Conexión hidráulica: cómo el abdomen mueve el cerebro

Un estudio reciente publicado en la revista Nature Neuroscience demuestra que la conexión entre el cerebro y el cuerpo es mucho más mecánica de lo que pensábamos. Los científicos descubrieron que la contracción de los músculos abdominales comprime los vasos sanguíneos que conectan el abdomen con la columna vertebral y el cerebro, impulsando literalmente un fluido que mece suavemente el cerebro dentro del cráneo. Este «baño oscilante» podría explicar por qué la actividad física beneficia la salud cerebral: puede arrastrar los residuos celulares fuera del cerebro.

Los investigadores se propusieron entender por qué y cómo se mueve el cerebro en animales despiertos. El sistema nervioso central está protegido por un hueso grueso, por lo que antes se creía que era difícil influir en él. Sin embargo, el nuevo estudio continúa la línea de trabajos anteriores que analizaban cómo afectan el sueño y la muerte de las neuronas al movimiento y al lavado del líquido cerebral (el líquido cefalorraquídeo).

Patrick Drew, profesor de la Universidad Estatal de Pensilvania, explica: «El movimiento puede ser un mecanismo fisiológico fundamental para mantener la salud cerebral». El estudio mostró que, cuando se contraen los músculos abdominales, la sangre del abdomen es como si se bombease hacia la médula espinal mediante un sistema hidráulico, creando una presión que empuja el cerebro.

Las simulaciones confirman que este suave movimiento del cerebro hace circular el líquido a su alrededor. Según Drew, el movimiento de los fluidos es importante para eliminar residuos y proteger frente a las enfermedades neurodegenerativas. Un poco de movimiento y el cerebro sale ganando.

Para observar estos micromovimientos se utilizó microscopía de dos fotones, una técnica diseñada para obtener imágenes de tejidos vivos con gran precisión. En el experimento, 24 ratones corrían sobre una «cinta de correr» esférica con una ventana transparente implantada en el cráneo que permitía observar su corteza cerebral. Los científicos enfocaban sucesivamente el microscopio en unas microesferas fluorescentes colocadas sobre el cráneo y en las células cerebrales, y registraban sus desplazamientos a 40 fotogramas por segundo. Descubrieron que, al correr, el cerebro se desplazaba ligeramente hacia delante y hacia un lado.

Curiosamente, el desplazamiento del cerebro se producía antes de que el ratón empezara a mover las patas, justo después de tensar los músculos abdominales. Esto llevó a los científicos a pensar que eran precisamente los «abdominales» los responsables de la «hidráulica». Los sensores mostraron que los picos de actividad de los músculos abdominales coincidían con el movimiento cerebral.

Para confirmar la causa, los investigadores comprimieron el abdomen de ratones anestesiados con un cinturón neumático especial y observaron que el cerebro se movía bruscamente. Bastaba con soltarlo para que el cerebro volviera enseguida a su sitio.

Para comprender la conexión, los científicos estudiaron las venas que unen el abdomen y la espalda mediante tinciones y escaneos 3D de los ratones. Resultó que la clave está en el plexo venoso vertebral, que transmite fácilmente la presión desde el abdomen hasta el espacio espinal y, desde allí, al cerebro. La contracción muscular empuja la sangre hacia arriba, y el fluido asciende y mueve el cerebro.

Los siguientes pasos consisten en precisar cómo se «lava» el cerebro y cómo se relacionan los flujos de fluidos. Para ello, el equipo desarrolló sus propias técnicas de escaneo de alta precisión y modelización informática: simplificaron el cerebro hasta convertirlo en una esponja por la que circula líquido. «Pensábamos en el cerebro como en una esponja sucia: para lavarla, primero hay que apretarla y luego soltarla», bromea el coautor Francesco Costanzo.

Los modelos informáticos mostraron que el rápido cambio de posición del cerebro empuja el líquido hacia fuera, generando corrientes que eliminan los productos de desecho, a diferencia de lo que ocurre durante el sueño, cuando el líquido penetra en las profundidades del cerebro.

Sin embargo, los experimentos tienen limitaciones: los ratones tenían la cabeza inmovilizada y las mediciones se realizaron solo en la superficie de la corteza; las zonas profundas del cerebro podrían comportarse de otra manera. Además, el modelo simplificado no abarca toda la complejidad anatómica.

Aun así, los autores están convencidos de que el estudio apunta a que incluso una actividad física sencilla puede activar la circulación de fluidos en el cerebro y protegerlo frente a enfermedades relacionadas con la acumulación de residuos.

El trabajo se publicó con el título «El movimiento del cerebro está impulsado por un acoplamiento mecánico con la cavidad abdominal». Entre los autores figuran C. Spencer Garborg, Beatrice Ghitti, Qingguang Zhang, Joseph M. Ricotta y otros.