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Neuromodulación

La neuromodulación es el proceso fisiológico mediante el cual una neurona utiliza una o más sustancias químicas para regular diversas poblaciones de neuronas. Los neuromodulador...

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La neuromodulación es el proceso fisiológico mediante el cual una neurona utiliza una o más sustancias químicas para regular diversas poblaciones de neuronas. Los neuromoduladores suelen unirse a receptores metabotrópicos acoplados a proteínas G (GPCR) para iniciar una cascada de señalización de segundos mensajeros que induce una señal amplia y duradera. Esta modulación puede durar desde cientos de milisegundos hasta varios minutos. Algunos de los efectos de los neuromoduladores incluyen la alteración de la actividad de disparo intrínseca, [ 1 ] el aumento o la disminución de las corrientes dependientes de voltaje, [ 2 ] la alteración de la eficacia sináptica, el aumento de la actividad de descarga en ráfagas [ 2 ] y la reconfiguración de la conectividad sináptica. [ 3 ]

Ilustración del cerebro y la médula espinal conectados a un músculo, que muestra la conexión entre el sistema nervioso central y el periférico.

Los principales neuromoduladores del sistema nervioso central incluyen: dopamina , serotonina , acetilcolina , histamina , norepinefrina , óxido nítrico y varios neuropéptidos . Los cannabinoides también pueden ser potentes neuromoduladores del SNC. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Los neuromoduladores pueden ser empaquetados en vesículas y liberados por las neuronas, secretados como hormonas y transportados a través del sistema circulatorio. [ 7 ] Un neuromodulador puede conceptualizarse como un neurotransmisor que no es reabsorbido por la neurona presináptica ni degradado en un metabolito. Algunos neuromoduladores terminan pasando una cantidad significativa de tiempo en el líquido cefalorraquídeo (LCR), influyendo (o "modulando") la actividad de varias otras neuronas en el cerebro . [ 8 ]

Sistemas neuromoduladores

Los principales sistemas de neurotransmisores son el sistema noradrenérgico (norepinefrina), el sistema dopaminérgico , el sistema serotoninérgico y el sistema colinérgico . Los fármacos que actúan sobre los neurotransmisores de estos sistemas afectan a todo el organismo, lo que explica el mecanismo de acción de muchos de ellos.

Por otro lado, la mayoría de los demás neurotransmisores, como el glutamato , el GABA y la glicina , se utilizan de forma muy generalizada en todo el sistema nervioso central.

Sistema de noradrenalina

Diagrama de fórmulas esqueléticas de la noradrenalina

El sistema de noradrenalina consta de aproximadamente 15 000 neuronas, principalmente en el locus coeruleus . [ 12 ] Esto es minúsculo en comparación con los más de 100 000 millones de neuronas del cerebro. Al igual que las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra, las neuronas del locus coeruleus tienden a estar pigmentadas con melanina . La noradrenalina se libera de las neuronas y actúa sobre los receptores adrenérgicos . La noradrenalina se libera a menudo de forma constante para preparar a las células gliales de soporte para respuestas calibradas. A pesar de contener un número relativamente pequeño de neuronas, cuando se activa, el sistema de noradrenalina desempeña funciones importantes en el cerebro, incluyendo la supresión de la respuesta neuroinflamatoria, la estimulación de la plasticidad neuronal a través de la LTP, la regulación de la recaptación de glutamato por los astrocitos y la LTD, y la consolidación de la memoria. [ 13 ]

Sistema dopaminérgico

El sistema dopaminérgico consta de varias vías, que se originan, por ejemplo, en el tegmento ventral o la sustancia negra . Actúa sobre los receptores de dopamina . [ 14 ]

Diagrama de fórmulas esqueléticas de la dopamina

La enfermedad de Parkinson está relacionada, al menos en parte, con la pérdida de células dopaminérgicas en los núcleos cerebrales profundos , principalmente las neuronas pigmentadas con melanina de la sustancia negra , pero secundariamente las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus. Se han propuesto y aplicado tratamientos que potencian el efecto de los precursores de la dopamina, con un éxito moderado.

Farmacología de la dopamina

Sistema serotoninérgico

Fórmulas esqueléticas de la serotonina o 5-HT

La serotonina producida por el cerebro constituye aproximadamente el 10 % de la serotonina total del cuerpo. La mayor parte (80-90 %) se encuentra en el tracto gastrointestinal (GI). [ 15 ] [ 16 ] Viaja por el cerebro a lo largo del haz prosencefálico medial y actúa sobre los receptores de serotonina . En el sistema nervioso periférico (como en la pared intestinal), la serotonina regula el tono vascular.

Farmacología de la serotonina

Aunque se observan cambios en la neuroquímica inmediatamente después de tomar estos antidepresivos, los síntomas pueden no empezar a mejorar hasta varias semanas después de su administración. El aumento de los niveles de neurotransmisores en la sinapsis por sí solo no alivia la depresión ni la ansiedad. [ 17 ] [ 19 ] [ 22 ]

sistema colinérgico

El sistema colinérgico consta de neuronas de proyección del núcleo pedunculopontino , el núcleo tegmental laterodorsal y el prosencéfalo basal , así como interneuronas del estriado y el núcleo accumbens. Aún no está claro si la acetilcolina, como neuromodulador, actúa mediante transmisión volumétrica o transmisión sináptica clásica, ya que existen evidencias que respaldan ambas teorías. La acetilcolina se une tanto a los receptores muscarínicos metabotrópicos (mAChR) como a los receptores nicotínicos ionotrópicos (nAChR). Se ha descubierto que el sistema colinérgico participa en la respuesta a señales relacionadas con la vía de recompensa, mejorando la detección de señales y la atención sensorial, regulando la homeostasis, mediando la respuesta al estrés y codificando la formación de recuerdos. [ 23 ] [ 24 ]

GABA

Ejemplo de nomenclatura de GABA

El ácido gamma-aminobutírico (GABA) tiene un efecto inhibidor sobre la actividad cerebral y de la médula espinal. [ 17 ] El GABA es un aminoácido que constituye el principal neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central (SNC). Reduce la excitabilidad neuronal al inhibir la transmisión nerviosa. El GABA desempeña múltiples funciones durante el desarrollo e influye en la migración, proliferación y el correcto desarrollo morfológico de las neuronas. También influye en la cronología de los periodos críticos y potencialmente prepara las primeras redes neuronales. Existen dos tipos principales de receptores de GABA: GABAa y GABAb. Los receptores GABAa inhiben la liberación de neurotransmisores y/o la excitabilidad neuronal y son canales de cloruro regulados por ligando. Los receptores GABAb reaccionan más lentamente debido a un GCPR que actúa inhibiendo las neuronas. El GABA puede ser la causa de muchos trastornos, desde la esquizofrenia hasta el trastorno depresivo mayor, debido a la atenuación de sus características inhibidoras. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

Neuropéptidos

Los neuropéptidos son pequeñas proteínas que se utilizan para la comunicación en el sistema nervioso. Representan la clase más diversa de moléculas de señalización y varían considerablemente entre los animales. Se conocen 90 genes que codifican precursores de neuropéptidos humanos. En la mosca de la fruta Drosophila, se conocen aproximadamente 50 genes que codifican precursores, [ 28 ] y en el gusano C. elegans, 120 genes especifican más de 250 neuropéptidos. [ 29 ] La mayoría de los neuropéptidos se unen a receptores acoplados a proteínas G; sin embargo, algunos neuropéptidos regulan directamente los canales iónicos [ 30 ] o actúan a través de receptores quinasa. [ 31 ]

  • Péptidos opioides : una gran familia de neuropéptidos endógenos ampliamente distribuidos por todo el sistema nervioso central y periférico. Los fármacos opiáceos, como la heroína y la morfina, actúan sobre los receptores de estos neurotransmisores. [ 17 ] [ 32 ]
  1. Endorfinas
  2. Encefalinas
  3. Dinorfinas

Sistemas neuromusculares

Los neuromoduladores pueden alterar la respuesta de un sistema fisiológico actuando sobre las entradas asociadas (por ejemplo, los generadores centrales de patrones ). Sin embargo, estudios de modelado sugieren que esto por sí solo es insuficiente, [ 33 ] ya que la transformación neuromuscular, desde la entrada neural hasta la salida muscular, puede estar ajustada a rangos de entrada específicos. Stern et al. (2007) sugieren que los neuromoduladores no solo deben actuar sobre el sistema de entrada, sino que también deben modificar la transformación misma para producir las contracciones musculares adecuadas como respuesta. [ 33 ]

Transmisión de volumen

Los sistemas de neurotransmisores son sistemas de neuronas en el cerebro que expresan ciertos tipos de neurotransmisores y, por lo tanto, forman sistemas distintos. La activación del sistema produce efectos en grandes volúmenes del cerebro, lo que se denomina transmisión volumétrica . [ 34 ] La transmisión volumétrica es la difusión de neurotransmisores a través del líquido extracelular cerebral liberado en puntos que pueden estar alejados de las células diana, con la consiguiente activación de receptores extrasinápticos, y con una duración mayor que la de la transmisión en una sola sinapsis. [ 35 ] Esta acción prolongada del neurotransmisor se denomina transmisión tónica , en contraste con la transmisión fásica que ocurre rápidamente en sinapsis individuales. [ 36 ] [ 37 ]

Transmisión tónica

La transmisión tónica consta de tres componentes principales: liberación continua, liberación sostenida y regulación basal. En el contexto de la neuromodulación, la liberación continua es responsable de la liberación de neurotransmisores/neuromoduladores a un nivel bajo y constante por parte de las células gliales y las neuronas tónicamente activas. La influencia sostenida proporciona estabilidad a largo plazo a todo el proceso, y la regulación basal asegura que las neuronas se encuentren en un estado continuo de preparación para responder a cualquier señal. La acetilcolina, la noradrenalina, la dopamina, la norepinefrina y la serotonina son algunos de los componentes principales de la transmisión tónica que median la excitación y la atención. [ 38 ]

Transmisión fásica

La transmisión fásica consta de tres componentes principales: liberación en ráfagas, efectos transitorios y efectos inducidos por estímulos. Como su nombre indica, la liberación en ráfagas se encarga de liberar neurotransmisores/neuromoduladores en ráfagas intensas y agudas. Los efectos transitorios generan ajustes momentáneos y agudos en la actividad neuronal. Por último, como su nombre indica, los efectos inducidos por estímulos reaccionan a la información sensorial, los factores estresantes externos y los estímulos de recompensa, e involucran dopamina, noradrenalina y serotonina. [ 39 ]

Tipos de terapias y tratamientos de neuromodulación

El término neuromodulación también se conoce en medicina como una modificación artificial dirigida de la actividad neuronal mediante la administración de agentes químicos o estimulación electrofarmacéutica a partes neurológicas específicas (véase más información en el artículo wiki Neuromodulación (medicina) ). [ 40 ]

Los métodos de tratamiento invasivos y no invasivos conforman un campo de la medicina llamado neuroterapia. Existen dos categorías principales para la terapia de neuromodulación: química y electrofarmacéutica. La neuroterapia electrofarmacéutica no invasiva consta de cinco técnicas: [ 41 ]

  • Neuroestimulación fotónica a través de las vías visuales formadoras de imágenes e irradiación cutánea. Esta técnica se conoce como terapia de luz, también llamada fototerapia o luxoterapia. Consiste en la exposición del cuerpo a luz eléctrica intensa en longitudes de onda controladas para tratar diversas enfermedades: depresión, dolor crónico, trastorno de estrés postraumático e insomnio. [ 42 ] [ 41 ]
  • La radiación láser transcraneal se refiere a la radiación de luz monocromática o cuasimonocromática direccional de baja potencia y alta fluencia, también conocida como fotobiomodulación (PBM). [ 43 ] [ 41 ]
  • Estimulaciones transcraneales de corriente eléctrica y campo magnético; [ 41 ]
  • Estimulaciones sonoras de baja frecuencia, incluyendo la terapia vibroacústica (VAT) y la estimulación auditiva rítmica (RAS). [ 44 ] [ 45 ] [ 41 ]
  • Neuroestimulación intelectual fotónica acústica (APIN). Aplica características de la neuroestimulación natural durante el embarazo, adaptadas a pacientes específicos. Tres agentes terapéuticos provocan la oxigenación de los tejidos neuronales, la liberación de proteínas adenosina-5'-trifosfato y la plasticidad neuronal. Este método muestra resultados significativos en el tratamiento del dolor crónico en diversas afecciones. [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]

Terapias con neuromoduladores eléctricos

La neuromodulación eléctrica tiene tres subcategorías: estimulación cerebral profunda, estimulación de la médula espinal y estimulación transcraneal, cada una dirigida a tratar afecciones específicas. La estimulación cerebral profunda implica la implantación quirúrgica de electrodos en secciones específicas del cerebro que suelen ser responsables de deficiencias en el movimiento y el control motor, así como de trastornos como el Parkinson y los temblores [ 49 ] . La estimulación de la médula espinal funciona mediante la colocación de electrodos cerca de la médula espinal para enviar señales eléctricas a través del cuerpo y tratar diversas formas de dolor crónico, como el dolor lumbar y el síndrome de dolor regional complejo (SDRC). Esta forma de tratamiento con neuromoduladores se considera una de las de mayor riesgo debido a la manipulación cerca de la médula espinal. La estimulación magnética transcraneal es ligeramente diferente, ya que utiliza un campo magnético para generar corrientes eléctricas en todo el cerebro. Este tratamiento se utiliza ampliamente para remediar diversas afecciones de salud mental, como la depresión, el trastorno obsesivo-compulsivo y otros trastornos del estado de ánimo [ 50 ] .

La neuromodulación se utiliza a menudo como mecanismo de tratamiento para las migrañas moderadas a severas a través de la estimulación nerviosa. Estos tratamientos funcionan utilizando las vías ascendentes básicas. Hay tres modos principales. Funciona conectando un dispositivo al cuerpo que envía pulsos eléctricos directamente al sitio afectado (Estimulación Nerviosa Eléctrica Transcutánea), directamente al cerebro (técnicas de Neuroterapia Eléctrica Invasiva), o sosteniendo un dispositivo cerca del cuello que funciona bloqueando la modulación de las señales de dolor desde el SNP al SNC. [ 51 ] [ 52 ] y envía dos de los modos más notables de ese tratamiento, que son la estimulación eléctrica y la magnética. La estimulación nerviosa eléctrica y algunas de las caracterizaciones incluyen la estimulación transcraneal alterna y la estimulación transcraneal de corriente continua. El otro es la estimulación magnética, que incluye la estimulación transcraneal de pulso único y repetitiva.

Terapias neuromoduladoras químicas

La neuromodulación química consiste principalmente en la colaboración de sustancias químicas naturales y artificiales para tratar diversas afecciones. Utiliza modos de tratamiento tanto invasivos como no invasivos, incluyendo bombas, inyecciones y medicamentos orales. Este modo de tratamiento puede utilizarse para controlar respuestas inmunitarias como la inflamación, el estado de ánimo y los trastornos motores. [ 53 ] Investigaciones recientes han ampliado los modelos mecanicistas de la estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) más allá de un marco estrictamente centrado en las neuronas. La evidencia sugiere que la tDCS influye en múltiples componentes de la unidad neurovascular, incluyendo células gliales como astrocitos y microglía, la función de la barrera hematoencefálica y el acoplamiento neurovascular. Estas interacciones pueden contribuir a los efectos neuroplásticos y conductuales duraderos observados tras la estimulación, lo que indica que los resultados de la tDCS están mediados por procesos neuronales, gliales y vasculares coordinados, en lugar de la polarización neuronal directa únicamente. [ 54 ]

Véase también

Referencias

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