Glucógeno Cerebral: ¿Qué hay de nuevo?

Glucógeno en el cerebro: Astrocitos

Dentro del extenso, pero aún limitado, conocimiento por parte de la ciencia sobre el Glucógeno, podemos decir que el reservorio de glucosa en el músculo y el hígado están mas o menos estudiados. Es verdad que aún desconocemos el papel regulador o modulador del Glucógeno como molécula dentro del cuerpo, pero poco a poco vamos ampliando el conocimiento, también, en esta vertiente. Para leer más sobre este tema, puedes leer mi último post al respecto, lo tienes aquí.

Pero además del músculo e hígado, sabemos que existe una relevante cantidad de Glucógeno en el cerebro y que su función regula, entre otras cosas, la nutrición de las neuronas, sus funciones, el soporte cerebral y los posibles mecanismos de "seguridad" de nuestro "órgano estrella". Si bien en otra entrada previa (puedes leerla aquí) mencioné el almacén cerebral de Glucógeno como mera introduccion al mismo, en esta ocasión quiero acercarte más esta nueva línea de investigación, con el fin de entender su importancia y posible implicación, también, en el rendimiento deportivo. 

Infografía sobre la localización del Glucógeno en el Cuerpo Humano - Viribay A - Glut4Science

Lo primero de todo es entender dónde se almacena este Glucógeno al que llamamos cerebral. En concreto, en los Astrocitos, células gliales que cumplen una amplia gama de funciones relacionadas con el soporte, mantenimiento y nutrición de las neuronas y el sistema nervioso. La glucosa que se almacena en estas células a modo de Glucógeno, por lo tanto, puede ser liberada y transformada a Lactato (como verás en el siguiente apartado) para cubrir las necesidades de ATP que genera el cerebro, tanto mediante las tareas cognitivas, como mediante el ejercicio físico. 

Es importante entender que la principal fuente de ATP del Cerebro es la glucosa que entra al mismo, procedente de la sangre (glucemia) y/o proveniente de la Glucogénesis hepática, el Lactato sanguíneo, y en situaciones específicas en las que no existe glucosa disponible (hipoglucemia o dietas cetogénicas, por ejemplo), los cuerpos cetónicos. Sin embargo, el almacén de glucosa interno es también una importante, tanto cuantitativa como cualitativamente, fuente de ATP que, además, parece estar relacionado con la función protectora que posee el mismo.

Llegados a este punto, es totalmente necesario entender el metabolismo de estos gránulos de Glucógeno descubiertos en los Astrocitos, para poder comprender su funcionamiento e importancia tanto en reposo como en actividad. 

¡Vamos a ello! 

¿Cómo es su metabolismo?

Lo primero que debemos de atender, a la hora de analizar el metabolismo del Glucógeno cerebral es como se forma. En este sentido, la glucogénesis es dependiente de la Glucosa que entra en el cerebro mediante el transportador de Glucosa GLUT1, que recordamos que es independiente de Insulina, y a los Astrocitos mediante el GLUT 1 y GLUT4. Esta glucosa entrante podrá tener dos destinos 1)se sintetiza el gránulo de Glucógeno que será almacenado dentro de los Astrocitos; 2) se convertirá en Glucosa-6-Fosfato para entrar en la Glucólisis y convertirse en Lactato. 

Lo siguiente, lógicamente, es entender cómo y por qué se degrada. ¡Vamos con lo primero! 

La glucogenólisis de estos gránulos dará Glucosa-6-Fosfato, que entrará en la Glucólisis (en los propios Astrocitos) y que generará, nuevamente, como producto final el Lactato. Es curioso por que en este caso no es la Glucosa la que se "transporta" a otra región del cerebro, como sucede desde el hígado a otros órganos, sino que será primero transformada en Lactato y este último metabolito se transportará para la obtención de ATP a las neuronas. 

¿Por qué se degrada el Glucógeno cerebral? Ante un estímulo de "actividad" o necesidad de ATP en las neuronas, se activará la correspondiente glucogenólisis. Este estímulo, parece estar relacionado con dos neurotransmisores excitadores como la Noradrenalina y la Serotonina. Ante la presencia de éstos (que recordemos que son creados por las propias neuronas), los respectivos receptores del Astrocito pone en marcha los mecanismos para romper el Glucógeno almacenado y obtener glucosa-6-fosfato. 

Una vez superado el proceso de conversión a Lactato, éste será el encargado de "viajar" hasta la neurona para una vez allí generar ATP. Para ello, primero deberá de salir del Astrocito y más tarde, entrar en la propia neurona. Aquí juegan un papel fundamental los MCT (transportadores de ácido monocarboxílico), y en concreto las isoformas MCT1 y MCT4 para el proceso de salida del Lactato, y MCT2 para el proceso de entrada en la neurona. Una vez dentro de la misma, el Lactato será convertido en piruvato que será finalmente utilizado para obtener ATP. 

Recordemos que más allá de este mecanismo, las neuronas pueden obtener Lactato y glucosa disponible en el torrente sanguíneo. Transporte que se dará, de igual manera, mediante los transportadores ya mencionados.

La importancia de entender el metabolismo de este reservorio de glucosa en el cerebro, sin embargo, también reside en comprender cómo se regula con los demás procesos biológicos del cuerpo humano y qué papel juega a nivel metabólico y energético ante distintas situaciones. Lógicamente, como ya sabrás (no tendría ni que escribirlo), el objeto de estudio de Glut4Science es la ciencia en torno al ejercicio físico y/o deporte, por lo que en el siguiente apartado, quiero tratar la respuesta del glucógeno de los astrocitos antes el ejercicio.

¿Me acompañas?

Glucógeno cerebral durante el ejercicio físico

En Fisiología del Ejercicio existe un objetivo principal que se basa en tratar de comprender cuáles son los mecanismos de fatiga ante el esfuerzo. En este afán por comprender por qué un atleta para de correr antes que el otro, existe un longevo, a la par que interesante, debate entre el modelo tradicional cardiovascular y el nuevo modelo del governador central propuesto por Noakes en las dos últimas décadas. Si quieres leer sobre esto, te animo a leer mi entrada-reflexión sobre el gran debate de la Fisiología del Ejercicio, clickando aquí.

^{Infografía sobre los posibles limitantes fisiológicos del rendimiento físico - Viribay A - Glut4Science}

Lo que si está más claro, es que la fatiga puede tener dos orígenes principales: el periférico o muscular y el central o cerebral. En esta línea, se ha investigado mucho sobre el músculo y el metabolismo y fisiología relacionado con él, pero sin embargo, los mecanismos de control del sistema nervioso y cerebrales son, por el momento, desconocidos. Este nuevo descubrimiento sobre la localización de gránulos de Glucógeno en el cerebro, podría abrir una línea de investigación que nos permitiese entender el por qué de la fatiga central y con ello, que nos ayudase a determinar de una manera más fiable los verdaderos limitantes del rendimiento deportivo. 

Pero entonces... ¿que relación tiene el Glucógeno cerebral con la fatiga central? 

En realidad, no lo sabemos, pero las conclusiones extraídas de recientes artículos sobre el tema prometen muchísimo. En dos artículos, un grupo de investigadores japoneses, que han sido los que han puesto en mayor conocimiento lo relacionado con el Glucógeno cerebral, analizaron las cantidades de éste en los Astrocitos de ratas, y su respuesta ante el ejercicio. Además, relacionaron los resultados con un extenso análisis metabolómico, llegando a extraer conclusiones más que interesantes. Si te parece, te resumo, por puntos, las más importantes: 

• Si bien el Glucógeno muscular y hepático de las ratas se vació tras el ejercicio de 60 minutos, el Glucógeno cerebral a penas se desgastó. Sin embargo, a los 120 min, éste sufrió una fuerte caída en cuanto a cantidad se refiere. 
• Con el ejercicio, se encontró un aumento de los MCT2, suponiendo un mayor transporte de Lactato a las neuronas y, por lo tanto, una mayor necesidad de energía en las mismas. Además, se observó una elevación de los transportadores de glucosa GLUT1 y GLUT3 en el cerebro. Esto ayudó a entender la elevada demanda de Lactato y glucosa por parte del cerebro durante el ejercicio de larga duración. 
• El Glucógeno cerebral se reduce de una manera más progresiva al muscular y hepático (en una segunda fase), entendiendo como tal la existencia de una reserva de energía (Glucógeno + PCr) para mantener la adecuada demanda de ATP en las neuronas y evitar la muerte de las mismas. 

Los autores concluyen que el Glucógeno cerebral puede jugar un papel fundamental en el ejercicio de larga duración a la hora de nutrir a las neuronas y que, por lo tanto, puede tener una relación directa y muy estrecha con la fatiga central. Siendo conscientes de la falta de estudios al respecto, los autores abren así una de las líneas de investigación más prometedoras e inquietantes en el mundo de la Fisiología y el Metabolismo del Ejercicio. 

En resumen, el Glucógeno cerebral ha llegado para quedarse. Este nuevo descubrimiento puede darnos nuevas evidencias para entender el funcionamiento de nuestra fisiología y metabolismo ante el esfuerzo físico. Conocer sobre su existencia y características, puede ayudar a cualquier profesional a ajustar las demandas de glucosa durante el ejercicio, adecuando la pauta nutricional a la demanda real. Recuerda que cuando comemos durante el ejercicio, no solo debemos de nutrir nuestro músculo. 

Una vez más... ¡Muchas gracias por estar ahí! Nos vemos en la siguiente. 

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Referencias: 

• Matsui T, Soya M, Soya H. Endurance and Brain Glycogen: A Clue Toward Understanding Central Fatigue. Adv Neurobiol. 2019; 23: 331-34.
• Matsui T, Omuro H, Liu YF, et al. Astrocytic Glycogen-Derived Lactate Fuels the Brain During Exhaustive Exercise to mantain Endurance Capacity. Proc Natl Acad Sci USA. 2017; 114 (24): 6358-63.

Artículos relacionados: 

• ¿Dónde se encuentra el Glucógeno? - Glut4Science.
• Glucógeno: Mucho más que un simple almacén - Glut4Science.
• Muscle Glycogen Utilization and Exercise Intensity - Le Meur Y.
• Fuel for the Work Requiered: Practical Example - Le Meur Y.

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