La hinchazón es una de las consecuencias más peligrosas e inmediatas de una lesión cerebral o un derrame cerebral. Los médicos conocen desde hace mucho tiempo los peligros de la hinchazón, que tradicionalmente se ha atribuido a la rotura de vasos sanguíneos. Una nueva investigación sugiere que el otro sistema de tuberías del cerebro, el que circula líquido cefalorraquídeo (LCR), puede desempeñar un papel subestimado tanto en la buena salud como en la respuesta a las lesiones.

Douglas Kelley, un ingeniero mecánico de la Universidad de Rochester que usa la dinámica de fluidos para sondear el funcionamiento interno del cerebro, se asoció con la neurocientífica de Rochester Maiken Nedergaard para demostrar la hinchazón temprana inmediatamente después de una lesión o un derrame cerebral que no es el resultado de la sangre, sino de una avalancha de LCR. La sangre fluye más tarde a través de desgarros en la barrera hematoencefálica.

"Existe todo este otro sistema de transporte de fluidos más allá de la sangre, "dijo Kelley, quien presentó el trabajo en la 73ª Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física. "Importa para la enfermedad, y para patología, y es importante para la administración de medicamentos ".

Los investigadores habían asumido que el líquido cefalorraquídeo solo fluía alrededor del tejido cerebral. Luego, en 2012, El grupo de Nedergaard publicó evidencia que apunta a la existencia de vías de LCR a través del cerebro. Sus hallazgos sugirieron que durante el sueño, El líquido cefalorraquídeo fluye a lo largo de estas vías glifáticas y elimina los desechos celulares, como las proteínas beta amiloide y tau que se acumulan y se han relacionado con la enfermedad de Alzheimer. Desde entonces, La investigación sobre la dinámica de fluidos del LCR se ha convertido en su propio subcampo que puede proporcionar nuevos conocimientos a biólogos y neurocientíficos.

"Tener cifras sobre las cosas te ayuda a hacer mejores predicciones, ", dijo Kelley." Nos permiten hacer predicciones sobre la velocidad del flujo, y cuando el flujo es más importante, y cuando la difusión es más importante. Podemos hacer mejores predicciones ahora de lo que cualquiera podría hacer hace tres o cuatro años ".

Saikat Mukherjee, investigador postdoctoral en la Universidad de Minnesota, Ciudades gemelas, señaló que los investigadores aún no están de acuerdo sobre si el LCR ingresa o no al tejido cerebral. Si no es así luego, el cerebro depende principalmente de la difusión para eliminar las proteínas tóxicas. Si el líquido cefalorraquídeo se filtra en el tejido cerebral, al menos un poco, luego, la advección, la limpieza del material mediante el flujo de fluido, podría ayudar significativamente con la limpieza.

La diferencia puede ser enorme. "Las proteínas tóxicas se liberan del cerebro y no se quedan ahí, ", dijo Mukherjee." Se agregan en proteínas de peso molecular cada vez más alto ". El trabajo de Mukherjee sugiere que la difusión no es tan eficiente para eliminar agregados más grandes, mientras que la advección puede eliminar proteínas de cualquier tamaño. Si resulta que la advección juega un papel, él dijo, entonces quizás ese conocimiento podría aprovecharse para desarrollar nuevos tratamientos de enfermedades neurodegenerativas que eliminen mejor los agregados de proteínas.

Mukherjee y sus colegas están estudiando actualmente datos clínicos sobre la acumulación de placa en el cerebro para ver qué tan bien coincide con sus simulaciones. También están revisando los hallazgos de estudios que investigan la eliminación de proteínas tóxicas durante el ciclo de sueño-vigilia.

Por último, dijo Mukherjee, El uso de la dinámica de fluidos para estudiar los puntos de los fluidos cerebrales abre dos vías claras de investigación. Primero, puede ayudar a los neurocientíficos a comprender mejor cómo el cuerpo se deshace de los desechos celulares y qué sucede, desde el punto de vista de la física, cuando ese sistema se estropea. Segundo, podría dar lugar a conocimientos sobre cuestiones más fundamentales sobre la dinámica de fluidos y los mecanismos de transporte de reacción-difusión en el cerebro.

"Nos permite ver una nueva física que nadie más ha examinado todavía, "dijo Mukherjee.