El hambre celular se manifiesta en las neuronas y células gliales mucho antes que en otros órganos. De hecho, estimamos que un tercio de las patologías psiquiátricas tiene su origen en burdas deficiencias micronutricionales del tejido nervioso superior, vale decir, son patologías carenciales subclínicas. Tu cerebro necesita un suministro constante de micronutrientes para el metabolismo energético de las neuronas y las células gliales, la síntesis de neurotransmisores, la propagación del impulso nervioso y el metabolismo de la homocisteína. Si en el adulto la deficiencia crónica de micronutrientes -en especial de vitaminas B- tiene devastadores efectos en la cognición, el cerebro en desarrollo de un embrión o un niño es aún más vulnerable a la deficiencia de vitaminas y ácidos grasos esenciales. Otro tanto pasa con los adultos mayores, cuya capacidad de digerir y absorber nutrientes declina de modo exponencial en función del tiempo.
Fig.1 El "minicerebro" es un nuevo modelo experimental de desarrollo neurológico que ha permitido probar el inmenso impacto de los micronutrientes en el desarrollo encefálico. Crédito: D'Or Institute for Research and Education
Gracias a sus propiedades biológicas únicas, varias vitaminas, aminoácidos, minerales y ácidos grasos garantizan las funciones cerebrales, incluyendo la atención, la memoria, las funciones ejecutivas, el estado de ánimo, el aprendizaje de rutinas motoras complejas y la consolidación de conceptos abstractos. Esto es rápidamente evidente en el metabolismo energético de las neuronas y las células gliales, siempre en intensa actividad. Como hemos comentado antes, a pesar de tener una masa pequeña, de apenas un 2% del peso corporal, el cerebro consume una quinta parte de la energía total generada cada día (ya sea en forma de glucosa o de cuerpos cetónicos).
Fig.2 Más del 60% del tejido cerebral es grasa, por lo que la nutrición humana debe ser rica en estos compuestos. Sin las grasas correctas, se deteriora la estructura y función del cerebro.
La biotina -una poco reconocida vitamina del complejo B- es crucial para la gluconeogénesis, proceso por el cual se fabrica glucosa en el hígado cuando el organismo entra en ayuno prolongado. La oxidación de la glucosa en el cerebro requiere ciertos micronutrientes como cofactores. Por ejemplo, la tiamina, la riboflavina, la niacina y el ácido pantoténico, además del ácido lipóico, se utilizan en las reacciones que extraen energía de la glucosa generando dióxido de carbono y agua. En esta total combustión de la glucosa (degradación oxidativa) también los minerales esenciales, magnesio, hierro y manganeso, son cofactores indispensables de las enzimas metabólicas. Al mismo tiempo, la generación de energía celular en forma de ATP requiere las vitaminas B2 (riboflavina) y B3 (niacina), B5 (pantotenato), así como el hierro contenido en los grupos enzimáticos hierro-azufre, y la coenzima Q10, que hemos discutido recientemente.
Fig.3 La irrigación sanguínea es crucial para el cerebro de instante en instante, por lo que el deterioro progresivo de la microcirculación es una de las causas primarias de demencia.
Cuando estás en reposo, tanto como el 15% del bombeo cardíaco se destina a irrigar tu cerebro, que depende del aporte de sangre oxigenada de segundo en segundo. Aquí también la nutrición es crítica, dado que la crónica insuficiencia de varios componentes de la dieta deteriora las arterias cerebrales y crea las condiciones para ocasionar isquemia cerebral o bien derrames (hemorragias). Además de varios aminoácidos, las vitaminas del grupo B, como la tiamina, la riboflavina, la niacina, la piridoxina, el folato y la cobalamina, son imprescindibles para la síntesis de neurotransmisores. La vitamina C es también necesaria para la síntesis de la norepinefrina, mientras el zinc se requiere para el GABA, aspartato y norepinefrina. La colina, parte del complejo B, es precursora del neurotransmisor acetilcolina.
Fig.4 Los neurotransmisores son mensajeros químicos cerebrales segregados por una neurona que transmiten un impulso a otra neurona vecina, o a un efector muscular, como en el caso de las neuronas motoras. Los neurotransmisores tienen efectos excitadores o inhibidores. Existen dos clases principales de neurotransmisores: los aminoácidos pequeños (ácido γ aminobutírico [GABA], glutamato, aspartato y glicina) y las aminas biógenas (dopamina, epinefrina, norepinefrina, serotonina, histamina y acetilcolina).
Se sabe hace mucho que varios micronutrientes influyen en la propagación del impulso nervioso. En particular, la B9 (folato) y la B12 (cobalamina) preservan la integridad de la vaina de mielina que recubre los nervios, sin la cual no es posible la propagación del impulso bioeléctrico, en tanto que la B1 (tiamina) es imprescindible para mantener el potencial de membrana de la neurona y para una correcta conductancia nerviosa. Además, el hierro regula los oligodendrocitos, células cerebrales que fabrican la mielina. Las coenzimas de la niacina, NAD y NADP, son necesarias para varias reacciones RedOx y de otro tipo en el organismo. La deficiencia absoluta de niacina, conocida como pelagra, estaba ligada históricamente a la pobreza y una dieta basada en granos pulidos o patatas o maíz, que es bajo en niacina biodisponible. En los países desarrollados la pelagra franca es infrecuente, pero puede darse en casos de alcoholismo crónico y en individuos con síndromes de malabsorción, sin embargo, las deficiencias crónicas de este nutriente son la norma, no una excepción. La pelagra se caracteriza por la demencia. Los síntomas neurológicos de la pelagra incluyen dolor de cabeza, fatiga, apatía, depresión, ataxia, falta de concentración, delirios y alucinaciones, que pueden llevar a la confusión, la pérdida de memoria, la psicosis y finalmente, a la muerte.
Fig.5 El recubrimiento exterior de las fibras nerviosas -la mielina- es indispensable en la conducción del impulso nervioso. Sin nutrientes, la mielina no puede formarse. La malnutrición es por lo tanto promotora de las enfermedades desmielinizantes.
El ácido pantoténico es necesario como componente de la coenzima A (CoA), una coenzima necesaria para el metabolismo oxidativo de la glucosa y los ácidos grasos y para la biosíntesis de los ácidos grasos, el colesterol, las hormonas esteroides, la hormona melatonina y el neurotransmisor acetilcolina. Una forma de la vitamina (4'-fosfopantoteína) también es necesaria para la actividad de la proteína transportadora de acil, necesaria para la síntesis de ácidos grasos, incluidos los fosfolípidos y los esfingolípidos. Estos últimos son componentes estructurales de las membranas celulares, siendo la esfingomielina, es un componente de la vaina de mielina que permite la conducción nerviosa. Una forma de vitamina B6, el piridoxal 5'-fosfato (PLP), es coenzima para la biosíntesis de varios neurotransmisores, como GABA, dopamina, norepinefrina y serotonina.
Fig.6 La falta crónica de micronutrientes afecta profundamente la funcion cerebral, lo cual se expresa en la actividad bioeléctrica de la corteza, y se manifiesta en la cognición y la conducta.
Notablemente, las concentraciones de vitamina B6 en el cerebro son unas 100 veces mayores que los niveles en la sangre; por lo tanto, no es sorprendente que la deficiencia de vitamina B6 tenga serios efectos neurológicos. La deficiencia grave de vitamina B6 es poco común, pero se cree que los alcohólicos son los que más riesgo corren debido a la baja ingesta dietética y al metabolismo alterado de la vitamina. A principios de la década de 1950, se observaron convulsiones en bebés como resultado de una deficiencia grave de vitamina B6 causada por un error en la fabricación de fórmulas infantiles. Además, en algunos estudios sobre la deficiencia de vitamina B6 se han observado patrones anormales en el electroencefalograma (EEG). Otros síntomas neurológicos observados en la deficiencia grave de vitamina B6 incluyen irritabilidad, depresión y confusión.... que suele tratrse con fármacos xenobióticos!
La biotina es necesaria como cofactor de las enzimas carboxilasas que son importantes en el metabolismo de los ácidos grasos y los aminoácidos. La deficiencia manifiesta de biotina es bastante rara, pero se ha documentado en pacientes con alimentación intravenosa prolongada (nutrición parenteral) sin suplementos de biotina; en quienes consumen clara de huevo cruda (avidina, un analogo estructural de la biotina) y en quienes tienen deficiencia hereditaria de biotinidasa. En los adultos, los síntomas neurológicos de la deficiencia de biotina incluyen depresión, letargo, alucinaciones y entumecimiento y hormigueo de las extremidades.
Fig.7 La construcción del cerebro requiere una Materia Prima de alta calidad y muy específica, debiendo considerarse la práctica alimentaria como una estrategia concreta de neuronutrición.
La carencia de vitamina B12, afecta al 30% de los adultos mayores de 60 años, y genera problemas neurológicos. Esta deficiencia vitamínica es común debido a la prevalencia de malabsorción de vitamina B12 (gastritis atrófica), los medicamenteos antiácidos y las cirugías bariátricas. Los cambios hematológicos, los niveles elevados de homocisteína y ácido metilmalónico en sangre, son diagnósticos de la deficiencia de vitamina B12; pero en muchos casos los síntomas neurológicosson el único indicador clínico de la deficiencia de B12. Son frecuentes los reportes de entumecimiento y hormigueo en las extremidades, dificultad para caminar; problemas de concentración; pérdida de memoria; desorientación, demencia y cambios de humor. La demencia y otros síntomas neurológicos causados por la deficiencia de B12 pueden revertirse con el tratamiento vitamínico, pero la reversibilidad parece depender de la duración de las complicaciones neurológicas asociadas. Se sospecha que los mecanismos bioquímicos subyacentes se relacionana con la vaina de mielina que recubre los nervios espinales y periféricos.
La vitamina C se acumula en el sistema nervioso central, y las neuronas del cerebro tienen niveles especialmente altos. Además de sus conocidas funciones antioxidantes, la vitamina C tiene una serie de funciones no antioxidantes. Por ejemplo, la vitamina es necesaria para la reacción enzimática que sintetiza el neurotransmisor norepinefrina a partir de la dopamina. Otra acción no antioxidante de la vitamina C en el cerebro es la reducción de los iones metálicos (por ejemplo, hierro y cobre). Además, la vitamina C también puede ser capaz de regenerar la vitamina E, un importante antioxidante liposoluble. La deficiencia de vitamina C provoca daños oxidativos en las macromoléculas (lípidos, proteínas) del cerebro, en tanto que la carencia absoluta de vitamina C -escorbuto- es una enfermedad mortal. Gracias al mecanismo de triage vitamínico aun en el escorbuto, las escasas moléculas de vitamina C circulantes en la sangre son retenida por el cerebro para la función neuronal. La inexorable muerte por escorbuto es debida a la falta de vitamina C para la síntesis de colágeno, componente estructural critico de vasos sanguíneos, tendones, ligamentos y huesos, cuya construcción requiere abundante vitamina C.
Fig.8 En su forma hormonalmente activa la vitamina del sol actúa como un neuroesteroide a través de su interacción con los receptores de vitamina D (VDR) durante la diferenciación y maduración neuronal, por lo que regula la producción de factores neurotróficos como el factor neurotrófico derivado de las células gliales (GDNF).
Un buen estado de vitamina D (definido como un nivel plasmático de 25(OH)D entre 40-60 ng/mL) tiene una importancia clave para el desarrollo y la maduración del niño, especialmente durante las fases de embarazo y crecimiento cruciales para el desarrollo y funcionamiento del cerebro. En su forma hormonalmente activa la vitamina del sol actúa como un neuroesteroide a través de su interacción con los receptores de vitamina D (VDR) durante la diferenciación y maduración neuronal, por lo que regula la producción de factores neurotróficos como el factor neurotrófico derivado de las células gliales (GDNF). La vitamina D también tiene un marcado efecto neuroprotector, ya que inhibe las reacciones inflamatorias neuronales y los procesos oxidativos. Los VDR se expresan en varias partes del cerebro, como el cerebro anterior, el núcleo caudado, el putamen, el cerebelo, el cuerpo geniculado lateral, el giro cingulado, el hipotálamo, la corteza prefrontal, la sustantia nigra y el tálamo. La enzima 25(OH)D 1-alfa hidroxilasa, responsable de la conversión de 25(OH)D en su forma hormonalmente activa 1,25(OH)2D, se encuentra junto con los VDR en muchas regiones del cerebro incluyendo el hipocampo. Además, se ha demostrado que el polimorfismo del gen VDR se asocia con un declive de la función cognitiva y el riesgo de enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer).
Creemos que la 1,25(OH)2D -mediada por los VDR- regula directa o indirectamente más de 2000 genes de nuestra biblioteca genómica. Además de los trastornos de la mineralización ósea que pueden provocar raquitismo en los niños y osteomalacia en los adultos, la deficiencia de vitamina D (definida como 25(OH)D sérica < 20 ng/mL) contribuye a la patogénesis de muchas enfermedades crónicas. Entre ellas se encuentran las enfermedades autoinmunes (esclerosis múltiple), hipertensión arterial, insuficiencia cardíaca, cáncer y enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson). Se han registrado claras diferencias estacionales en los niveles de 25(OH)D, fuertemente correlacionados con las epidemias gripales, incluida COVID-19. En Europa y Norteamérica, los niveles medios más bajos se han observado en febrero (→ 10,56 ng/mL) y los más altos en agosto (→ 24,16 ng/mL). Las personas con sobrepeso u obesidad presentan usualmente niveles de 25(OH)D claramente inferiores a los de peso normal.
El receptor de la vitamina D se expresa en el tejido cerebral, y se sabe que la vitamina D es importante para el desarrollo y la función normales del cerebro. Por lo tanto, la deficiencia de vitamina D puede perjudicar las capacidades cognitivas. La deficiencia de vitamina D es un problema importante en todo el mundo, ya que se calcula que mil millones de personas tienen niveles insuficientes o deficientes de 25-hidroxivitamina D circulante. El envejecimiento se asocia a una menor capacidad de sintetizar vitamina D en la piel tras la exposición al sol. Por lo tanto, los adultos mayores pueden ser más vulnerables a la deficiencia de vitamina D y a cualquier efecto adverso sobre la cognición. Algunos estudios realizados en adultos mayores han relacionado los niveles más bajos de 25-hidroxivitamina D con medidas de bajo rendimiento cognitivo y viceversa.
El hipotirodismo, cualquiera que sea su causa, tiene un potente efecto negativo sobre la cognición. El yodo es imprescindible para la síntesis de las hormonas tiroideas que regulan una serie de procesos fisiológicos, como el crecimiento, el desarrollo, el metabolismo y la reproducción. Además, las hormonas tiroideas intervienen en la mielinización del sistema nervioso central, que se produce principalmente antes y poco después del nacimiento. Dado que el yodo es fundamental para el desarrollo normal del cerebro, la deficiencia de este mineral durante periodos críticos, como durante el desarrollo fetal o durante la primera infancia, puede tener efectos deletéreos en la cognición. El efecto cognitivo más extremo de la deficiencia de yodo en el desarrollo es el retraso mental irreversible; los efectos cognitivos más leves incluyen diversos déficits del neurodesarrollo, incluido el deterioro intelectual.
El magnesio es necesario para más de 300 reacciones metabólicas en el organismo, muchas de ellas importantes para el funcionamiento normal del cerebro. Inducida experimentalmente, la deficiencia de magnesio da lugar a síntomas neurológicos y musculares que incluyen temblores, espasmos musculares y tetania. De hecho, las enzimas implicadas en la actividad neuromuscular (ATPasas que transportan iones de sodio, potasio y calcio) son aparentemente las más sensibles a la deficiencia de magnesio. El selenio por su parte es necesario para las glutatión peroxidasas (GPx), importantes enzimas antioxidantes en el cerebro y otros tejidos. Las GPx reducen las especies reactivas de oxígeno (ROS) potencialmente dañinas, como el peróxido de hidrógeno y los hidroperóxidos lipídicos, a productos inocuos como el agua y los alcoholes, acoplando su reducción con la oxidación del glutatión. La deficiencia de selenio se ha asociado a una disminución de la actividad de la GPx en el cerebro de los animales de laboratorio; por tanto, la deficiencia de selenio puede estar relacionada con una menor capacidad antioxidante en el cerebro.
El zinc está presente en el cerebro, donde desempeña funciones catalíticas, estructurales y reguladoras en el metabolismo celular. En el cerebro, la mayor parte del ión zinc está fuertemente unido a las proteínas, pero el zinc libre está presente en las vesículas sinápticas y tiene un papel en la neurotransmisión mediada por el glutamato y el GABA. Se ha demostrado experimentalmente que la deficiencia de zinc inducida en los seres humanos deteriora la función mental y neurológica. La deficiencia de este mineral durante períodos críticos del desarrollo cognitivo puede ser devastadora, llegando a causar malformaciones congénitas, y déficits de atención, aprendizaje, memoria y comportamiento neuropsicológico. Por otra parte, la liberación celular de zinc en el cerebro puede mediar la apoptosis neuronal y puede estar patológicamente asociada a la enfermedad de Alzheimer y a la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Los niveles intracelulares de zinc en el cerebro están regulados de forma homeostática.
La colina puede ser sintetizada por el organismo en pequeñas cantidades, pero la ingesta dietética es necesaria para mantener la salud. Por ello, la colina se considera un nutriente esencial para el ser humano. La colina y sus metabolitos tienen una serie de funciones biológicas vitales. Con respecto a la función cognitiva, la colina es necesaria para la mielinización de los nervios y es un precursor de la acetilcolina, un importante neurotransmisor que participa en la acción muscular, la memoria y otras funciones. La colina también se utiliza en la síntesis de los fosfolípidos fosfatidilcolina y esfingomielina, que son componentes estructurales de las membranas celulares y precursores de ciertas moléculas de señalización celular. Los estudios realizados en ratas de laboratorio han demostrado que la carencia de colina durante el periodo perinatal provoca déficits persistentes de memoria y otros déficits cognitivos.
Fig.9 Las membranas de todas nuestras células -incluyendo las neuronas- están hechas de una clase de grasas llamadas fosfolípidos. Sin adecuada nutrición, y en particular con exceso de aceites vegetales omega 6, la función cerebral se deteriora inexorablemente.
Dado que el cerebro está construido en gran medida de grasas, conviene considerar el crucial rol de estas en su mantenimiento. Los ácidos grasos esenciales incluyen el ácido α-linolénico (ALA), un ácido graso omega-3, y el ácido linoleico (LA), un ácido graso omega-6. Dichos ácidos grasos son poliinsaturados (PUFA), lo que significa que contienen más de un doble enlace cis, listo para unirse a otras moléculas. Los humanos no podemos sintetizar internamente ALA ni LA, por tanto, deben obtenerse de la dieta; Dos ácidos grasos omega-3 de cadena larga, el ácido eicosapentaenoico (EPA) y el ácido docosahexaenoico (DHA), pueden sintetizarse a partir del ALA, pero su síntesis puede ser insuficiente en determinadas condiciones, como durante el embarazo, la lactancia, el estrés psicofisico sostenido, la convalescencia de enfermedades graves y la edad avanzada. Excluyendo el tejido adiposo, nuestra supercomputadora biológica -el Sistema Nervioso Central- tiene la mayor concentración de lípidos del cuerpo, que incluyen ácidos grasos, fosfolípidos, triglicéridos y colesterol. Los PUFA se incorporan a los fosfolípidos, donde no sólo cumplen funciones estructurales en las membranas celulares del sistema nervioso, sino que también afectan a la fluidez, la flexibilidad y la permeabilidad al oxígeno de la membrana, así como a las actividades de las enzimas y los receptores "empotrados" en esta.
Es así que los omega- cumplen roles importantes en la visión y la cognición, incorporándose selectivamente a las membranas de la retina y las neuronas. Los fosfolípidos de la materia gris del cerebro contienen altas proporciones de DHA y AA, lo que indica que son importantes para la función del sistema nervioso central. El contenido de DHA en el cerebro es crítico, y la disminución de DHA en el cerebro provoca déficits de aprendizaje. No está claro cómo afecta el DHA a la función cerebral, pero los cambios en el contenido de DHA de las membranas de las células neuronales alteran los canales iónicos y receptores asociados a la membrana, así como la disponibilidad de neurotransmisores. La deficiencia de ácidos grasos esenciales (ALA y LA) sólo se ha observado en pacientes con malabsorción crónica de grasas, fibrosis quística o en aquellos que reciben nutrición parenteral sin PUFAs.
Sospechamos que una nutrición crónicamente desprovista de grasas constructivas contribuye a la atresia encefálica que se produce con la edad. Las manifestaciones clínicas de la deficiencia de ácidos grasos esenciales en humanos incluyen principalmente efectos en la piel (dermatitis), pero también se han observado efectos hematológicos, cognitivos y alteraciones de la inmunidad, y disminución del crecimiento físico en bebés y niños. El cerebro en desarrollo es especialmente vulnerable a la deficiencia de grasas constructivas. Dado que los fosfolípidos de ciertas regiones del cerebro están enriquecidos con DHA y AA, la deficiencia de PUFA omega-3 u omega-6 durante el desarrollo del cerebro afecta irreversiblemente la función cognitiva. Estudios en roedores de laboratorio han descubierto que la deficiencia de AGPI omega-3 en la dieta perjudica el rendimiento cognitivo al influir en el sistema de neurotransmisores de la dopamina en la región del córtex frontal del cerebro.
Con todo lo antedicho, es obvio que debemos prestar especial atención a la nutrición de alta calidad y a la suplementación bien diseñada.
Ernesto Prieto Gratacós
Laboratorio de Ingeniería Biológica
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