16.1. Organización morfofuncional de la circulación cerebral
16.1.1. Sistema arterial
El cerebro recibe sangre a través de cuatro troncos arteriales: las dos arterias carótidas internas y las dos arterias vertebrales.
- Las carótidas internas entran al cráneo por el canal carotídeo y se dirigen hacia la base del cerebro.
- Las arterias vertebrales ascienden por los agujeros transversos de las vértebras cervicales, entran al cráneo por el agujero occipital y se unen en la línea media para formar la arteria basilar.
En la base del cerebro, estos cuatro troncos se conectan mediante vasos anastomóticos formando el polígono de Willis, estructura fundamental para la protección frente a la oclusión vascular. El polígono está formado en su parte anterior por las dos arterias cerebrales anteriores unidas por la arteria comunicante anterior, y en su parte posterior por las arterias cerebrales posteriores (ramas del tronco basilar) unidas a las carótidas internas por las arterias comunicantes posteriores.
Del polígono de Willis nacen los seis grandes vasos que irrigan el parénquima cerebral:
- Las arterias cerebrales anteriores (territorio frontal y medial).
- Las arterias cerebrales medias (territorio lateral de los hemisferios, el más extenso).
- Las arterias cerebrales posteriores (territorio occipital y temporal inferior).
El polígono de Willis no distribuye flujo cruzado en condiciones normales: los gradientes de presión entre sus ramas son iguales y no hay flujo neto entre ellas. Su función es exclusivamente colateral: si una carótida se ocluye, el polígono permite que la sangre llegue al territorio afectado desde los otros vasos aferentes. La eficacia de esta colateralidad es muy variable entre individuos según las variantes anatómicas del polígono.
16.1.2. Drenaje venoso
El drenaje venoso cerebral se realiza a través de venas corticales que desembocan en los senos venosos durales, canales venosos situados entre las dos hojas de la duramadre.
Los principales senos son el seno sagital superior, el seno recto y los senos transversos. Todos convergen en la confluencia de los senos (tórcula de Herófilo) y drenan hacia las venas yugulares internas, que abandonan el cráneo por el agujero yugular.
Aproximadamente dos tercios del flujo de cada carótida drenan por la yugular ipsilateral y el resto por la contralateral.
La anatomía detallada de los territorios vasculares cerebrales, los grupos de senos venosos y sus relaciones topográficas con las estructuras intracraneales corresponde al scope de Anatomía. Ver: Anatomía
16.2. La barrera hematoencefálica
Los capilares cerebrales son de tipo continuo con características estructurales especialmente restrictivas que constituyen la base anatómica de la barrera hematoencefálica (BHE). Tres elementos cooperan en su función:
- Las células endoteliales de los capilares cerebrales están unidas entre sí por uniones estrechas (tight junctions) particularmente herméticas, que eliminan prácticamente el espacio intercelular. A diferencia de los capilares continuos de otros tejidos (donde las uniones permiten el paso de moléculas de tamaño pequeño) las uniones del endotelio cerebral son tan compactas que solo permiten la difusión de moléculas liposolubles de pequeño tamaño (O₂, CO₂, etanol, anestésicos) y de sustancias con transportadores específicos (glucosa mediante GLUT1, aminoácidos).
- La lámina basal que rodea el endotelio añade una barrera física adicional al paso de macromoléculas.
- Los astrocitos envuelven prácticamente toda la superficie exterior del capilar cerebral con sus prolongaciones perivasculares (pies astrocíticos). Aunque no son una barrera física impermeable, los astrocitos inducen y mantienen las propiedades de la BHE en el endotelio mediante señales paracrinas, y participan en el transporte activo de nutrientes y metabolitos entre la sangre y el parénquima.
La BHE es el principal obstáculo para el tratamiento farmacológico de las enfermedades del sistema nervioso central. La mayoría de los fármacos hidrosolubles y de gran tamaño molecular (incluidos muchos antibióticos y agentes quimioterápicos) no pueden atravesarla en condiciones normales. La inflamación cerebral (meningitis, encefalitis) aumenta la permeabilidad de la BHE al dañar las uniones estrechas, lo que paradójicamente facilita el paso de antibióticos que en condiciones normales no llegarían al LCR.
16.3. Características del flujo sanguíneo cerebral
16.3.1. Valores de referencia
El flujo sanguíneo cerebral global es de aproximadamente 50–60 mL/min por 100 g de tejido, lo que supone unos 750 mL/min en total, equivalente al 15% del gasto cardíaco en reposo. Esta cifra es desproporcionadamente alta para un órgano que representa solo el 2–3% de la masa corporal total, y refleja la enorme demanda metabólica del tejido nervioso.
16.3.2. Metabolismo neuronal y dependencia del flujo
Las células nerviosas tienen características metabólicas que las hacen especialmente vulnerables a la interrupción del flujo:
- Consumen casi exclusivamente glucosa como sustrato energético, mediante fosforilación oxidativa (vía aerobia, ≈85% de la energía). La vía anaerobia contribuye con el 15% restante, con producción de lactato que se acumula en el medio pericelular y altera el pH local.
- No disponen de reservas energéticas propias. No almacenan glucógeno en cantidad significativa ni tienen depósitos de oxígeno.
- La dependencia del aporte continuo de glucosa y oxígeno es absoluta. La interrupción completa del flujo produce pérdida de conciencia en 5–10 segundos y daño celular irreversible en 4–5 minutos a temperatura normal.
16.3.3. Distribución regional del flujo
El flujo no se distribuye de forma homogénea en el cerebro. Cada estructura recibe una cantidad de sangre proporcional a su actividad metabólica en cada momento. Las zonas con mayor actividad funcional reciben más flujo de forma local y dinámica, lo que constituye la base fisiológica de las técnicas de neuroimagen funcional (PET, fMRI).
16.4. Regulación del flujo sanguíneo cerebral
16.4.1. Regulación metabólica: papel del CO₂
El dióxido de carbono es el regulador más potente e inmediato del flujo cerebral. Los vasos cerebrales son extraordinariamente sensibles a las variaciones de la pCO₂:
- Un aumento de la pCO₂ arterial produce vasodilatación cerebral intensa y aumento proporcional del flujo.
- Una disminución de la pCO₂ produce vasoconstricción y reducción del flujo.
El mecanismo de acción del CO₂ es indirecto a través del pH:
- El CO₂ difunde libremente a través de la BHE y se hidrata en el líquido intersticial cerebral formando ácido carbónico, que se disocia y libera H⁺.
- El H⁺ actúa sobre el músculo liso arteriolar produciendo vasodilatación.
Por tanto, cualquier factor que acidifique el medio pericelular cerebral (hipercapnia, acidosis láctica por isquemia) produce vasodilatación, mientras que la alcalosis (hipocapnia) produce vasoconstricción.
La hiperventilación voluntaria reduce la pCO₂ arterial, produce vasoconstricción cerebral y puede causar mareo, parestesias y síncope por hipoperfusión cerebral transitoria. Este es el mecanismo de los síntomas en los ataques de pánico con hiperventilación.
En neurocríticos, la hiperventilación controlada se emplea para reducir el flujo cerebral y bajar la presión intracraneal en situaciones de hipertensión intracraneal aguda.
Otros metabolitos vasodilatadores cerebrales son:
- La adenosina (liberada cuando el consumo de ATP supera la producción).
- El K⁺ extracelular.
- Descenso de la pO₂ local.
- La vasopresina produce vasoconstricción cerebral, pero su efecto es modulado por el CO₂:
- En presencia de hipercapnia, la vasoconstricción por vasopresina es menor porque la vasodilatación por CO₂ predomina.
- El calcio es necesario para la contracción del músculo liso vascular cerebral, por lo que los bloqueadores de canales de calcio reducen la reactividad vasoconstrictora de los vasos cerebrales, lo que justifica su uso en el vasoespasmo cerebral de la hemorragia subaracnoidea.
16.4.2. Regulación nerviosa y factores endoteliales
Los vasos cerebrales están inervados por fibras simpáticas adrenérgicas procedentes del ganglio cervical superior y por fibras parasimpáticas colinérgicas.
La estimulación simpática produce vasoconstricción y reduce el flujo cerebral. En condiciones normales, el tono simpático mantiene un grado moderado de vasoconstricción basal (la eliminación experimental del ganglio cervical superior produce un aumento del flujo cerebral, lo que confirma la existencia de este tono).
Sin embargo, al igual que ocurre en la circulación coronaria, la regulación nerviosa queda subordinada a la metabólica. Ante cualquier aumento de la actividad neuronal, la acumulación de metabolitos vasodilatadores supera el tono vasomotor nervioso.
Los factores endoteliales vasoactivos descritos en el Tema 12 (NO, prostaciclina, endotelina, tromboxano A₂) operan también en la circulación cerebral. El NO endotelial tiene un papel especialmente relevante en el mantenimiento del tono vasodilatador basal de los vasos cerebrales.
Los mecanismos de los factores endoteliales vasoactivos (NO, prostaciclina, EDHF, endotelina, tromboxano A₂) se desarrollan en detalle en T12 (Regulación cardiovascular local y endotelial). Ver: Fisiología Médica I — T12
16.4.3. Autorregulación cerebral y presión de perfusión
La circulación cerebral posee una notable capacidad de autorregulación.
El flujo sanguíneo cerebral se mantiene prácticamente constante ante variaciones de la presión arterial media entre 60 y 180 mmHg.
Por debajo de 60 mmHg, la vasodilatación máxima es insuficiente para compensar la caída de presión y el flujo disminuye, produciendo hipoxia cerebral.
Por encima de 180 mmHg, la vasoconstricción máxima no puede contener el aumento de presión, el flujo aumenta bruscamente y la hipertensión se transmite al capilar, produciendo edema cerebral por rotura de la BHE.
El gradiente real que impulsa la perfusión cerebral no es la PAM sino la presión de perfusión cerebral (PPC):
donde PIC es la presión intracraneal. En condiciones normales, la PIC es de aproximadamente 10 mmHg, por lo que la PPC es ligeramente inferior a la PAM (valores normales de 60-70 mmHg). Cuando la PIC aumenta (por edema cerebral, hidrocefalia, hematoma), la PPC cae aunque la PAM se mantenga, reduciendo el flujo cerebral.
La fórmula PPC = PAM − PIC es pregunta directa en exámenes de FM y base del neurointensivismo.
El valor normal de PPC es 60–70 mmHg. Por debajo de 50 mmHg hay riesgo de isquemia cerebral global. El tratamiento de la hipertensión intracraneal busca reducir la PIC y/o aumentar la PAM para mantener una PPC adecuada.
La autorregulación cerebral desaparece en varias situaciones patológicas:
- Hipercapnia intensa.
- Neoplasias del SNC.
- Embolia cerebral.
- Traumatismo craneoencefálico grave.
En estos casos el flujo cerebral se vuelve presión-dependiente y cualquier hipotensión sistémica puede producir isquemia.
16.5. Presión intracraneal
La cavidad craneal es un compartimento rígido e inextensible que contiene tres componentes: parénquima cerebral (≈80%), sangre intracraneal (≈10%) y LCR (≈10%). La presión intracraneal (PIC) normal es de aproximadamente 10 mmHg en decúbito supino.
La doctrina de Monro-Kellie establece que el volumen total intracraneal es constante. Por tanto, cualquier aumento del volumen de uno de los tres compartimentos debe compensarse con una reducción de los otros dos o se producirá un aumento de la PIC.
Inicialmente, pequeños aumentos de volumen se compensan desplazando LCR hacia el espacio espinal y reduciendo el volumen venoso. Cuando estos mecanismos compensadores se agotan, la PIC sube bruscamente con pequeños incrementos adicionales de volumen.
Cuando la PIC aumenta de forma importante (tumor, hematoma, edema difuso), el organismo responde con la tríada de Cushing:
(1) hipertensión arterial (para mantener la PPC)
(2) bradicardia refleja (por el barorreceptor ante la hipertensión)
(3) alteración del patrón respiratorio.
Es un signo de alarma de herniación cerebral inminente.
16.6. El líquido cefalorraquídeo
16.6.1. Producción
El LCR es producido principalmente por los plexos coroideos, estructuras vasculares altamente especializadas localizadas en los ventrículos laterales, el tercer ventrículo y el cuarto ventrículo.
Los plexos coroideos producen LCR mediante un proceso activo de secreción. Las células epiteliales del plexo coroideo transportan activamente iones (Na⁺, Cl⁻, HCO₃⁻) hacia el ventrículo, arrastrando agua por osmosis. El ritmo de producción es de aproximadamente 500 mL/día (unos 0,35 mL/min), aunque el volumen total de LCR en el sistema es de solo ≈150 mL, lo que significa que se renueva completamente unas 3–4 veces al día.
16.6.2. Composición
El LCR es un líquido claro (como «agua de roca»), con una composición diferente a la del plasma (ver Tabla 16.1.):
- Menor concentración de proteínas (15–45 mg/dL frente a 6.000–8.000 mg/dL en plasma). La baja concentración de proteínas es consecuencia de la BHE y de la barrera sangre-LCR del plexo coroideo.
- Glucosa similar al 60–70% de la glucemia.
- Concentraciones iónicas ligeramente diferentes.
| Parámetro | LCR normal | Plasma | Significado clínico de la alteración |
|---|---|---|---|
| Aspecto | Claro («agua de roca») | Amarillo-dorado | Turbidez → pleocitosis (meningitis); xantocromía → hemorragia subaracnoidea |
| Proteínas totales | 15–45 mg/dL | 6.000–8.000 mg/dL | ↑ proteínas → inflamación, tumor, síndrome de Guillain-Barré |
| Glucosa | 50–80 mg/dL (≈60–70% de glucemia) | 70–110 mg/dL | ↓ glucosa en LCR → meningitis bacteriana o fúngica (consumo por gérmenes) |
| Na⁺ | 136–148 mEq/L | 136–145 mEq/L | Similar al plasma; variaciones reflejan alteraciones sistémicas |
| Cl⁻ | 120–130 mEq/L | 98–106 mEq/L | Mayor en LCR que en plasma (equilibrio de Donnan) |
| Leucocitos | 0–5 células/mm³ | 4.500–11.000/mm³ | ↑ leucocitos (pleocitosis) → meningitis, encefalitis, hemorragia |
| Presión de apertura | 10–20 cmH₂O (decúbito) | — | ↑ presión → hipertensión intracraneal; ↓ presión → hipotensión intracraneal espontánea |
| Volumen total | ≈150 mL | ≈3.000 mL (plasma) | Renovación completa 3–4 veces/día (producción ≈500 mL/día) |
Los valores normales del LCR a memorizar:
- aspecto claro («agua de roca»).
- proteínas 15–45 mg/dL.
- glucosa 50–80 mg/dL (≈60–70% de la glucemia simultánea).
- presión de apertura en punción lumbar 10–20 cmH₂O.
La turbidez indica pleocitosis (meningitis); la xantocromía (color amarillento) indica hemorragia subaracnoidea previa.
16.6.3. Circulación y reabsorción
El LCR producido en los ventrículos laterales fluye a través del agujero de Monro hacia el tercer ventrículo, después por el acueducto de Silvio hacia el cuarto ventrículo y finalmente sale al espacio subaracnoideo a través de los agujeros de Luschka y Magendie. Desde el espacio subaracnoideo circunda el encéfalo y la médula espinal, amortiguando mecánicamente estas estructuras frente a traumatismos.
La reabsorción del LCR se produce principalmente en las vellosidades aracnoideas (granulaciones de Pacchioni), que protruyen desde el espacio subaracnoideo hacia el interior de los senos venosos durales, especialmente el seno sagital superior. El mecanismo es pasivo. Cuando la presión del LCR supera la presión venosa del seno, las vellosidades actúan como válvulas de una sola dirección que permiten el paso del LCR al torrente venoso.
Investigaciones recientes han descrito el sistema glinfático, una red de canales perivasculares asociados a los astrocitos que facilita el intercambio de solutos entre el LCR y el líquido intersticial cerebral durante el sueño.
Se le atribuye un papel en la eliminación de productos de desecho metabólico neuronal (incluida la proteína beta-amiloide). Este sistema está en investigación activa y su relevancia clínica no está completamente establecida.
La hidrocefalia resulta de la obstrucción de la circulación del LCR o del fallo de su reabsorción.
En la hidrocefalia obstructiva (no comunicante), el bloqueo se produce dentro del sistema ventricular (frecuentemente en el acueducto de Silvio). El LCR se acumula en los ventrículos, que se dilatan y comprimen el parénquima cerebral, elevando la PIC.
En la hidrocefalia comunicante, el bloqueo está en las vellosidades aracnoideas (tras meningitis o hemorragia subaracnoidea) y el LCR se acumula en todo el sistema.
| Alteración | Causa más frecuente | Mecanismo |
|---|---|---|
| ↑ proteínas | Meningitis bacteriana, síndrome de Guillain-Barré, tumores | Rotura de la BHE o barrera sangre-LCR → paso de proteínas plasmáticas |
| ↓ glucosa | Meningitis bacteriana o fúngica | Consumo de glucosa por gérmenes y leucocitos; también en carcinomatosis meníngea |
| Pleocitosis neutrofílica | Meningitis bacteriana aguda | Respuesta inflamatoria aguda con reclutamiento de neutrófilos |
| Pleocitosis linfocítica | Meningitis vírica, tuberculosa, esclerosis múltiple | Respuesta inflamatoria crónica o autoinmune con predominio linfocitario |
| Xantocromía | Hemorragia subaracnoidea | Degradación de hemoglobina → oxihemoglobina y bilirrubina tiñen el LCR de amarillo |
| ↑ presión apertura | Hipertensión intracraneal, hidrocefalia, meningitis | Aumento del volumen intracraneal o bloqueo de la reabsorción del LCR |
