Fluido cerebroespinal

El líquido cefalorraquídeo (LCR) es un líquido corporal transparente e incoloro que se encuentra en el tejido que rodea el cerebro y la médula espinal de todos los vertebrados.

El LCR es producido por células ependimarias especializadas en el plexo coroideo de los ventrículos del cerebro y se absorbe en las granulaciones aracnoideas. Hay alrededor de 125 mL de LCR en cualquier momento, y alrededor de 500 mL se generan todos los días. El líquido cefalorraquídeo actúa como amortiguador, amortiguador o amortiguador, proporcionando una protección mecánica e inmunológica básica al cerebro dentro del cráneo. El LCR también cumple una función vital en la autorregulación cerebral del flujo sanguíneo cerebral.

El LCR ocupa el espacio subaracnoideo (entre la aracnoides y la piamadre) y el sistema ventricular alrededor y dentro del cerebro y la médula espinal. Llena los ventrículos del cerebro, las cisternas y los surcos, así como el canal central de la médula espinal. También hay una conexión desde el espacio subaracnoideo al laberinto óseo del oído interno a través del conducto perilinfático donde la perilinfa se continúa con el líquido cefalorraquídeo. Las células ependimales del plexo coroideo tienen múltiples cilios móviles en sus superficies apicales que laten para mover el LCR a través de los ventrículos.

Se puede tomar una muestra de LCR de alrededor de la médula espinal a través de una punción lumbar. Esto se puede usar para probar la presión intracraneal, así como para indicar enfermedades, incluidas infecciones del cerebro o las meninges circundantes.

Aunque fue señalado por Hipócrates, fue olvidado durante siglos, aunque más tarde fue descrito en el siglo XVIII por Emanuel Swedenborg. En 1914, Harvey Cushing demostró que el LCR es secretado por el plexo coroideo.

Estructura

Circulación

Hay alrededor de 125 a 150 ml de LCR en cualquier momento. Este LCR circula dentro del sistema ventricular del cerebro. Los ventrículos son una serie de cavidades llenas de LCR. La mayor parte del LCR se produce dentro de los dos ventrículos laterales. Desde aquí, el LCR pasa a través de los agujeros interventriculares hasta el tercer ventrículo y luego por el acueducto cerebral hasta el cuarto ventrículo. Desde el cuarto ventrículo, el líquido pasa al espacio subaracnoideo a través de cuatro aberturas: el canal central de la médula espinal, la abertura mediana y las dos aberturas laterales. El LCR está presente dentro del espacio subaracnoideo, que cubre el cerebro, la médula espinal y se extiende por debajo del extremo de la médula espinal hasta el sacro. Existe una conexión desde el espacio subaracnoideo hasta el laberinto óseo del oído interno, lo que hace que el líquido cefalorraquídeo continúe con la perilinfa en el 93 % de las personas.

El LCR se mueve en una sola dirección hacia afuera desde los ventrículos, pero en varias direcciones en el espacio subaracnoideo. El movimiento del fluido es pulsátil, coincidiendo con las ondas de presión generadas en los vasos sanguíneos por los latidos del corazón. Algunos autores cuestionan esto, planteando que no hay circulación unidireccional del LCR, sino movimientos bidireccionales sistólico-diastólicos hacia y desde el LCR dependientes del ciclo cardíaco.

Contenido

El LCR se deriva del plasma sanguíneo y es muy similar a él, excepto que el LCR está casi libre de proteínas en comparación con el plasma y tiene algunos niveles de electrolitos diferentes. Debido a la forma en que se produce, el LCR tiene un nivel de cloruro más alto que el plasma y un nivel de sodio equivalente.

El líquido cefalorraquídeo contiene aproximadamente un 0,3 % de proteínas plasmáticas, o aproximadamente de 15 a 40 mg/dl, según el sitio de muestreo. En general, las proteínas globulares y la albúmina se encuentran en menor concentración en el líquido cefalorraquídeo ventricular en comparación con el líquido lumbar o cisternal. Este flujo continuo hacia el sistema venoso diluye la concentración de moléculas más grandes e insolubles en lípidos que penetran en el cerebro y el LCR. El LCR normalmente está libre de glóbulos rojos y como máximo contiene menos de 5 glóbulos blancos por mm³ (si el recuento de glóbulos blancos es mayor que esto, constituye pleocitosis y puede indicar inflamación o infección).

Desarrollo

Alrededor de la tercera semana de desarrollo, el embrión es un disco de tres capas, cubierto de ectodermo, mesodermo y endodermo. Se desarrolla una formación en forma de tubo en la línea media, llamada notocorda. La notocorda libera moléculas extracelulares que afectan la transformación del ectodermo suprayacente en tejido nervioso. El tubo neural, que se forma a partir del ectodermo, contiene LCR antes del desarrollo de los plexos coroideos. Los neuroporos abiertos del tubo neural se cierran después del primer mes de desarrollo y la presión del LCR aumenta gradualmente.

A medida que se desarrolla el cerebro, en la cuarta semana de desarrollo embriológico se han formado tres hinchazones dentro del embrión alrededor del canal, cerca de donde se desarrollará la cabeza. Estas hinchazones representan diferentes componentes del sistema nervioso central: el prosencéfalo, el mesencéfalo y el rombencéfalo. Los espacios subaracnoideos son evidentes por primera vez alrededor del día 32 de desarrollo cerca del rombencéfalo; la circulación es visible a partir del día 41. En este momento se aprecia el primer plexo coroideo, que se encuentra en el cuarto ventrículo, aunque aún no se conoce el momento en el que secretan LCR por primera vez.

El cerebro anterior en desarrollo rodea el cordón neural. A medida que se desarrolla el prosencéfalo, el cordón neural dentro de él se convierte en un ventrículo, formando finalmente los ventrículos laterales. A lo largo de la superficie interna de ambos ventrículos, la pared ventricular permanece delgada y se desarrolla un plexo coroideo, que produce y libera LCR. LCR llena rápidamente el canal neural. Las vellosidades aracnoideas se forman alrededor de la semana 35 de desarrollo, con granulaciones aracnoideas observadas alrededor de la 39 y continúan desarrollándose hasta los 18 meses de edad.

El órgano subcomisural secreta SCO-spondin, que forma la fibra de Reissner dentro del LCR que ayuda al movimiento a través del acueducto cerebral. Está presente en la vida intrauterina temprana pero desaparece durante el desarrollo temprano.

Fisiología

Función

CSF sirve para varios propósitos:

1. Buoyancy: La masa real del cerebro humano es de aproximadamente 1400–1500 gramos; sin embargo, el peso neto del cerebro suspendido en el CSF es equivalente a una masa de 25-50 gramos. Por lo tanto, el cerebro existe en la buoyancia neutra, lo que permite al cerebro mantener su densidad sin verse perjudicado por su propio peso, lo que cortaría el suministro de sangre y mataría neuronas en las secciones inferiores sin CSF.
2. Protección: CSF protege el tejido cerebral de la lesión cuando se golpea o golpea, proporcionando un amortiguador líquido que actúa como absorbente de choque de algunas formas de lesión mecánica.
3. Prevención de isquemia cerebral: La prevención de la isquemia cerebral se ayuda disminuyendo la cantidad de CSF en el espacio limitado dentro del cráneo. Esto disminuye la presión intracraneal total y facilita la perfusión de sangre.
4. Homeostasis: CSF permite la regulación de la distribución de sustancias entre células del cerebro y factores neuroendocrinos, a los que pequeños cambios pueden causar problemas o daños al sistema nervioso. Por ejemplo, la concentración de glicina alta interrumpe el control de la temperatura y la presión arterial, y el pH CSF alto causa mareos y síncope.
5. Desechos de limpieza: CSF permite la eliminación de los productos de desperdicios del cerebro, y es crítico en el sistema linfático del cerebro, llamado sistema glifático. Los productos de desperdicios metabólicos difunden rápidamente en el CSF y se eliminan en el torrente sanguíneo a medida que se absorbe el CSF. Cuando esto va mal, CSF puede ser tóxico, como en la esclerosis lateral amiotrófica, la forma más común de enfermedad de la neurona motora.

Producción

Comparación del líquido serum y cefalorraquídeo

Sustancia	CSF	Suero
Contenido del agua (% wt)	99	93
Proteína (mg/dL)	35	7000
Glucose (mg/dL)	60	90
Osmolaridad (mOsm/L)	295	295
Sodio (mEq/L)	138	138
Potasio (mEq/L)	2.8	4.5
Calcio (mEq/L)	2.1	4.8
Magnesio (mEq/L)	2.0–2.5	1.7
Chloride (mEq/L)	119	102
p H	7.33	7.41

El cerebro produce aproximadamente 500 ml de líquido cefalorraquídeo al día, a un ritmo de unos 25 ml por hora. Este líquido transcelular se reabsorbe constantemente, por lo que solo hay 125-150 mL en un momento dado.

El volumen de LCR es mayor en ml por kg de peso corporal en niños que en adultos. Los lactantes tienen un volumen de LCR de 4 ml/kg, los niños tienen un volumen de LCR de 3 ml/kg y los adultos tienen un volumen de LCR de 1,5 a 2 ml/kg. Un volumen alto de LCR es la razón por la cual se necesita una dosis mayor de anestésico local, en ml/kg, en lactantes. Además, el mayor volumen de LCR puede ser una de las razones por las que los niños tienen tasas más bajas de cefalea posterior a la punción dural.

La mayor parte (entre dos tercios y el 80 %) del líquido cefalorraquídeo se produce en el plexo coroideo. El plexo coroideo es una red de vasos sanguíneos presentes en secciones de los cuatro ventrículos del cerebro. Está presente en todo el sistema ventricular excepto en el acueducto cerebral y las astas frontal y occipital de los ventrículos laterales. El LCR también es producido por la capa única de células ependimales en forma de columna que recubren los ventrículos; por el revestimiento que rodea el espacio subaracnoideo; y una pequeña cantidad directamente de los diminutos espacios que rodean los vasos sanguíneos alrededor del cerebro.

El LCR es producido por el plexo coroideo en dos pasos. En primer lugar, una forma filtrada de plasma se mueve desde los capilares fenestrados en el plexo coroideo hacia un espacio intersticial, con movimiento guiado por una diferencia de presión entre la sangre en los capilares y el líquido intersticial. Luego, este líquido debe pasar a través de las células epiteliales que recubren el plexo coroideo hacia los ventrículos, un proceso activo que requiere el transporte de sodio, potasio y cloruro que atrae agua al LCR creando presión osmótica. A diferencia de la sangre que pasa de los capilares al plexo coroideo, las células epiteliales que recubren el plexo coroideo contienen uniones estrechas entre las células, que actúan para evitar que la mayoría de las sustancias fluyan libremente hacia el LCR. Los cilios en las superficies apicales de las células ependimarias baten para ayudar a transportar el LCR.

El agua y el dióxido de carbono del líquido intersticial se difunden hacia las células epiteliales. Dentro de estas células, la anhidrasa carbónica convierte las sustancias en bicarbonato e iones de hidrógeno. Estos se intercambian por sodio y cloruro en la superficie celular frente al intersticio. Luego, el sodio, el cloruro, el bicarbonato y el potasio se secretan activamente en la luz ventricular. Esto crea presión osmótica y atrae agua al LCR, facilitado por las acuaporinas. El cloruro, con carga negativa, se mueve con el sodio cargado positivamente, para mantener la electroneutralidad. El potasio y el bicarbonato también se transportan fuera del LCR. Como resultado, el LCR contiene una mayor concentración de sodio y cloruro que el plasma sanguíneo, pero menos potasio, calcio, glucosa y proteínas. Los plexos coroideos también secretan factores de crecimiento, yodo, vitaminas B1, B12, C, ácido fólico, microglobulina beta-2, arginina vasopresina y óxido nítrico en el LCR. Un cotransportador de Na-K-Cl y Na/K ATPasa que se encuentran en la superficie del endotelio coroideo parecen jugar un papel en la regulación de la secreción y composición del LCR.

Orešković y Klarica plantean la hipótesis de que el LCR no es producido principalmente por el plexo coroideo, sino que se produce permanentemente dentro de todo el sistema del LCR, como consecuencia de la filtración de agua a través de las paredes capilares hacia el líquido intersticial del tejido cerebral circundante, regulado por AQP-4.

Existen variaciones circadianas en la secreción de LCR, y los mecanismos no se conocen por completo, pero pueden relacionarse con diferencias en la activación del sistema nervioso autónomo a lo largo del día.

El plexo coroideo del ventrículo lateral produce LCR a partir de la sangre arterial suministrada por la arteria coroidea anterior. En el cuarto ventrículo, el LCR se produce a partir de la sangre arterial de la arteria cerebelosa inferior anterior (ángulo pontocerebeloso y la parte adyacente del receso lateral), la arteria cerebelosa inferior posterior (techo y abertura mediana) y la arteria cerebelosa superior.

Reabsorción

El LCR regresa al sistema vascular al ingresar a los senos venosos durales a través de las granulaciones aracnoideas. Estas son evaginaciones de la aracnoides en los senos venosos alrededor del cerebro, con válvulas para asegurar el drenaje en un solo sentido. Esto ocurre debido a una diferencia de presión entre la aracnoides y los senos venosos. También se ha observado que el LCR drena hacia los vasos linfáticos, en particular los que rodean la nariz a través del drenaje a lo largo del nervio olfativo a través de la lámina cribosa. La vía y la extensión no se conocen actualmente, pero pueden involucrar el flujo de LCR a lo largo de algunos nervios craneales y ser más prominentes en el recién nacido. El LCR se renueva a un ritmo de tres a cuatro veces al día. También se ha visto que el LCR se reabsorbe a través de las vainas de los nervios craneales y espinales, ya través del epéndimo.

Regulación

La composición y la tasa de generación de LCR están influenciadas por las hormonas y el contenido y la presión de la sangre y el LCR. Por ejemplo, cuando la presión del LCR es más alta, hay menos diferencia de presión entre la sangre capilar en los plexos coroideos y el LCR, lo que disminuye la velocidad a la que los fluidos se mueven hacia el plexo coroideo y la generación de LCR. El sistema nervioso autónomo influye en la secreción de LCR del plexo coroideo, con la activación del sistema nervioso simpático disminuyendo la secreción y el sistema nervioso parasimpático aumentándola. Los cambios en el pH de la sangre pueden afectar la actividad de la anhidrasa carbónica y algunos fármacos (como la furosemida, que actúa sobre el cotransportador de Na-Cl) tienen el potencial de afectar los canales de membrana.

Importancia clínica

Presión

La presión del LCR, medida por punción lumbar, es de 10 a 18 cmH2O (8 a 15 mmHg o 1,1 a 2 kPa) con el paciente acostado de lado y de 20 a 30 cmH₂O (16–24 mmHg o 2,1–3,2 kPa) con el paciente sentado. En los recién nacidos, la presión del LCR varía de 8 a 10 cmH2O (4,4 a 7,3 mmHg o 0,78 a 0,98 kPa). La mayoría de las variaciones se deben a la tos oa la compresión interna de las venas yugulares en el cuello. Al acostarse, la presión del LCR estimada por punción lumbar es similar a la presión intracraneal.

La hidrocefalia es una acumulación anormal de LCR en los ventrículos del cerebro. La hidrocefalia puede ocurrir debido a la obstrucción del paso del LCR, como por una infección, lesión, masa o anomalía congénita. También puede ocurrir hidrocefalia sin obstrucción asociada con presión normal del LCR. Los síntomas pueden incluir problemas con la marcha y la coordinación, incontinencia urinaria, náuseas y vómitos, y deterioro progresivo de la cognición. En los bebés, la hidrocefalia puede causar agrandamiento de la cabeza, ya que los huesos del cráneo aún no se han fusionado, convulsiones, irritabilidad y somnolencia. Una tomografía computarizada o una resonancia magnética pueden revelar agrandamiento de uno o ambos ventrículos laterales, o masas o lesiones causales, y se puede usar una punción lumbar para demostrar y, en algunas circunstancias, aliviar la presión intracraneal alta. La hidrocefalia generalmente se trata mediante la inserción de una derivación, como una derivación ventrículo-peritoneal, que desvía el líquido a otra parte del cuerpo.

La hipertensión intracraneal idiopática es una afección de causa desconocida que se caracteriza por un aumento de la presión del LCR. Se asocia con dolores de cabeza, visión doble, dificultad para ver y un disco óptico inflamado. Puede ocurrir en asociación con el uso de vitamina A y antibióticos de tetraciclina, o sin ninguna causa identificable, particularmente en mujeres jóvenes obesas. El tratamiento puede incluir el cese de cualquier causa conocida, un inhibidor de la anhidrasa carbónica como la acetazolamida, drenaje repetido mediante punción lumbar o la inserción de una derivación, como una derivación ventriculoperitoneal.

Fuga de LCR

El líquido cefalorraquídeo puede filtrarse de la duramadre por diferentes causas, como un traumatismo físico o una punción lumbar, o por causas desconocidas cuando se denomina fuga espontánea de líquido cefalorraquídeo. Suele asociarse a hipotensión intracraneal: baja presión del LCR. Puede causar dolores de cabeza, que empeoran al pararse, moverse y toser, ya que la baja presión del LCR hace que el cerebro se "hunda". hacia abajo y ejercer presión sobre sus estructuras inferiores. Si se identifica una fuga, una prueba de transferrina beta-2 del líquido de la fuga, cuando es positiva, es altamente específica y sensible para la detección de fugas de LCR. Las imágenes médicas, como tomografías computarizadas y resonancias magnéticas, se pueden usar para investigar una supuesta fuga de LCR cuando no se encuentra una fuga obvia pero se identifica una presión baja de LCR. La cafeína, administrada por vía oral o intravenosa, a menudo ofrece alivio sintomático. El tratamiento de una fuga identificada puede incluir la inyección de sangre de una persona en el espacio epidural (un parche de sangre epidural), cirugía espinal o pegamento de fibrina.

Punción lumbar

El líquido cefalorraquídeo se puede analizar para el diagnóstico de una variedad de enfermedades neurológicas, generalmente obtenido mediante un procedimiento llamado punción lumbar. La punción lumbar se realiza en condiciones estériles mediante la inserción de una aguja en el espacio subaracnoideo, generalmente entre la tercera y cuarta vértebra lumbar. El LCR se extrae a través de la aguja y se analiza. Alrededor de un tercio de las personas experimenta dolor de cabeza después de la punción lumbar, y es común el dolor o la incomodidad en el sitio de entrada de la aguja. Las complicaciones más raras pueden incluir hematomas, meningitis o fuga continua de LCR posterior a la punción lumbar.

Las pruebas a menudo incluyen observar el color del líquido, medir la presión del LCR y contar e identificar los glóbulos blancos y rojos dentro del líquido; medir los niveles de proteína y glucosa; y cultivar el fluido. La presencia de glóbulos rojos y xantocromía puede indicar hemorragia subaracnoidea; mientras que las infecciones del sistema nervioso central, como la meningitis, pueden estar indicadas por niveles elevados de glóbulos blancos. Un cultivo de LCR puede revelar el microorganismo que ha causado la infección, o se puede usar PCR para identificar una causa viral. Las investigaciones sobre el tipo total y la naturaleza de las proteínas revelan que apuntan a enfermedades específicas, que incluyen esclerosis múltiple, síndromes paraneoplásicos, lupus eritematoso sistémico, neurosarcoidosis, angeítis cerebral; y se pueden analizar anticuerpos específicos como la acuaporina-4 para ayudar en el diagnóstico de enfermedades autoinmunes. Una punción lumbar que drena LCR también se puede usar como parte del tratamiento para algunas afecciones, incluida la hipertensión intracraneal idiopática y la hidrocefalia de presión normal.

También se puede realizar una punción lumbar para medir la presión intracraneal, que puede estar aumentada en ciertos tipos de hidrocefalia. Sin embargo, nunca se debe realizar una punción lumbar si se sospecha un aumento de la presión intracraneal debido a ciertas situaciones, como un tumor, porque puede conducir a una hernia cerebral fatal.

Anestesia y quimioterapia

Algunos anestésicos y quimioterapia se inyectan por vía intratecal en el espacio subaracnoideo, donde se esparcen por el LCR, lo que significa que las sustancias que no pueden cruzar la barrera hematoencefálica aún pueden estar activas en todo el sistema nervioso central. La baricidad se refiere a la densidad de una sustancia en comparación con la densidad del líquido cefalorraquídeo humano y se utiliza en la anestesia regional para determinar la forma en que un fármaco en particular se propagará en el espacio intratecal.

Historia

Se ha leído que varios comentarios de médicos antiguos se refieren al LCR. Hipócrates discutió "agua" que rodea el cerebro al describir la hidrocefalia congénita, y Galen se refirió a "líquido excremental" en los ventrículos del cerebro, que creía que se purgaba por la nariz. Pero durante unos 16 siglos intermedios de estudio anatómico en curso, el LCR no se mencionó en la literatura. Esto quizás se deba a la técnica de autopsia predominante, que implicaba cortar la cabeza, eliminando así la evidencia de LCR antes de examinar el cerebro.

El redescubrimiento moderno de la LCR se atribuye a Emanuel Swedenborg. En un manuscrito escrito entre 1741 y 1744, inédito durante su vida, Swedenborg se refirió al LCR como "linfa espiritual" secretada desde el techo del cuarto ventrículo hasta el bulbo raquídeo y la médula espinal. Este manuscrito finalmente se publicó traducido en 1887.

Albrecht von Haller, médico y fisiólogo suizo, anotó en su libro de fisiología de 1747 que el "agua" en el cerebro se secretaba en los ventrículos y se absorbía en las venas, y cuando se secretaba en exceso, podía provocar hidrocefalia. François Magendie estudió las propiedades del LCR por vivisección. Descubrió el foramen Magendie, la abertura en el techo del cuarto ventrículo, pero creyó erróneamente que el LCR era secretado por la piamadre.

Thomas Willis (conocido como el descubridor del círculo de Willis) señaló el hecho de que la consistencia del LCR está alterada en la meningitis. En 1869, Gustav Schwalbe propuso que el drenaje del LCR podría ocurrir a través de los vasos linfáticos.

En 1891, W. Essex Wynter comenzó a tratar la meningitis tuberculosa extrayendo LCR del espacio subaracnoideo, y Heinrich Quincke comenzó a popularizar la punción lumbar, que defendía tanto con fines diagnósticos como terapéuticos. En 1912, el neurólogo William Mestrezat dio la primera descripción precisa de la composición química del LCR. En 1914, Harvey W. Cushing publicó pruebas concluyentes de que el LCR es secretado por el plexo coroideo.

Otros animales

Durante la filogénesis, el LCR está presente dentro del neuroeje antes de que circule. El LCR de los peces Teleostei está contenido dentro de los ventrículos del cerebro, pero no en un espacio subaracnoideo inexistente. En los mamíferos, donde está presente un espacio subaracnoideo, el LCR está presente en él. La absorción de LCR se observa en amniotas y especies más complejas, y a medida que las especies se vuelven progresivamente más complejas, el sistema de absorción se mejora progresivamente y el papel de las venas epidurales espinales en la absorción juega un papel cada vez más pequeño.

La cantidad de líquido cefalorraquídeo varía según el tamaño y la especie. En humanos y otros mamíferos, el líquido cefalorraquídeo, producido, circulado y reabsorbido de manera similar a los humanos y con una función similar, se renueva a un ritmo de 3 a 5 veces al día. Los problemas con la circulación del LCR que conducen a la hidrocefalia ocurren en otros animales.