Ao contra¡rio do resto do corpo, não háespaço suficiente no cérebro para a energia armazenada. Em vez disso, o cérebro depende de centenas de quila´metros de vasos sangua­neos dentro dele para fornecer energia nova por meio do sangue. No entanto, como o cérebro expressa a necessidade de mais energia durante o aumento da atividade e, em seguida, direciona seu suprimento de sangue para pontos quentes específicos era, atéagora, mal compreendido.

Agora, a Escola de Medicina da Universidade de Maryland e os pesquisadores da Universidade de Vermont mostraram como o cérebro se comunica com os vasos sangua­neos quando precisa de energia e como esses vasos sangua­neos respondem relaxando ou contraindo para direcionar o fluxo sangua­neo para regiaµes especa­ficas do cérebro.

Em seu novo artigo, publicado nesta quarta-feira, 21, na Science Advances , os pesquisadores dizem que entender como o cérebro direciona energia para si mesmo em detalhes intrincados pode ajudar a determinar o que da¡ errado em condições como a doença de Alzheimer e demaªncia, onde o fluxo sangua­neo defeituoso éum indicador de comprometimento cognitivo. Se o cérebro não leva o sangue para onde precisa, quando precisa, os neura´nios ficam estressados ​​e, com o tempo, se deterioram, levando ao decla­nio cognitivo e problemas de memória.

As grandes artanãrias alimentam vasos de tamanho manãdio, conhecidos como artera­olas, que então alimentam capilares ainda mais minaºsculos - tão pequenos que apenas uma única canãlula do sangue pode passar de uma vez. Em um artigo da Nature Neuroscience de 2017 , os pesquisadores mostraram que os pulsos elanãtricos que percorrem os capilares direcionam o fluxo sangua­neo das artera­olas de tamanho manãdio que fornecem grandes regiaµes do cérebro. Para este último artigo, a equipe queria estudar o ajuste fino do sangue conforme ele flui atravanãs dos capilares para regular com precisão o fornecimento de energia para pequenas regiaµes do cérebro.

"Parece haver dois mecanismos trabalhando em conjunto para garantir que a energia na forma de sangue chegue a regiaµes especa­ficas do cérebro: um amplo e o outro preciso", disse Thomas Longden, Ph.D., professor assistente de fisiologia na Escola de Medicina da Universidade de Maryland. "O primeiro mecanismo elanãtrico écomo uma abordagem de marreta rudimentar para levar mais sangue para a vizinhana§a geral da atividade cerebral aumentada, controlando as artera­olas de tamanho manãdio, e então os sinais de ca¡lcio capilar garantem um ajuste fino requintado para garantir que o sangue chegue exatamente o lugar certo na hora certa atravanãs dos minaºsculos capilares. "

O Dr. Longden e seus colaboradores usaram uma protea­na que emite luz verde quando o ca¡lcio aumenta na canãlula. Devido aos esforços da equipe de Michael Kotlikoff na Universidade Cornell, eles foram capazes de ativar essa ferramenta nas células que revestem os vasos sangua­neos de camundongos. Os pesquisadores então olharam atravanãs de pequenas janelas no cérebro desses ratos para investigar o papel do ca¡lcio no controle do fluxo sangua­neo nos capilares cerebrais. Quando as células que revestem os vasos sangua­neos receberam um influxo de ca¡lcio, elas brilharam em verde. Eles detectaram 5.000 sinais de ca¡lcio por segundo nos capilares na minaºscula seção do cérebro visível atravanãs da janela, o que eles dizem ser cerca de 1.000.000 dessas respostas a cada segundo em todo o sistema de vasos sangua­neos do cérebro .

"Atéimplantarmos essa nova tecnologia, havia um mundo totalmente invisível de sinalização de ca¡lcio no cérebro escondido da vista, e agora podemos ver uma tonelada de atividade dentro dos vasos sangua­neos do cérebro - eles estãoconstantemente disparando", diz o Dr. Longden.

O Dr. Longden e a equipe de pesquisa então dissecaram o intrincado mecanismo celular por trás do papel do ca¡lcio no direcionamento do sangue, ramo por ramo, atravanãs dos minaºsculos vasos do cérebro. Eles descobriram que, quando os neura´nios disparam sinais elanãtricos, eles causam um aumento no ca¡lcio nas células que revestem os vasos sangua­neos. Então, as enzimas detectam esse ca¡lcio e direcionam as células para produzir a³xido na­trico. O a³xido na­trico éum horma´nio (e um gás) que faz com que as células semelhantes a maºsculos ao redor dos vasos sangua­neos relaxem, o que então alarga os vasos, permitindo que mais sangue flua para dentro.

"Os capilares eram tradicionalmente considerados como simples condutos para os gla³bulos vermelhos e a barreira entre o sangue e o cérebro", disse o coautor Mark T. Nelson, Ph.D., Professor e Catedra¡tico de Farmacologia da Universidade de Vermont. "Aqui, nosrevelamos um universo desconhecido de sinalização de ca¡lcio nos capilares e, assim como os sema¡foros, esses sinais de ca¡lcio direcionam nutrientes vitais para neura´nios ativos pra³ximos."

"O primeiro passo para descobrir o que háde errado nas doenças édeterminar como o sistema funciona normalmente", diz E. Albert Reece, MD, Ph.D., MBA, Vice-presidente Executivo de Assuntos Manãdicos, UM Baltimore, e o Distinto Professor e Reitor John Z. e Akiko K. Bowers da Escola de Medicina da Universidade de Maryland. "Agora que os pesquisadores já sabem como esse processo funciona, eles podem comea§ar a investigar como o fluxo sangua­neo éinterrompido na doença de Alzheimer e na demaªncia, a fim de descobrir maneiras de conserta¡-lo."