Investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera y miembros del grupo de investigación de Mecánica de Fluidos de Jaén (TEP235), de la Universidad de Jaén, han realizado un estudio, junto con investigadores de la Universidad de California en San Diego (UCSD) y de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW) en EEUU, que ha permitido comprender cómo se establece el movimiento del líquido cefalorraquídeo (LCR) a través del espacio subaracnoideo de la médula espinal.

Cándido Gutiérrez (i) y Carlos Martínez, junto al modelo in vitro utilizado para el estudio.

El estudio es un trabajo colaborativo de los investigadores Carlos Martínez Bazán y Cándido Gutiérrez Montes, con un grupo de investigadores de los departamentos de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y de Radiología de la UCSD y del  departamento de Radiología de la UW. Se trata de un trabajo multidisciplinar en el que han participado ingenieros y neuroradiólogos con el objeto común de llegar a desvelar los mecanismos físicos que regulan el movimiento del líquido cefalorraquídeo en la medula espinal, “que ha sido objeto de controversia en los últimos 70 años”, como señalan los investigadores de la UJA.

Carlos Martínez y Cándido Gutiérrez señalan que desde 1964, imágenes de escáner inicialmente y de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) después, han permitido observar que existe una migración hacia abajo, a lo largo del canal espinal, de partículas trazadoras inyectadas en los ventrículos cerebrales, mientras que también han mostraron un flujo ascendente de las mismas en la región lumbar del canal. “Estas observaciones han sido la base para la hipótesis de la existencia de un mecanismo activo de circulación asociado con el transporte de líquido cefalorraquídeo (LCR) hacia el interior del canal espinal, que devuelve posteriormente una  porción a la  bóveda craneal”, afirma Carlos Martínez.  Sin embargo, hasta la fecha no se disponía de una explicación física del mismo, responsable del establecimiento de dicho movimiento de recirculación. “Comprender el mecanismo que regula este movimiento del LCR en la columna vertebral tiene importantes implicaciones en la optimización de los sistemas de liberación dirigida en el espacio intracraneal (inyecciones en el LCR alrededor de la médula espinal) y en la mejora de la comprensión actual de la etiología de una gran clase de enfermedades neurológicas”, asegura el investigador de la UJA.

El estudio realizado ha permitido caracterizar el movimiento del LCR teniendo en cuenta la particularidad de que el canal espinal es elongado y que las paredes que lo confinan en el interior del espacio subaracnoideo de la médula espinal (“dura matter”) son elásticas. Así, el movimiento pulsátil en los ventrículos cerebrales, inducen un desplazamiento periódico del tejido blando que recubre la “membrana dura”, lo cual genera un movimiento de recirculación neto, denominado “steady streaming”, del LCR a lo largo del canal espinal. “La velocidad característica de este movimiento es de unos dos órdenes de magnitud menor que el movimiento oscilatorio, cuyo flujo neto es nulo, y explica las observaciones y mediciones radiológicas que muestran el transporte de partículas por el canal espinal”, comenta Cándido Gutiérrez.

Esquema de la anatomía de la cavidad craneal y el canal espinal.

El trabajo ha sido publicado en Journal of Fluid Mechanics , revista científica multidisciplinar de impacto del grupo editorial Cambridge University Press. Como siguiente paso, los investigadores pretenden desarrollar modelos que permitan determinar el tiempo que tardan en ascender hasta los ventrículos de la cavidad cerebral partículas trazadoras inyectadas en la medula espinal de cada paciente, lo que permitirá personalizar el tratamiento de cada paciente a partir de imágenes de la geometría de su médula espinal. En concreto, la administración de medicamentos vía intratecal es comúnmente utilizada en el tratamiento de la espasticidad (baclofeno), dolor postoperatorio (ketamina, clonidina), control de la hiperreflexia de la vejiga, dolor neuropático y, sobre todo, en cancinomatosis meníngea y quimioterapia para el cáncer. “Los resultados de la investigación permitirán determinar el tiempo exacto de actuación de un medicamento o la dosis necesaria del mismo. Esto evitará riesgos de sobredosis, como por ejemplo daño agudo de los nervios o daño crónico del nervio subclínico en caso de anestesia, o consecuencias de dosificación insuficiente, que afecta hasta un 30% de pacientes de quimioterapia. Además, este hallazgo abre las puertas al estudio, comprensión y desarrollo de estrategias y procedimientos más adecuados en trastornos asociados como pueden ser las malformaciones de Chiari o la hidrocefalia”, indican.

En la investigación han participado, junto a los investigadores de la UJA: Antonio Sánchez, Juan C. Lasheras, Ernesto Criado y Geno Pawlak (Departamento de Ingeniería Mecánica y Aerospacial de la Universidad de California en San Diego); William Bradley (Departamento de Radiología de la Universidad de California en San Diego), y Victor Haughton (Departamento de Radiología de la Universidad de Wisconsin). La misma pone de manifiesto la importancia de la colaboración de equipos multidisciplinares compuestos por investigadores de distintos ámbitos de la ciencia como ingenieros, físicos, matemáticos, neuoradiólogos, etc., “que resulta fundamental para conseguir avances significativos en la compresión de problemas relevantes para la sociedad”, destacan.