonta a varias décadas de estudios sobre el consumo de combustible para el cerebro en estados de coma o vegetativo. Esos estudios encontraron que incluso en estos estados profundamente inactivos, el consumo de glucosa del cerebro generalmente cae a la mitad de su valor respecto a un individuo con conciencia plena, lo que aún deja al cerebro con un alto consumo de energía en relación con otros órganos. Sorprendentemente, las fuentes de esa pérdida de energía aun en reposo, nunca se habían entendido por completo.
Cuando el cuerpo está en reposo, sin realizar ninguna función aparte de las actividades básicas como respirar, digerir y mantenerse caliente, el cerebro consume entre un 20% y un 25% de la energía total del cuerpo, principalmente por el aporte de la glucosa. Eso se traduce en unas 400 calorías por día para la persona promedio, a pesar que el cerebro solo representa el 2% del peso corporal. A través del tiempo, los científicos han demostrado que las terminales sinápticas de las neuronas, lanzan los neurotransmisores consumiendo grandes cantidades de energía cuando están activos, siendo muy sensibles a cualquier interrupción de su suministro de combustible.
La contribución del nuevo estudio es que precisaron el mecanismo a través del cual ocurre el consumo de energía en las terminales, aun cuando estén inactivas. Este alto consumo de combustible en reposo, lo explican en buena medida por el conjunto de vesículas presentes en las terminales sinápticas. Durante la inactividad, las vesículas están completamente repletas con miles de neurotransmisores y están listas para lanzar estos mensajeros químicos portadores de señales, a través de la región de comunicación con las neuronas vecinas.
Pero ¿por qué una vesícula sináptica consume energía incluso cuando está completamente llena? Los investigadores descubrieron que existe esencialmente una fuga de energía a través de la membrana de la vesícula, por donde se desplazan continuamente los protones (especies H+) y neurotransmisores. Este movimiento de protones se realiza a “contracorriente”, por lo que genera un mayor gasto de energía y en consecuencia, un elevado consumo de glucosa, aun cuando la vesícula esté llena de neurotransmisores. Por su parte, las bombas recaptadoras incorporan nuevamente a los neurotransmisores dentro de las vesículas, al mismo tiempo que un protón se escapa. Los experimentos apuntan a las proteínas como la fuente generadora de protones. Se especula que la evolución lo hizo de esta manera para permitir una recarga más rápida de neurotransmisores durante la comunicación entre neuronas y, por lo tanto, un pensamiento o una acción más rápida. El costo de este proceso es energético y es susceptible a fluctuaciones como el cambio en la temperatura del cuerpo. Aunque la fuga por cada vesícula es minúscula, hay cientos de billones de vesículas sinápticas en el cerebro humano, por lo que la pérdida de energía se suma.
El hallazgo es un avance significativo en la comprensión de la biología fundamental del cerebro. Además, la vulnerabilidad del cerebro a la interrupción de su suministro de combustible es un problema importante en neurología y se han observado deficiencias metabólicas en una serie de enfermedades cerebrales comunes, incluidas el Alzheimer y el Parkinson. Esta línea de investigación podría ayudar a resolver importantes acertijos médicos y sugerir nuevos tratamientos.
En última instancia, la próxima vez que se encuentre “hambriento de inspiración”, considere comer un cuadrito de chocolate, probablemente le aportará la energía necesaria para mantener a punto su proceso sináptico.
