ANATOMÍA, FISIOLOGÍA Y COMPOSICIÓN ANATOMÍA, FISIOLOGÍA Y COMPOSICIÓN DEL LCRDEL LCR

Prof. Agdo Dr. Carlos OehningerProf. Agdo Dr. Carlos Oehninger

CÁTEDRA DE NEUROLOGÍACÁTEDRA DE NEUROLOGÍAINSTITUTO DE NEUROLOGÍAINSTITUTO DE NEUROLOGÍA

SEMINARIO DE VERANOSEMINARIO DE VERANODIAGNÓSTICO DE LAS ENFERMEDADES DIAGNÓSTICO DE LAS ENFERMEDADES

NEUROLÓGICAS POR LCRNEUROLÓGICAS POR LCR

COORDINADORESCOORDINADORESPROF. DR. R. SALAMANOPROF. DR. R. SALAMANO

y PROF. AGDO DR. C. OEHNINGERy PROF. AGDO DR. C. OEHNINGER17 Febrero 201117 Febrero 2011

 1: posterior medullary velum  2: Choroid plexus  3: Cisterna cerebellodellaris of

subarachnoid cavity  4: Central canal  5: Corpora quadrigemina  6: Cerebral peduncle  7: Anterior medullary velum  8: Ependymal lining of ventricle 9: Cisterna pontis of subarachnoid cavity : Flow of cerebrospinal fluid (CSF)

through foramen of Magendie

Human brain left - midsagitttal view - closeup

1.Corpus callosum, Rostrum 2.Corpus callosum, Genu 3.Corpus callosum, Corpus 4.Corpus callosum, Splenium 5.Septum pellucidum 6.Epiphyse 7.Recessus pinealis 8.Plexus choroideus8.Plexus choroideus 9.Foramen intervetriculare 10.Comissura anterior 11.Recessus supraopticus 12.Recessus infundibuli 13.Infundibulum 14.Aqaeduct 15.Ventriculus quartus 16.Adhaesio interthalamica

PRODUCCIÓN de LCR

SISTEMA PLEXOS COROIDEOS-LCR

CIRCULACIÓN LCR

LCRLCR LCRLCR.1ª denominación “brain water” (2700AC .1ª denominación “brain water” (2700AC Imperio Antiguo, Imperio Antiguo, papiros quirúrgicos de Edwin)papiros quirúrgicos de Edwin). A Versalius (1540) “waterlike fluid” 1/6 . A Versalius (1540) “waterlike fluid” 1/6 TBVTBV

CP - CSFCP - CSF. fact tróficos. fact angiogénicos. carriers. aminoácidos, proteínas, hormonas

(leptina, prolactina). nucleósidos, hexosas, etc

homeostasis desarrollo reparación yneuroprotección

PC - LCRPC - LCR PC - LCRPC - LCR.PC Formación 4º V Laterales 3º . secuencia uniforme en mamíferos. momento precoz en la gestación (1/2 del embarazo)

. Tubo Neural se llena antes de que se formen los PCTubo Neural se llena antes de que se formen los PC(¿síntesis pre PC?)

. Síntesis de LCR Síntesis de LCR aumenta con la ontogénesis

. Genera y mantiene presión hidrostática intraventricular Genera y mantiene presión hidrostática intraventricular desarrollo del SNC

. “Nourrishing” del cerebro en vías de desarrollo

. “Nursery” del desarrollo y guía del axón en crecimiento

LCR. Fluído dinámico. Fluído dinámico. Activo metabólicamente. Activo metabólicamente. Invalorable en diagnóstico . Invalorable en diagnóstico . Transporta biomoléculas. Transporta biomoléculas. Remueve metabolitos (CO2, Lactato). Remueve metabolitos (CO2, Lactato). 140-270 ml de fluido (CB, ESA, médula). 140-270 ml de fluido (CB, ESA, médula) . 0.35 ml/minuto/g. 0.35 ml/minuto/g . Removido “turn over” cada 5-7 hs (24 hs aprox.600ml) . Removido “turn over” cada 5-7 hs (24 hs aprox.600ml) . Aspecto: límpido (agua de roca), incoloro. Aspecto: límpido (agua de roca), incoloro. Presión < 18 cm H2O; < 15 mm Hg. Presión < 18 cm H2O; < 15 mm Hg. Viscosidad: 1.020-1027. Viscosidad: 1.020-1027. pH: 7.3. pH: 7.3. Acido láctico: 19 mg/dl (1.1 – 2.2 mmol/L). Acido láctico: 19 mg/dl (1.1 – 2.2 mmol/L). pO2: 30 mm/Hg; pCO2: 46 mm Hg; Bicarbonato: 22 mEq/L) . pO2: 30 mm/Hg; pCO2: 46 mm Hg; Bicarbonato: 22 mEq/L) . Proteínas totales: 40 mg/100 ml. Proteínas totales: 40 mg/100 ml. Gamaglobulinas: 2.1 mg/100ml. Gamaglobulinas: 2.1 mg/100ml. Mucoproteínas: 4.9 mg/100 ml. Mucoproteínas: 4.9 mg/100 ml. Glucosa: 2/3 de la Glicemia. Glucosa: 2/3 de la Glicemia. Celularidad: 0 – 5 células / cm3 . Celularidad: 0 – 5 células / cm3

inflamacióninfeccióninmuno-reacciónHSA (TAC (-))metástasis leptomeníngeas

Plexos coroideosPlexos coroideosFluido intersticialFluido intersticialLCR deriva deLCR deriva de

LCR: en condiciones patológicas LCR: en condiciones patológicas existen otras fuentesexisten otras fuentes

MeningesMeningesRaíces dorsalesRaíces dorsalesCélulas del LCRCélulas del LCRCélulas Células cerebralescerebrales

B CSF B(s)B CSF B(s) Fluidos característicos con diferentes Fluidos característicos con diferentes proteínas proteínas (s/t por tamaño)(s/t por tamaño)

Luego se mezclan en función Luego se mezclan en función flujo LCRflujo LCR

Flujo LCR lento Flujo LCR lento casi estático en casi estático en relación al flujo relación al flujo sanguíneosanguíneo

LCR se renueva 4 veces/día cada 6 hsLCR se renueva 4 veces/día cada 6 hsCorazón se contrae 1 vez/segundoCorazón se contrae 1 vez/segundoLCR 0.3ml/m ≠ 50ml/s flujo sanguíneoLCR 0.3ml/m ≠ 50ml/s flujo sanguíneoVolumen LCR circulado <<< volumen sanguíneo Volumen LCR circulado <<< volumen sanguíneo desplazadodesplazadoLCR circula 500 veces más lento que sangreLCR circula 500 veces más lento que sangre

.en cerebro: proteínas .en cerebro: proteínas LCR (a partir SB) LCR (a partir SB) LCR LCR lumbarlumbar. en médula espinal: SB en superficie . en médula espinal: SB en superficie SG en profundidadSG en profundidad

Aún más lento en Aún más lento en Saco lumbar Saco lumbar (dead end)(dead end)

Proteinas O, A y Proteinas O, A y MM

Proteinorraquia es 300% más elevada en LCR lumbar que Proteinorraquia es 300% más elevada en LCR lumbar que en LCR Ventricularen LCR Ventricular

Plexos CoroideosPlexos Coroideos: fluido rico en preAb : fluido rico en preAb (transtiretina)(transtiretina)Fluido Intersticial Fluido Intersticial rico en Ab, IgG y otras rico en Ab, IgG y otras proteínasproteínasLCR: su secreción disminuye con la edadLCR: su secreción disminuye con la edad

LCR: la proteinorraquia y Albúmina aumentan LCR: la proteinorraquia y Albúmina aumentan con la edadcon la edadDramáticas diferencias entre Velocidad del Dramáticas diferencias entre Velocidad del flujo sanguíneo y la velocidad del flujo del flujo sanguíneo y la velocidad del flujo del LCRLCR

Recordar que:Recordar que:LCR nuevo se produce cada 6 horas mientras que la LCR nuevo se produce cada 6 horas mientras que la sangre es bombeada a través del cerébro a sólo 6 sangre es bombeada a través del cerébro a sólo 6 segundos o 6 latidos cardíacossegundos o 6 latidos cardíacos

Rango LCR Suero1 Albúmina Albúmina2 Beta trazadora

(10 veces menos)IgG (3 veces menos)

3 IgG Beta lipoproteína

4 Prealbúmina Alfalipoproteína

5 Transferrina Fibrinógeno6 Alfa-1-antitripsina Transferrina

7 Apo-E-lipoproteína Alfa-1-antitripsina

8 Gamma trazadora Alfa-2-macroglobulina

Rango comparativo en orden de las ppales proteínas LCR/ Rango comparativo en orden de las ppales proteínas LCR/ en relación con el suero y en orden de cantidades decrecientesen relación con el suero y en orden de cantidades decrecientes

Proteínas del LCR con el mayor % de transferencia desde el sueroProteínas del LCR con el mayor % de transferencia desde el sueroProteinasProteinas % transfer.% transfer. Peso Mol Peso Mol

(kD)(kD)CargaCarga

Beta-2-microglobulina Beta-2-microglobulina (cerebro)(cerebro)

8888 1212 NeutraNeutra

LisozimaLisozima(polimorfos)(polimorfos)

77 1414 Muy básicaMuy básica

Prealbúmina (PC) Prealbúmina (PC) 66 6161 Muy ácidaMuy ácidaAlbúmina (hígado)Albúmina (hígado) 0.50.5 6969 NeutraNeutra

Comparación (menor Comparación (menor %%

transferenciatransferencia))

(PM ↑)(PM ↑)

Beta lipoproteínaBeta lipoproteína 0.010.01 22002200 NeutraNeutraIgMIgM 0.020.02 800800 NeutraNeutra

FibrinógenoFibrinógeno 0.020.02 340340 NeutraNeutra

Proteínas del LCR agrupadas de acuerdo al % de transferenciaProteínas del LCR agrupadas de acuerdo al % de transferencia

500% aproxSíntesis intratecal primaria

Beta trazadoraGama trazadoraProteína Tau (beta transf)Proteína Básica MielinaProteína acídica glial fibrilarS100

100% aproxSíntesis intratecal similar a

síntesis sistémica

Beta-2-microglobulinaEnolasa (gamma)Antígeno-D-2 (N-CAM proteína)Productos degradación fibrinógeno

10 – 1 % Síntesis intratecal parcial

Prealbúmina (transtiretina)LisozimaProteína Eosinofílica CatiónicaComplemento C9LactoferrinaFerritinaApo-E-lipoproteína< 1%

ppalmente filtración plasmática(resto de las proteínas)

Composición proteica LCRComposición proteica LCRComposición proteica LCRComposición proteica LCR

1. Relativamente 1. Relativamente exclusión exclusión selectiva de las selectiva de las moléculas más grandes (ò > P.M) durante la moléculas más grandes (ò > P.M) durante la producción del LCR a partir del plasmaproducción del LCR a partir del plasma

2. Liberación local de otras proteínas cerebrales 2. Liberación local de otras proteínas cerebrales en un compartimento del LCR en un compartimento del LCR mucho menormucho menor (o pool (o pool ≈≈ 125 – 140 ml) 125 – 140 ml) Se Se diluyendiluyen en el plasma (3000 ml) en el plasma (3000 ml) 25 veces 25 veces

* Ed Thompson 2005

* Ed Thompson 2005

Proteínas del LCR con un amplio rango de tamaño y cargaProteínas del LCR con un amplio rango de tamaño y carga

Proteínas del LCR que difieren de su contraparte séricaProteínas del LCR que difieren de su contraparte séricaProteínaProteína VariaciónVariación

PrealbúminaPrealbúmina Estímulo (“spur”) Estímulo (“spur”) anormalanormal

TauTau Acido siálico removidoAcido siálico removidoIgGIgG Fragmentos y agregadosFragmentos y agregados

IgMIgM > Nº de monómeros> Nº de monómerosHaptoglobinaHaptoglobina < Nº de polímeros< Nº de polímerosAlfa-1-antitripsinaAlfa-1-antitripsina Diferente patrón de Diferente patrón de

punto isoeléctricopunto isoeléctricoAlfa-2-macroglobulinaAlfa-2-macroglobulina Diferente patrón de Diferente patrón de

punto isoeléctricopunto isoeléctricoGlobulina fijadora de Globulina fijadora de retinolretinol

No unida a prealbúminaNo unida a prealbúmina

FibrinógenoFibrinógeno Sin EDTA ¿se fragmenta?Sin EDTA ¿se fragmenta?* Ed Thompson 2005

Proteínas del LCR – Rostro

* Ed Thompson 2005

Proteínas del LCR – FUNCIÓN BIOLÓGICAProteínas del LCR – FUNCIÓN BIOLÓGICA

* Ed Thompson 2005

Bases anatómicas para clasificacion: diferentes fuentes de proteínas de LCR

* Ed Thompson 2005

Cadenas livianas Kappa y Lambda libres

Valor Normal Media

Cadenas livianas libres Kppa en sangre 200 – 400 mg/dl

media 320

Cadenas livianas libres Lambda en sangre 100 – 200 mg/dl

media 320

Cadenas livianas libres Kappa en LCR 60 ± 5 mg/dl

media 60

Cadenas livianas libres Lambda en LCR 30 ± 5 mg/dl

media 30

K K LCRLCR / Ab / Ab LCRLCR

Índice Kappa =Índice Kappa =______________________________________________

K s / Ab sK s / Ab s

IgG IgG LCRLCR / Ab / Ab LCRLCR

Índice IgG =Índice IgG =______________________________________________

IgG s / Ab sIgG s / Ab s Sensibilidad: 0.96Sensibilidad: 0.96

Especificidad: 0.86Especificidad: 0.86Sensibilidad: 0.80Sensibilidad: 0.80Especificidad: 0.77Especificidad: 0.77

Transporte de Glucosa

. Cerebro : 18% de energía corporal total (2% peso corporal total). Cerebro : 18% de energía corporal total (2% peso corporal total)

. No puede almacenar glucosa para síntesis de energía. No puede almacenar glucosa para síntesis de energía

BBBBBB rol fundamental en suplemento glucosarol fundamental en suplemento glucosa

Transportadores específicos:Transportadores específicos:2 tipos: 2 tipos: 1)1) SGLT sodio dependientes ó secundariamente activosSGLT sodio dependientes ó secundariamente activos2)2) GLUT sodio independientes o facilitadores GLUT sodio independientes o facilitadores

No requieren energíaNo requieren energía. Ubicados en polo basal y luminal de membrana de células endoteliales. Ubicados en polo basal y luminal de membrana de células endoteliales. No pueden movilizar glucosa en contra de gradiente de concentración. No pueden movilizar glucosa en contra de gradiente de concentración. Flujo neto proporcional a la [c] > glucosa en plasma que en cerebro ó LCR. Flujo neto proporcional a la [c] > glucosa en plasma que en cerebro ó LCR

Migración transendotelial de leucocitos a través de la BBBMigración transendotelial de leucocitos a través de la BBB(T --- B, monocitos, polimorfos) (T --- B, monocitos, polimorfos)

Ruta transendotelial Ruta transendotelial pore-like regions o ruta “parajunctional” lateral pore-like regions o ruta “parajunctional” lateralRuta transendotelial Ruta transendotelial pore-like regions o ruta “parajunctional” lateral pore-like regions o ruta “parajunctional” lateral

EtapasEtapas Moléculas que intervienenMoléculas que intervienen

Adhiriendo y pegando Adhiriendo y pegando (tethering/rolling)(tethering/rolling)

PSGL-1/P-selectinaPSGL-1/P-selectina

Adhesión firmeAdhesión firme LFA-1/ICAM-1, VLA-4/VCAM-LFA-1/ICAM-1, VLA-4/VCAM-11

Activación de Activación de IntegrinasIntegrinas

CCR2/CCL2, CXCR3/CXL10, CCR2/CCL2, CXCR3/CXL10, CCR5/CCL5CCR5/CCL5

Degradación de la Degradación de la matriz extracelularmatriz extracelular

MMP-9MMP-9

* CSF in Clinical practice. Irani D, 2009

Mayoría provienen del suero (80%)20% derivadas del SNC (autóctonas no específicas): Plexos Coroideos (15%)

Parénquima (5%) FI (extra-PC)

BBB = BHE. A través pinocitosis BCB. En células de capilares endoteliales. A través de barrera epitelial PC

. PLCR/PS Tamaño ≈ PM φ (carga eléctrica)

. Abandonan LCR vellosidades aracnoideas - reabsorción-

PROTEINAS LCRPROTEINAS LCR

PROTEINAS PROTEINAS LCRLCR

. [C] neta de proteínas en suero es 200 veces > . [C] neta de proteínas en suero es 200 veces > LCRLCR 7.0 g/dl versus 35 mg/dl 7.0 g/dl versus 35 mg/dl ↓ ↓ V de eflujo 200 veces > que influjo o sea 0.5% V de eflujo 200 veces > que influjo o sea 0.5% del total de proteínas se transfiere del suero al del total de proteínas se transfiere del suero al LCRLCR. Llega a un equilibrio estacionario luego de . Llega a un equilibrio estacionario luego de tiempo variable tiempo variable ↓ ↓ Proteínas que tienen [C] LCR > 0.5%a 1% de [C] Proteínas que tienen [C] LCR > 0.5%a 1% de [C] sérica sérica sufren cierto grado de síntesis local sufren cierto grado de síntesis local dentro del SNCdentro del SNCLCR no es un ultrafiltrado del plasma sino un LCR no es un ultrafiltrado del plasma sino un fluido “hijo”fluido “hijo”

. Tamaño (P.Mol)

. Liposolubilidad

. Carga ( )

TRANSPORTE A TRAVES BBB = BHEBCB

. P Fisicoquímicas

. Presencia o ausencia de transportador específico. Presencia o ausencia de transportador específico

. a) transcelular (agentes lipofílicos)

. b) transporte carrier-mediado (AA neutros grandes y glucosa). c) paracelular (agentes hidrosolubles). d) endocitosis mediada por receptor específico (insulina y transferrina). e) endocitosis adsortiva (proteínas catiónicas como albúmina). f) bomba de eflujo para extraer drogas del LCR (“multidrug resistant proteins” MDRP)

MECANISMOS DE MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSPORTE

. Difusión facilitada (shuttle) . Pasivo (independiente de energía) . A favor de gradiente [C] (Hexosas y AA)

. Transporte activo. Req.energía. Acoplado a cotransporte

- de > [C] a < [C]

a

b

c

. Endocitosis (Pinocitosis) . Bulk “captación no específica de fluido extracelular . RME (captación selectiva de macromoléculas) . AMT (absorptive mediated transport) . Atracción electrostática (péptidos y AA)

d . Eflujo mediado por transportadores (“carriers”)

Secreción del LCR

. Se segrega en forma . Se segrega en forma

. Control . Control autonómico autonómico (B2 adrenérgico) (B2 adrenérgico) . inervación simpática de PC ↓. inervación simpática de PC ↓ . inhibe en forma tónica la producción ↓. inhibe en forma tónica la producción ↓ . independiente del . independiente del φφ sanguíneo sanguíneo

LentaContinua – circadiana0.27 ml/minuto/gLimitante: flujo vascular

Flujo y resorción (reabsorción) del LCR

. PC . PC fluye de manera uniforme desde CSupraV a ESA fluye de manera uniforme desde CSupraV a ESA (cerebro y médula) (cerebro y médula) para ser reabsorbido en las granulaciones aracnoideaspara ser reabsorbido en las granulaciones aracnoideas

. . Flujo Pulsátil y bidireccionalFlujo Pulsátil y bidireccional (más que laminar) (más que laminar)

. RMI . RMI Flujo pulsátil s/t en regiones estrechas (acueducto, Flujo pulsátil s/t en regiones estrechas (acueducto, foramen magnum, médula espinal)foramen magnum, médula espinal). Flujo . Flujo depende de la secreción y motilidad de las depende de la secreción y motilidad de las ciliascilias ependimariasependimarias. LCR no iría a un único sitio para su reabsorción. LCR no iría a un único sitio para su reabsorción

Resorción (reabsorción) del LCR

Producción (complejo, controlado y especializado)

Reabsorción (simple, fisiológicamente controlado, no regulado)

≠

Vellosidades aracnoideas

Flujo del LCR hacia sangre venosaSentido unidireccionalValvas unidireccionalesEstímulo presión hidrostática

Rutas o vías alternativas de reabsorción

. PC drenaje linfático

. Pares craneanos (VIII, II, I)

. Raíces espinales

Funciones biológicas del LCR1. Permite expansión del cerebro durante la ontogenia

.Cerebro “flota” en LCR y pasa de 1500g a 50g.

.Protección mecánica: escudo y amortiguador contra trauma externo y de base de cráneo.Protección contra variaciones súbitas PIC: Munro-Kellie VIT = V Cerebro + Sangre I/C + V LCR

2. Función de Protección

3. Remoción de Metabolitos . CO2 lactato hidrogeniones, etc

4. Distribución y transporte de sustancias biológicamente activas

. Nutrientes a través del cerebro

5. Función inmune humoral y celular

a. Amplificación de la respuesta inmune (Igs, complemento, inter-leukinas, kemoquinas, células inmunocompetentes)

b. Interfase entre SN y SI

. Proteinorraquia < 0.5 de proteinemia . exclusivamente a partir del plasma (Albúmina) . primariamente a partir del plasma (S-ICAM) . primariamente a partir de PC (transtyretina o preAb) TTR . primariamente a partir de Parénquima Cerebral (Tau)

Proteínas LCR

Fracción principal a partir del plasma (80%)

. [CSF/plasma] = ↑ PD SNC (autóctonas)

. [CSF/plasma] = ↓ PD del plasma

* PD SNC: proteínas derivadas del Sistema Nervioso Central

. ↑ PD SNC (99%)

. ↓ PD del plasma (<0.1%)

Fracción intratecal (FI)

Línea característica de la BHE según Felgenhauer. Se observan los índices de concentración de LCR/suero “inmóviles” en relación al radio molecular hidrodinámico (Felgenhauer & Beuche, 1999)

Felgenhauer 1999, Rieckmann et al. 1997)

Bases y mecanismos fisiopatológicos en LCR

* Ed Thompson 2005

1. Disminución flujo LCR1. Disminución flujo LCR . Disminución producción (alcoholismo - aumento Beta-2-Tau) . Prod.normal Obstrucción: ausente (Jakob-Creutzfeldt) aumento Tau (secundario degeneración sin compresión)

Obstrucción: presente . Difusa (hidrocéfalo comunicante?) . Sitio determinado

.Intermitente (prolapso discal) Aumento Tau (compresión produce degeneración?).Completa por encima (hidrocéfalo no comunicante) (aumento de pre-albúmina coroide) por debajo (S Froin) ↓prealbúmina (fluido intersticial)2. Neurodegeneración – aumento Tau2. Neurodegeneración – aumento Tau3. Trasudado3. Trasudado .No inflamatoria (o mínimamente inflamatorio) Mínima (↑ Peso mol. Inflamac.local) Máxima: franca (Tau) .Inflamatoria Ppalmente aguda: Aumento orosomucoide Ppalmente crónica: Gamma 4-5 difusa (policlonal)4. Inmunogénico (oligoclonal)4. Inmunogénico (oligoclonal) .Primariamente dentro SNC Gamma-4-gamma-5 (sero-negativa) .Primariamente fuera SNC: gamma-4-gamma-5 (sero-positiva)5. Paraproteína (monoclonal)5. Paraproteína (monoclonal) . Primariamente dentro SNC: (sero-negativa) Linfoma SNC . Primariamente fuera SNC: (sero-positiva) ¿Mieloma o benigna? . Primariamente fuera pero 2ªriamente dentro(mieloma). Ej.LCR>suero = terapia intrat.6. Hemico (sin barrera)6. Hemico (sin barrera) . PL traumática: disminución número glóbulos rojos en tubos 1-3 . Stroke: sin cambios de glóbulos rojos en tubos 1-3 . Monocítico: Proteína C-reactiva

Muchas gracias