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Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Instituto de Fisiología
Tesis de Maestría
Mecanismos de modulación de la
variabilidad del reflejo monosináptico
de la médula espinal del gato
Laboratorio de Neurofisiología Integrativa
Alumno: M. C. Gerardo Rojas Piloni
Tutor: Dr. Elías Manjarrez López
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resumen
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RESUMEN
La observación de que el reflejo monosináptico fluctúa se realizó a principios del siglo XX,
sin embargo, no fue hasta 1955 cuando Hunt atribuyó este fenómeno a las variaciones en el potencial
de membrana de las motoneuronas, es decir, a efectos postsinápticos. En contraste, Rudomin y
Dutton en 1969 encontraron que la variabilidad del reflejo monosináptico es originada por la
activación de vías neuronales que producen inhibición presináptica. Estos investigadores propusieron
que el papel funcional de la inhibición presináptica sobre las fluctuaciones, sería la de incrementar
el contraste motor entre músculos agonistas y antagonistas, y supusieron que este tipo de modulación
podría tener alguna función en el control del movimiento.
Recientemente, ha sido identificado un grupo neuronal en el asta dorsal de la médula espinal
del gato con alta actividad espontánea, el cual está localizado en la misma región donde se encuentran
las neuronas que responden a la estimulación de aferentes cutáneos de bajo umbral. Ello ha sugerido
que las neuronas que generan los potenciales espontáneos registrados en la superficie dorsal de la
médula espinal (nCDP´s espontáneos) son interneuronas que reciben entradas sinápticas de aferentes
cutáneos. Esto es consistente con el hallazgo de que los potenciales de campo producidos por la
activación de fibras de origen cutáneo se facilitan cuando los preceden nCDP's espontáneos. Además,
se sabe que la inhibición presináptica de aferentes musculares es modulada por influencia de vías
cutáneas, por lo que se sugiere que ambos fenómenos se encuentren interrelacionados, es decir, que
las neuronas que generan los nCDP´s espontáneos posiblemente pueden modular la información
sensoriomotora.
En este proyecto se exploró la contribución de las neuronas del asta dorsal que son responsables
de generar los nCDP's espontáneos, sobre la variabilidad del reflejo monosináptico, así como su
influencia en la inhibición presináptica de aferentes musculares, ya que existe una alta relación
entre la actividad de estas neuronas con las respuestas producidas por estimulación de aferentes
cutáneos.
Nuestros resultados muestran que las neuronas responsables de generar los nCDP´s espontáneos
facilitan la vía refleja monosináptica y esta facilitación tiene un curso temporal similar al de la fase
de caída de estos potenciales espontáneos. Damos evidencias de que las fluctuaciones de los reflejos
monosinápticos son originadas, en parte, por la actividad de las neuronas que generan los nCDP´s
espontáneos. Ademas, mostramos que las neuronas que originan los nCDP´s espontáneos ejercen
un efecto inhibitorio sobre la inhibición presináptica de la vía refleja monosináptica, explicando así
su modo de acción
Los datos reportados sugieren una posible influencia de las neuronas que generan los nCDP's
espontáneos sobre la vía refleja, modulando la variabilidad y amplitud de las respuestas
monosinápticas, posiblemente por mecanismos tanto pre como postsinápticos.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Introducción
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INTRODUCCIÓN
La selección natural ha generado una gran variedad de receptores sensoriales
que cumplen la función de informar al organismo los cambios producidos, tanto en el
medio externo como en el medio interno. De esta manera, el sistema nervioso central
(SNC) coordina los movimientos con base en la información que recibe del exterior
(somestesia) por un lado, y por otro, con la información que recibe de los propios
órganos (propiocepción) (Gordon, 1979).
Los músculos contienen receptores sensibles a diferentes estados del propio
músculo. Se conocen particularmente dos tipos de receptores que se distinguen por
su importancia en el control motor: los husos musculares y los órganos tendinosos de
Golgi; ambos se encuentran distribuidos ampliamente en todos los músculos
esqueléticos (Livington, 1986).
Husos musculares.
Los husos musculares son estructuras elongadas localizadas de manera paralela a las fibras musculares. Están compuestos de fibras musculares especializadas, a
las cuales se les ha llamado fibras intrafusales, con la finalidad de distinguirlas de las
fibras musculares de trabajo (fibras extrafusales). Los husos musculares son receptores formados de tres clases de fibras intrafusales: las fibras de cadena nuclear que
tienen diámetro pequeño y se han nombrado así por que sus núcleos se distribuyen en
forma de cadena a lo largo de la fibra; también hay dos tipos de fibras que tienen un
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Introducción
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diámetro y tamaño mayor denominadas fibras de bolsa nuclear estáticas y dinámicas,
que se denominan de esta manera porque sus núcleos se agrupan formando un ensanchamiento en forma de bolsa localizado cerca del centro de la fibra (Stratton, 1984).
Todas estas estructuras se encuentran encapsuladas en tejido conectivo, y entre la
cúpula y los componentes del huso existe un fluido viscoso que lubrica el movimiento de las fibras musculares (Gordon y Ghez, 1991). Las fibras intrafusales no contribuyen en la contracción del músculo, pues son reducidas en número en relación a las
fibras extrafusales. Los tres tipos de fibras intrafusales juegan un papel importante
que determina el patrón de descarga de las terminales sensoriales que inervan a los
husos musculares (Harris y Henneman, 1980).
Los husos musculares se encuentran inervados tanto por fibras sensoriales como
por terminaciones motoras (Gordon y Ghez,1991). Las fibras sensoriales que inervan
a los husos musculares principalmente son de tipo Ia y II, aunque también se ha
descrito que emergen otras aferentes de diámetro pequeño que terminan libremente,
probablemente con funciones termorregulatorias o bien como nociceptores (Boyd,
1975). Las fibras Ia forman terminaciones anuloespirales, es decir, se encuentran
rodeando a las fibras intrafusales. De esta manera, cuando el huso muscular cambia
su longitud se produce una despolarización de la membrana de los axones sensoriales, generando la descarga de potenciales de acción (Patton, 1965). Los axones
aferentes Ia terminan en todos los tipos de fibras intrafusales, en cambio los aferentes
tipo II solo terminan en las fibras de cadena nuclear y en las fibras de la bolsa nuclear
estáticas (Boyd, 1980). (Fig. 1)
Introducción
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Tendón
Cápsula de tejido
conectivo del
huso muscurar
Fibra muscular
intrafusal
Fibra muscular
extrafusal
Fascia muscular
Tendón
Figura 1. Representación
esquemática de la estructura y localización de los receptores a estiramiento y
tensión del músculo. Los husos musculares se encuentran
orientados en paralelo respecto a las fibras musculares,
inervados por fibras aferentes
Ia, II así como eferentes de
motoneuronas γ. En cambio
los órganos tendinosos de
Golgi principalmente están
inervados por fibras aferentes
Ib y se encuentran orientados
en serie respecto a las fibras
musculares (modificado de
Harris y Henneman, 1980).
Órgano
tendinoso
de Golgi
Los axones motores que inervan las fibras intrafusales se conocen como
motoneuronas γ, en cambio, las motoneuronas α inervan las fibras extrafusales. Las
motoneuronas γ se encuentran regulando la sensibilidad del huso muscular, pues su
activación produce contracción de las fibras intrafusales (Hasan y Stuart, 1984).
Existen dos tipos de motoneuronas γ: las motoneuronas γ dinámicas, que inervan
solo las fibras de la bolsa nuclear dinámicas y las motoneuronas γ estáticas, las cuales inervan tanto las fibras de cadena nuclear como las fibras de la bolsa nuclear
estáticas (Harris y Henneman, 1980).
Cuando un músculo es estirado, se activan los husos musculares y de esta
manera se incrementa la frecuencia de descarga de las aferentes que inervan dichos
receptores. Existen dos fases en el cambio de longitud de las fibras que componen
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los husos musculares: una fase dinámica, que es el periodo en el que está ocurriendo
el cambio de longitud, y una fase estática cuando el músculo se ha estabilizado en
una nueva longitud. Cuando ocurre el estiramiento las fibras Ia y II incrementan su
frecuencia de descarga, pero cuando ocurre un acortamiento disminuye más rápidamente la frecuencia de descarga de las aferentes del tipo Ia que de las del tipo II
(Matthews, 1972). Además, durante la fase dinámica del estiramiento las aferentes
Ia descargan a mayor frecuencia que durante la fase estática del estiramiento, en
cambio las fibras II incrementan gradualmente su frecuencia de descarga y esta no
varía durante la fase estática del estiramiento (ver Gordon y Guez, 1991). Las fibras
de bolsa nuclear dinámicas tienen una respuesta elástica al estiramiento en su región
central y una respuesta viscoelástica en sus extremos, es decir, la resistencia al estiramiento es proporcional a la magnitud de éste, en cambio las fibras de bolsa nuclear
estáticas y las fibras de cadena nuclear tienen respuestas más uniformes a todo lo
largo de ellas (Boyd y Ward, 1975). Así, durante un estiramiento, las aferentes que
inervan las fibras de bolsa nuclear dinámicas (aferentes Ia) incrementan su frecuencia de descarga durante la fase dinámica del estiramiento, pero la disminuyen gradualmente durante la fase estática de éste. Sin embargo, las aferentes que inervan las
fibras de cadena nuclear y las fibras de la bolsa nuclear estáticas (aferentes Ia y II),
incrementan su frecuencia de descarga durante la fase dinámica del estiramiento y
mantienen su actividad aún durante la fase estática del estiramiento (ver figura 2).
Las aferentes Ia son altamente sensibles a la velocidad del estiramiento y se han
especializado en responder de manera eficaz a estos cambios de longitud, en cambio
las aferentes II probablemente se encuentren participando en informar el estado del
sistema (Willis y Coggeshall, 1991).
Introducción
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Motoneurona
dinámica γ
A
Aferente
del grupo I
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Aferente
del grupo II
Motoneurona
estática γ
Fibra de
bolsa nuclear
Terminación
primaria
Terminación
secundaria
Fibra de
cadena nuclear
B
1 kg
200 µV
Fibra Ia
1 kg
200 µV
Fibra II
1 seg
Figura 2. Inervación de los tipos de fibras intrafusales y sus descargas características. A, representación de los tipos de fibras intrafusales presentes en los husos musculares de mamíferos y su inervación.
B, registros realizados en las fibras aferentes del tipo I y II durante el estiramiento. Nótese que las fibras
Ia descargan durante la fase dinámica del estiramiento, en tanto que las fibras del grupo II continuan
descargando en la fase estática del estiramiento. (modificado de Harris y Henneman, 1980).
Órganos tendinosos de Golgi.
Los órganos tendinosos de Golgi están inervados sólo por fibras aferentes del
grupo I y se conocen como fibras aferentes Ib. Estos órganos sensitivos son estructuras encapsuladas de aproximadamente 100 mm de diámetro y 1 mm de largo que se
localizan entre la unión de las fibras extrafusales del músculo con el tendón. Las
fibras Ib, que inervan al órgano tendinoso de Golgi, se entretejen entre fibras de
colágeno que también pertenecen a dicho órgano, de tal forma que cuando existe
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tensión, las fibras de colágeno comprimen a las fibras sensoriales y las activan (Harris
y Henneman, 1980).
Las diferencias funcionales entre los órganos tendinosos de Golgi y los husos
musculares radican en su arreglo anatómico, pues mientras los husos musculares se
localizan en paralelo a las fibras del músculo, los órganos tendinosos de Golgi se
encuentran en serie con dichas fibras (ver figura 1), determinando que ambos receptores tengan características distintas (Matthews, 1972).
Como ya se mencionó, los husos musculares juegan un papel importante en el
control motor. Si un músculo es estirado, las aferentes Ia sufren un incremento en su
actividad eléctrica, mientras que las fibras Ib no varían significativamente su frecuencia de descarga (Patton, 1965). En cambio, si ahora el músculo se contrae, por
efecto de la activación de motoneuronas a, las fibras Ia disminuyen su frecuencia de
descarga mientras que las fibras Ib la incrementan significativamente (Hunt y Kuffler,
1951; Matthews, 1972; Gordon y Guez, 1991). Estos resultados han permitido suponer que tanto los husos musculares como los órganos tendinosos de Golgi, otorgan
información sobre el estado mecánico del músculo, pues mientras los husos musculares informan sobre el grado de estiramiento en el que se encuentra el músculo, los
órganos tendinosos de Golgi informan sobre la tensión desarrollada durante la ejecución de un acto motor (Antuñez, 1979).
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El reflejo miotático.
El reflejo espinal más ampliamente estudiado es el reflejo miotático, que es
una respuesta de contracción muscular que se produce cuando el músculo es estirado. A principios del siglo XX, Sir Charles Sherrington encontró que el reflejo miotático
requiere tanto de una entrada sensorial a la médula espinal, como de la salida motora
hacia el músculo, pues este tipo de reflejo se suprime al seccionar tanto las raíces
dorsales o las ventrales de la médula espinal en el gato y sigue presente aún en animales espinalizados a nivel intercolicular (Sherrington, 1925).
Las fibras aferentes Ia que inervan los husos musculares, establecen conexiones monosinápticas en la médula espinal con motoneuronas que inervan el mismo
músculo (homónimas), así como motoneuronas que inervan músculos sinergistas
(heterónimas). Mendell y Henneman (1971) encontraron que un total de 60 fibras Ia
del músculo gastrocnemio medial del gato, establecen contacto con 300 motoneuronas,
de las cuales, el 60% eran motoneuronas que provenían de músculos sinergistas,
como son el gastrocnemio lateral y el sóleo. Estos mismos autores reportaron que los
potenciales sinápticos excitatorios (EPSP's) registrados en las motoneuronas difieren en la amplitud, siendo mayores los EPSP's registrados en las motoneuronas
homónimas con respecto a aquellos registrados en motoneuronas heterónimas. De
esta manera, las aferentes Ia provenientes de los husos musculares activan
monosinápticamente tanto a motoneuronas homónimas así como a motoneuronas
heterónimas (Brown y Fyffe, 1981).
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Las aferentes del grupo II, las cuales también responden al estiramiento del
músculo, ejercen una excitación sobre motoneuronas homónimas (Matthews, 1972)
con una latencia mayor a 1.4 ms, lo que sugiere un circuito probablemente di o
trisináptico (Mendell y Henneman, 1980). En cambio, la latencia del reflejo producido al estimular aferentes Ia resulta ser de entre 0.7 y 0.8 ms, lo que indica un reflejo
monosináptico. Este hecho fue demostrado por Renshaw (citado en: Ruch y cols.,
1974), y posteriormente con mayor detalle por otros investigadores (Brock y cols.,
1952; Eccles, 1964a; Brown y Fyffe, 1981).
El reflejo miotático es más débil y más variable en animales intactos que en
animales descerebrados, esto se debe a que en animales descerebrados, todos los
reflejos espinales se facilitan (Gordon y Guez, 1991). En cambio, en animales intactos, existe un balance entre la inhibición y la facilitación de los reflejos espinales
debido a vías descendentes provenientes de la corteza cerebral, u otras vías provenientes de centros superiores, que de manera normal se encuentran modulando diferentes reflejos espinales. Esto quiere decir que existe un tono inhibitorio descendente que se pierde por la descerebración, facilitando los reflejos espinales (Sherrington,
1947).
Inhibición espinal.
La primera evidencia de inhibición neuronal por estimulación de nervios apropiados se obtuvo en 1845 por los hermanos Weber (citado en: Davidoff y Hackman,
1984). Su clásica demostración de la acción del nervio vago en el corazón fue segui-
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da en los años posteriores por otros ejemplos de inhibición periférica, pero fueron las
observaciones de Sechenov (citado en: Davidoff y Hackman, 1984) las primeras que
indicaban la existencia de inhibición en el SNC. Sherrington (1925) demostró que la
inhibición es un proceso activo, y no solo la ausencia de excitación, también desarrolló el concepto de inervación recíproca como un elemento normal del reflejo. Estas
ideas fueron analizadas con detalle posteriormente por Eccles (1964a), el cual mediante registros intracelulares de motoneuronas mostró que los potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSP's) en la membrana de motoneuronas, estaban asociadas
con inhibición espinal. Existen principalmente tres tipos de inhibición espinal: inhibición postsináptica, inhibición recíproca e inhibición presináptica las cuales serán
discutidas brevemente (Davidoff y Hackman, 1984).
Inhibición postsináptica.
Lloyd (1946a) no solo mostró que la estimulación de aferentes Ia produce
excitación monosináptica en las motoneuronas α homónimas, también encontró que
esta misma estimulación produce inhibición de reflejos de músculos antagonistas. Es
decir, la activación de aferentes Ia produce inhibición de motoneuronas que inervan
músculos antagonistas (Lloyd 1941, 1946a, 1946b; Laporte y Lloyd, 1952); este tipo
de inhibición se denominó inhibición postsináptica. Posteriormente, haciendo análisis sobre las latencias en esta inhibición, se encontró que la latencia en la inhibición
del músculo antagonista resultaba ser 0.8 ms mayor que la latencia de los EPSP's de
los músculos agonistas (Brock y cols., 1952; Eccles y cols., 1956). Ello indicó que la
inhibición postsináptica está mediada por una sola interneurona inhibitoria (Fig. 3),
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la cual al ser activada, libera glicina sobre la motoneurona produciendo un IPSP
(Eccles, 1957). De esta manera, cuando un músculo se contrae por efecto de la activación de aferentes Ia, el músculo antagonista se inhibe. A esta inhibición se le
conoce como inhibición recíproca.
La inhibición postsináptica producida por la estimulación de fibras Ia, también conocida como inhibición recíproca o inhibición Ia de músculos antagonistas,
tiene un curso temporal muy característico: una latencia de aproximadamente 0.5 ms
que se atribuye al retardo sináptico; alcanza su efecto máximo como a los 2 ms y
A
Inhibición
Postsináptica
Reflejo
Monosináptico
B
Inhibición
Presináptica
Motoneurona α
Aferentes Ia
Motoneurona α
Motoneurona α
Interneurona
inhibitoria
presináptica
(libera GABA)
Interneurona
inhibitoria Ia o recíproca
(libera glicina)
Fig. 3 Inhibición del reflejo monosináptico. A, como respuesta a un estiramiento del músculo, las fibras Ia
aumentan su frecuencia de descarga; estas fibras llegan hasta la médula espinal donde hacen contacto sináptico
con motoneuronas α las cuales se dirigen de regreso al mismo músculo. Este reflejo puede ser inhibido mediante inhibición postsináptica, la cual está mediada por una interneurona glicinérgica que es activada por fibras Ia
de músculos antagonistas. B, la inhibición presináptica en cambio, está mediada por dos interneuronas (así
como por el neurotransmisor GABA). Modificado de Rudomin y Schmidt, 1999.
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decae lentamente desapareciendo aproximadamente a los 8 ms (Coombs y cols., 1955;
Curtis y Eccles, 1959; Jankowska y Roberts, 1972). Las interneuronas inhibitorias Ia
se han identificado por medio de registros intracelulares (Hultborn y cols., 1971) o
mediante estudios de inyecciones intracelulares de peroxidasa de rábano (Jankowska
y Lindström, 1972), revelando estar localizadas muy cercanas al núcleo motor de la
médula, en la lámina VII de Rexed.
Existen otros tipos de inhibiciones postsinápticas, como las producida por la
estimulación de aferentes de los órganos tendinosos de Golgi (fibras Ib), la cual se
conoce como inhibición no recíproca pues las aferentes Ib inhiben a motoneuronas
homónimas (Laporte y Lloyd, 1952), esto es, se genera en el mismo músculo por lo
que también se conoce como inhibición autogenética. Una característica que distingue a los grupos de interneuronas que median la inhibición postsináptica radica en la
diferencia de las entradas sinápticas que reciben. Por un lado las interneuronas inhibitorias activadas por aferentes Ib (interneuronas Ib) reciben también influencia
sináptica de aferentes Ia, sin embargo las interneuronas inhibitorias activadas por
aferentes Ia (interneuronas Ia) no tienen influencia de aferentes Ib (Hultborn y cols.,
1971; Jankowska, 1992). Además, se sabe que las fibras aferentes de origen cutáneo
facilitan las respuestas de las interneuronas Ib que se producen al estimular aferentes
Ib (Lundberg y cols., 1975); esto es relevante en la terminación de un movimiento
cuando se activan receptores cutáneos.
Las interneuronas Ib se localizan principalmente en las láminas VI y VII de
Rexed (Eccles, 1964a). Además, establecen contacto sináptico con neuronas del tracto
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espinocerebeloso dorsal o columnas de Clarke (Hongo y cols., 1978). Lo cual ha
permitido identificar dichas interneuronas por sus respuestas al estimular antidrómicamente las columnas de Clarke (Rudomin y cols., 1987; Jankowska, 1992).
Inhibición recurrente
En 1941, Renshaw demostró que los impulsos antidrómicos en las
motoneuronas pueden inhibir la respuesta refleja monosináptica de motoneuronas α
que inervan músculos sinergistas (Pompeiano, 1984). Esta inhibición se encuentra
mediada por interneuronas (interneuronas de Renshaw) localizadas en el asta ventral
de la médula espinal que inhiben a motoneuronas α (Eccles, 1964a). Las interneuronas
de Renshaw pueden ser activadas por motoneuronas α, y a su vez estas pueden hacer
contactos sinápticos con motoneuronas homónimas, así como con interneuronas Ia
que median la inhibición recíproca (Pompeiano, 1984). Ha sido sugerido que este
tipo de inhibición también juega un papel importante en el control de la postura y el
movimiento (Henneman, 1980).
Inhibición presináptica.
Además de la inhibición postsináptica, la transmisión sináptica también puede
ser modulada a nivel presináptico. Los EPSP’s registrados en motoneuronas
extensoras, pueden ser reducidos de tamaño por pulsos condicionantes producidos
en aferentes Ia de músculos flexores (Frank y Fuortes, 1957). Lo importante de estas
observaciones es que estos pulsos condicionantes producen inhibición sin alterar las
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propiedades de la membrana postsináptica de las motoneuronas, despolarizando a
las fibras aferentes. Esta despolarización de terminales presinápticas disminuye la
amplitud del potencial de acción que viaja por dichas terminales, provocando una
disminución en la cantidad de neurotransmisor liberado, causando así la llamada
inhibición presináptica (Eccles, 1964a y 1964b). Además, se ha sugerido que este
efecto se debe en parte a un decremento en corrientes de calcio voltaje dependientes
en las aferentes que contactan sinápticamente con las motoneuronas (véase Dunlap,
1998).
La despolarización de las aferentes que ocurre concomitantemente con la inhibición presináptica ha sido llamada despolarización de aferentes primarias (PAD por
sus siglas en inglés) y se le ha asociado como el agente causal de la inhibición presináptica (de acuerdo a la hipótesis propuesta por Eccles a inicios de la década de
1960). La PAD tiene una latencia compatible con procesos sinápticos que involucran
dos sinapsis, esto es, de 3 a 5 ms (Eccles y cols. 1962b; Eccles y cols., 1963a) (Fig.
3B). Además, existe suficiente evidencia que demuestra que el GABA es el neurotransmisor responsable de la PAD (DeGroat, 1972; Nishi y cols., 1974; Gallagher y
cols., 1979; Nistri y Constanti, 1979; Nistri, 1983), pues los antagonistas del GABA,
como la bicuculina y la pricotoxina, reducen la PAD (Eccles y cols., 1963b; Schmidt,
1963; Tabecic y Phillis, 1969; Levy y cols., 1971; Davidoff, 1972; Barker y Nicoll,
1973; Levy, 1975; Constanti y Nistri, 1976; Gmelin y Cerletti, 1976; Curtis y cols.,
1977; Quevedo y cols., 1995). El efecto del GABA en la PAD, ha llevado a suponer
que este fenómeno es debido a que el potencial de equilibrio del cloro se encuentra
por arriba del potencial de membrana, posiblemente por la presencia de un
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cotransportador de Cl-, Na+, K+ sensible a furosemida y bumetanida que mantiene
altos los niveles de cloro en las aferentes sensoriales (Alvarez-Leefmans, 1998; Rudomin y Schmidt, 1999), de esta forma el GABA provocaría una corriente de cloro
saliente que despolarizaría dichas aferentes.
El curso temporal de la inhibición presináptica es más prolongado que el de la
inhibición postsináptica: tiene una latencia de 3-5 ms, con un efecto máximo a los 20
ms, y aún persiste de 100 a 200 ms después de la aplicación del estímulo condicionante
(Eccles y cols., 1962a). Este curso temporal en la inhibición presináptica es muy
similar al curso temporal de la PAD, por lo que para explicar la larga duración de esta
despolarización ocurrida en las fibras aferentes se ha supuesto que es debida a una
actividad sostenida de las interneuronas que producen la inhibición presináptica
(Eccles, 1964a), o bien, a una liberación y/o recaptura lenta del GABA (Rudomin y
Muñoz-Martínez, 1969). De cualquier forma, es importante resaltar que existe un
control de la información aferente que puede ser modulado por información aferente, es decir, la entrada de información sensorial regula la transmisión de información
antes de que sea transmitida hacia la salida motora (Willis y Coggeshall, 1991; Rudomin y Schmidt, 1999).
Efectos de la inhibición pre y postsináptica en las fluctuaciones del reflejo
monosináptico.
Se sabe que los reflejos monosinápticos provocados por la aplicación de pulsos de amplitud constante a las aferentes musculares, presentan fluctuaciones en su
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tamaño (Sherrington, 1925; Hunt, 1955). Se ha sugerido que dicha variabilidad de la
respuesta monisináptica es función del número de motoneuronas activadas, y se debe
principalmente a la actividad de fondo de interneuronas que controlan directa o indirectamente la excitabilidad de poblaciones de motoneuronas (Hunt, 1955; Rall y
Hunt 1955; Somjen y Heath, 1966).
Como ya se ha mencionado, la transmisión monosináptica de aferentes Ia a
motoneuronas, puede ser modulada a nivel presináptico (Eccles, 1964a). En algunos
estudios se ha mostrado que la variabilidad del reflejo monosináptico se reduce
significativamente cuando la estimulación que produce dicho reflejo, es precedida
por estimulación de aferentes que producen PAD; sin embargo, no se ha podido observar una reducción de la variabilidad de los reflejos cuando se estimulan aferentes
que producen inhibición postsináptica (Rudomin y Dutton 1967, 1969a; Rudomin y
cols., 1968). También se ha observado una variabilidad en potenciales registrados
por estimulación antidrómica de fibras aferentes Ia. Esta variabilidad se reduce condicionando con estímulos a fibras cutáneas, pero aunado a este fenómeno se ha observado un aumento en la excitabilidad de dicha respuesta, indicando que probablemente las vías cutáneas inhiben otras vías aferentes involucradas en la inhibición
presináptica (Rudomin y Dutton, 1969b).
El potencial de raíz dorsal.
Los potenciales negativos lentos de raíz dorsal (DRP’s por sus siglas en inglés) fueron descritos desde hace mucho tiempo (Barron y Matthews, 1938), sugi-
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riendo que estos se originan como consecuencia de ciertas propiedades de fibras
aferentes o bien, de la actividad de interneuronas (véase revisión en Willis, 1999).
Los DRP's pueden ser provocados por la estimulación de otras raíces dorsales (Barron
y Mattews, 1938), por la estimulación de aferentes musculares o cutáneas (Eccles,
1964a), por la estimulación de sitios específicos del encéfalo (Andersen y cols., 1962;
Iles, 1996), por estimulación a estructuras pertenecientes al tallo cerebral (Quevedo
y cols., 1995), así como por la estimulación del tracto de Lissauer (Cervero y cols.,
1978; Wall y Yaksh, 1978; Wall y Lidierth, 1997).
El DRP producido por la estimulación de fibras aferentes es mayor cuando se
estimulan aferentes de origen cutáneo que cuando se estimulan aferentes musculares
(Wall, 1958; Eccles y cols., 1963a y 1963c). El DRP es una consecuencia de la PAD
y, como ya se mencionó, está asociado al fenómeno de inhibición presináptica (Eccles
y cols., 1963a y 1963b). Es importante mencionar que el DRP que se produce por la
estimulación de aferentes cutáneas es producto de una despolarización exclusivamente de aferentes de origen cutáneo y de una pequeña fracción de aferentes Ib. Sin
embargo, la estimulación de fibras musculares Ib puede producir DRP's por
despolarización de aferentes Ib y por la despolarización de una fracción pequeña de
aferentes Ia, así como de aferentes cutáneos. Casualmente, el DRP producto de la
estimulación de aferentes Ia, solo es debido a la despolarización de aferentes Ia,
como se resume en la figura 4 (Eccles y cols., 1963c).
Hay evidencias que sugieren que interneuronas presentes probablemente en la
sustancia gelatinosa de Rolando en el dorso de la médula (Lámina II superficial),
Introducción
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
19
están involucradas en la generación de los DRP’s (Wall y
Fibras que
producen la PA D
Lidierth, 1997), y por lo tanto
en la modulación de la informa-
Fibras en las
que se registra
la PAD
Ia
Flexor
ción sensorial. Además, se tie-
Ib
Ia
Ia
Ib
ne evidencia de que los DRP's
pueden ocurrir espontáneamente en la médula espinal aislada
y que los DRP's espontáneos
Extensor
Ib
CUT
CUT
ocurren en sincronía con actividad espontánea de neuronas localizadas entre las láminas III y
Figura 4. A la izquierda se muestran los tipos de aferentes que al ser
estimuladas despolarizan a las fibras aferentes que se localizan a la
derecha. El grosor de las flechas indica la magnitud media de la PAD
producida en las fibras aferentes registradas intracelularmente
(n=100). (Modificado de Eccles y cols., 1963c).
VI, además de la existencia de
correlación cruzada entre la actividad de pares de raíces dorsales ipsilaterales (Kerkut y Bagust, 1995). Estas evidencias, sugieren que hay una relación funcional entre los potenciales producidos en
las raíces dorsales (DRP´s) y los generados por la actividad sincrónica de neuronas
del asta dorsal, como se verá en la siguente sección.
Actividad espontánea de grupos de neuronas en el asta dorsal de la médula espinal
Un tipo de registro que se ha llevado a cabo principalmente para analizar la
actividad eléctrica de la médula espinal, es el electroespinograma (SEG, por sus siglas en inglés). Con este tipo de registro se han caracterizado potenciales provocados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Introducción
20
por la estimulación de entradas sensoriales a la médula espinal. El SEG se puede
registrar mediante electrodos finos de plata clorurada que se insertan en la médula
espinal (Gasteiger e Ichikawa, 1963). Otro tipo de registros de la actividad eléctrica
intraespinal se puede obtener mediante microelectrodos que se insertan en la médula
espinal. Con este método, ha sido posible obtener registros de potenciales de campo
extracelulares (EFP´s por sus siglas en inglés) producidos por la estimulación de
aferentes cutáneos o musculares (Willis y cols., 1973).
Con estas técnicas se han descrito potenciales espontáneos registrados en el
dorso de la médula (nCDP's espontáneos, por sus siglas en inglés), es decir, potenciales no provocados que ocurren en el tiempo, los cuales no son debidos a la actividad
del encéfalo, pues en gatos espinalizados están presentes, aunque las vías descendentes
pueden modularla (Levitan y cols., 1968; Kasprzaky gasteiger, 1970). Esta actividad
espontánea ha sido estudiada por Gasteiger e Ichikawa (1963), quiénes encontraron
que en el gato, los nCDP’s espontáneos son de dos clases: potenciales de amplitud
promedio mayor a 125±50 µV y duración de 40±10 ms, y otros de amplitud menor de
25±10 µV y una duración de 10±5 ms. En otros trabajos, también se han caracterizado este tipo de potenciales espontáneos, en relación a su origen e influencias
(Manjarrez y cols, 1996; 1997; 1998) como se describirá con detalle mas adelante.
Esta actividad espontánea de la médula espinal se encuentra presente también
en las raíces dorsales y ventrales en preparaciones de médula espinal aislada de hámster
(Kerkut y Bagust, 1995). Se ha propuesto que los mecanismos involucrados en la
generación de los DRP´s espontáneos es producida sinápticamente, por los mismos
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Introducción
21
mecanismos que producen la PAD de aferentes primarios (Bagust y cols., 1985). En
el asta dorsal de la médula espinal existe una gran cantidad de neuronas sensoriales
que presentan actividad espontánea (la cual se define como actividad eléctrica no
provocada por algún estímulo; Sandkühler y cols., 1995). Además, se ha encontrado
que las neuronas del asta dorsal de la médula espinal (láminas III-VI) con actividad
espontánea difieren de aquellas neuronas silentes, en que ellas poseen campos receptivos mayores y una gran sensibilidad a la estimulación selectiva de receptores de la
piel (Brown y cols., 1973 y 1998). Es bien sabido que las neuronas que reciben
entradas sinápticas de aferentes cutáneos se distribuyen más dorsalmente (Láminas
IV-VI), que aquellas interneuronas que responden a la activación de aferentes musculares (Lámina VII) (Willis y cols., 1973; Willis y Coggesall, 1991).
Aunque al principio no se otorgó una significancia fisiológica importante a la
actividad espontánea que se registra en el dorso de la médula (nCDP's espontáneos),
algunas evidencias sugieren que esta actividad espontánea podría participar en la
modulación de respuestas espinales ante ciertos estímulos, como los reflejos
polisinápticos que se producen por activación de aferentes cutáneos (Rothmeier y
Gasteiger, 1968; Gasteiger y Brust-Carmona, 1964; Molt y Gasteiger, 1976). En otros
estudios se han observado oscilaciones periódicas en la actividad espontánea del
dorso de la médula que aparecen por influencia de la formación reticular (Levitan y
cols., 1968). De estos trabajos se puede concluir que las neuronas que generan los
nCDP´s espontáneos pueden ser moduladas por influencias supraespinales.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Introducción
22
Recientemente, se ha descrito una población neuronal en el asta dorsal de la
médula espinal del gato, que muestra gran actividad espontánea asociada a los nCDP’s
espontáneos, y que es de origen cutáneo, pues los potenciales de campo producidos
por activación de aferentes cutáneos, pueden ser facilitados cuando están precedidos
por nCDP’s espontáneos (Manjarrez y cols., 1996, 1997, 1998). A continuación se
describen estos hallazgos con mayor detalle.
Localización intraespinal de los grupos de interneuronas que producen los
nCDP’s espontáneos
Gasteiger e Ichikawa en 1963 y Rudomin y colaboradores en 1987 sugirieron
que los nCDP’s espontáneos se originaban de la actividad espontánea de neuronas
en el asta dorsal de la médula espinal y quedó como un problema abierto el poder
determinar con precisión la región donde se originan estos potenciales. Para responder
esta pregunta, Manjarrez y colaboradores (1996) promediaron (n=32) el potencial
extracelular de campo espontáneo (EFP) registrado con el microelectrodo en
diferentes profundidades y sincronizado con la aparición de un nCDP espontáneo.
De esta manera midieron la amplitud de los EFP’s espontáneos a un tiempo fijo y
construyeron las gráficas de amplitud contra profundidad (Figura 5C). Los resultados
indicaron que hay un lugar preferente, cuya máxima negatividad (el pozo de
corriente), está alrededor de 1400 µm por debajo de la superficie de la médula espinal
y se encuentra localizado en una región del asta dorsal que corresponde a las láminas
de Rexed III-VI, donde también se localizan las interneuronas que responden a la
activación de aferentes cutáneos (Fig. 5C). Estos resultados sugieren que las neuronas
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Introducción
23
que generan los nCDP’s espontáneos podrían ser las mismas interneuronas que
responden monosinápticamente a la estimulación de aferentes cutáneos de bajo
umbral (Manjarrez y cols., 1996, 1997, 1998).
Durante la ejecución de un acto motor existe una interacción de sistemas segmentales con sistemas aferentes y descendentes; así, los reflejos dependen del estado
de muchas interneuronas espinales que reciben gran cantidad de influencias (Skinner
y Willis, 1970; Fu y cols, 1974; Skinner y Remmel, 1978; Edgley y Jankowska,
1987; Wall y Lidierth,1997). Es posible pensar entonces en grupos neuronales que
son los responsables de la fluctuación en los reflejos espinales. Entre los grupos de
neuronas candidatos se encuentran: las neuronas que median la inhibición presináptica (Rudomin y Dutton, 1969a); las neuronas de la sustancia gelatinosa (Wall y
Lidierth, 1997), pues se les ha asociado con la generación de DRP’s espontáneos; o
bien, las neuronas que generan los nCDP’s espontáneos (Manjarrez y cols., 1996,
1997, 1998).
Introducción
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
A
50 µV
24
nCDP-espontáneo
100 ms
nCDP-espontáneo
B
50 ms
nCDP provocado
CDP
C
EFP-espontáneo
EFP
EFP provocado
AMPLITUD DEL EFP (µV)
100
0
-100
-200
-300
EFP-espontáneo
2000
PROFUNDIDAD (µm)
EFP provocado
0
2 mm
_
+
4000
Figura 5. Distribución intraespinal de los potenciales de campo asociados a nCDP's espontáneos y potenciales de campo monosinápticos producidos por estimulación de aferentes cutáneos. A, nCDP's-espontáneos registrados en la superficie de la médula espinal a nivel L6 (izquierda) y nCDP's espontáneos promedio
obtenidos por aquellos potenciales espontáneos que excedieron un nivel de ventana arbitrario mostrado por la
línea horizontal (derecha). B, nCDP's espontáneos promediados (como en A) y nCDP's registrados en el dorso
de la médula provocados por estimulación al nervio cutáneo peroneo superficial (pulsos únicos, 1.2xT). C,
izquierda: potenciales promedio de campo extracelulares (EFP's) espontáneos y provocados por la estimulación
al nervio peroneo superficial registrados a diferentes profundidades como lo indican la flechas. Centro: Gráfica
de amplitud de los nCDP's-espontáneos (círculos) y EFP's provocados (triángulos) contra la profundidad del
registro. Derecha: sección transversal del segmento espinal L6 superponiendo los contornos isopotenciales de
los EFP's espontáneos y provocados derivados de una serie de 4 penetraciones mostradas por las líneas paralelas. Nótese que la negatividad máxima parece ocurrir en la misma región del asta dorsal.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Introducción
25
Planteamiento del problema
Se ha mencionado anteriormente que las neuronas que responden a la activación de aferentes cutáneos, se localizan en la misma región (Láminas III-VI) que las
neuronas responsables de generar los nCDP´s espontáneos (Manjarrez y cols., 1996).
Además, las neuronas que responden a la estimulación de aferentes cutáneos presentan efectos sobre la vía del reflejo monosináptico (Lund y cols., 1965), actuando
sobre de la interneurona de primer orden que media la PAD de aferentes Ia (Rudomin y cols., 1986). Aunado a estos resultados, se tiene evidencia de que la variabilidad de los reflejos monosinápticos puede ser modulada presinápticamente (Rudomin
y Dutton, 1969a), por lo que en este trabajo nos propusimos explorar si las
interneuronas del asta dorsal, que son responsables de generar los nCDP’s espontáneos, contribuyen a la variabilidad que presenta la amplitud del reflejo monosináptico,
de la misma manera que lo hace la influencia de los aferentes cutáneos.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Hipótesis y Objetivos
26
HIPÓTESIS
El origen de la variabilidad en la amplitud del reflejo monosináptico se debe,
en parte, a la participación de las fluctuaciones de la actividad espontánea poblacional
de interneuronas del asta dorsal de la médula espinal.
OBJETIVOS
Objetivo general.
Examinar la relación funcional entre las fluctuaciones de la actividad espontánea poblacional de las interneuronas del asta dorsal y la amplitud del reflejo
monosináptico.
Objetivos específicos.
1. Analizar la amplitud de las respuestas monosinápticas cuando son precedidas por nCDP´s espontáneos (de diferente amplitud).
2. Analizar la amplitud de las respuestas reflejas monosinápticas que son precedidas por nCDP´s espontáneos registrados en el dorso de la médula a diferentes
intervalos de tiempo.
3. Explorar el efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP´s
espontáneos sobre la amplitud de los reflejos monosinápticos condicionados por la
estimulación de fibras que producen inhibición presináptica.
4. Explorar el efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP´s
espontáneos sobre la despolarización de aferentes primarios musculares.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Material y Métodos
27
MATERIAL Y MÉTODOS
Preparación experimental.
Para los experimentos se emplearon 32 gatos anestesiados con pentobarbital
sódico a una dosis de 35 mg/kg i.p. La presión arterial fue monitoreada mediante un
cateter colocado en la arteria carótida izquierda y conectada a un transductor de
presión. La temperatura fue mantenida a 37°C irradiando luz infrarroja. En cada
experimento se expuso la médula espinal, a nivel lumbosacro y torácico bajo mediante una laminectomía de las vértebras correspondientes. Se seccionaron las raíces
ventrales L5, L6, L7 y S1, así como las columnas dorsales a nivel de T12. Se disecaron y seccionaron los nervios del bíceps posterior y semitendinoso (PBSt), sural
(SU), peroneo superficial (SP), gastrocnemio-soleo (GS). Estos nervios fueron montados en electrodos bipolares de plata clorurada con la finalidad de estimulación.
Registro.
Se realizó el registro de potenciales de raíz dorsal (DRP’s) a nivel de L7 por
medio de electrodos bipolares de gancho de plata clorurada. Simultáneamente se
hizo el registro del reflejo monosináptico en las raíces ventrales a nivel de L7 y en
algunos casos L6. Los potenciales espontáneos del dorso de la médula (nCDP´s espontáneos) se registraron a través de un electrodo de plata con un polo colocado en el
dorso de la médula, en forma de bolita para no lesionar el tejido, y el otro insertado
en los músculos paravertebrales.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Material y Métodos
28
Las señales registradas del CDP, DRP y el reflejo monosináptico se llevaron a
amplificadores de AC (Grass P511), donde las señales se amplificaron x5000 para el
caso del CDP, x2000 para el reflejo monosináptico y x10000 para el caso del DRP.
Las frecuencias de corte (filtros pasa bajas y pasa altas) de los registros fueron de 0.3
Hz y 30 KHz para todas las señales registradas. Posteriormente, las señales se
digitalizaron (frecuencia de digitalización 100 KHz) en una interface analógico digital
(DigiData 1200 de Axon Instruments) para su posterior análisis. La actividad espontánea del dorso de la médula (nCDP's espontáneos) se pasó por un discriminador de
ventana (WPI 121) de tal forma que cuando un potencial espontáneo superó el nivel
de ventana indicado, se generararon pulsos de estimulación programados a los nervios indicados anteriormente. Esto se hizo con la finalidad de inducir un reflejo
monosináptico y correlacionar la respuesta de la estimulación cuando fue precedida
por un potencial espontáneo del dorso de la médula.
Los reflejos monosinápticos se provocaron mediante la estimulación a los nervios musculares GS y PBSt mediante un estimulador de pulsos programable (Master
8 de AMPI). La intensidad de la estimulación se expresó como múltiplos del valor
umbral (xT), que para las fibras sensoriales se determinó cuando apareció la primera
deflección negativa (salva aferente) registrada en el dorso de la médula.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Material y Métodos
29
Método de discriminación por amplitud de las señales.
Los nCDP’s espontáneos fueron seleccionados por amplitud mediante un
discriminador de ventana. De esta manera, un evento espontáneo específico pudo
activar un estímulo a las fibras
sensoriales que produjeron el reflejo monosináptico, con lo cual
A
50 µV
150 ms
B
se obtuvieron reflejos que sólo
fueron precedidos por eventos
nCDP + Reflejo
Reflejo sólo
espontáneos.
nCDP sólo
CDP
VRP
Método de estimulación activada por eventos espontáneos.
Se empleó un dispositivo
electrónico que permitió examinar la respuesta producida por
la estimulación de una vía sensorial, cuando esta fue precedida a distintos intervalos de tiempo por potenciales espontáneos
registrados en el dorso de la médula (Fig. 6). El sistema genera
un pulso de sincronía o de
Estímulo 1
Estímulo 2
Discriminador Analógico T1
de Alternancia
IN
nCDP
OUT
Stim
T2
T3
Figura 6. Representación esquemática del sistema que permitió el
análisis de respuesta a estímulos de vías sensoriales precedidas
por nCDP´s. A, Potenciales espontáneos registrados en la superficie
de la médula espinal (nCDP’s espontáneos), la línea punteda
esquematiza el nivel de ventana bajo el cual fueron discriminados. B,
Diagrama esquemático del funcionamiento del equipo. Este consta de
una entrada, tres salidas de sincronía (T1, T2, T3) y una de estimulación
(Stim) que fue usada para activar las aferentes sensoriales (con los
estímulos 1 y 2) y producir los potenciales provocados. La ocurrencia
de T1 indica que un potencial provocado (condicionado) fue precedido por un nCDP, T2 corresponde a un potencial provocado (no-condicionado) y T3 a la ocurrencia de un nCDP espontáneo solo.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Material y Métodos
30
estimulación específicamente cuando un evento espontáneo aparece, además de impedir durante un tiempo que es definido por el usuario, que un nuevo evento espontáneo genere los pulsos de sincronía o estimulación. Este sistema solo requiere que la
entrada sea una señal de voltaje variable en el tiempo que pueda ser discriminada por
amplitud. El equipo permite la alternancia de tres eventos: el potencial provocado
(por el estímulo de prueba 1) precedido por el potencial espontáneo (nCDP), el potencial provocado (por el estímulo de prueba 2) no precedido por un potencial espontáneo y el potencial espontáneo solo (Fig. 6). La alternancia de estos eventos ocurre
con un intervalo de tiempo elegido por el usuario (0.5-2s). Ello garantiza que las
comparaciones promedio entre las respuestas condicionadas y no-condicionadas no
se vean afectadas por posibles no estacionariedades atribuibles al estado de la preparación experimental.
Cada vez que un potencial espontáneo es detectado por un discriminador de
ventana, un pulso TTL, referido a este potencial, es enviado al equipo. Entonces se
activa el siguiente protocolo (Fig. 6B) que se divide en dos partes:
I) Un intervalo de tiempo (0-200ms) después de haber accesado el pulso TTL (correspondiente al nCDP espontáneo discriminado), se activa el estímulo de prueba 1
que genera un potencial provocado (condicionado). En seguida el equipo empieza a
monitorear la entrada con el objeto de detectar cualquier nCDP espontáneo que ocurra en un rango de 0.5-1 s de intervalo de muestreo (seleccionado por el usuario). Si
en este intervalo no se presenta un nCDP espontáneo, se activa el estímulo de prueba
2 que genera un potencial provocado (no-condicionado); de lo contrario, no se pro-
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Material y Métodos
31
duce estimulación II) y se inhabilitan los estímulos 1 y 2, permitiendo la detección de
un nCDP espontáneo solo. Estas dos partes del protocolo se activan sucesivamente
en forma alternada, de manera que cuando ocurre un nCDP espontáneo, comienza la
parte I del protocolo con intervalo de tiempo de 1-2s (seleccionado por el usuario).
Terminado este intervalo, el equipo está listo para llevar a cabo la parte II en cuanto
reciba otro nCDP espontáneo, y así sucesivamente. De esta manera se obtienen reflejos precedidos por nCDP's espontáneos, asi como reflejos no precedidos por dichos
eventos.
Análisis de datos.
Se calculó la varianza de la amplitud que presentó el reflejo monosináptico a
diferentes niveles de discriminación. Este análisis se realizó tomando en cuenta diferentes intervalos de tiempo entre la ocurrencia de un nCDP espontáneo y la
estimulación provocada a algún nervio. Se hizo el cálculo del coeficiente de correlación lineal entre las amplitudes de los nCDP’s espontáneos y los reflejos
monosinápticos.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
32
RESULTADOS
En este estudio se emplearon 32 gatos adultos sin distinción de su sexo. En
una primera serie de experimentos, se analizó el efecto de la activación espontánea
de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la respuesta refleja
monosináptica producida por la estimulación al nervio GS. Con ayuda del estimulador
activado por eventos espontáneos (vease métodos) fue posible obtener reflejos que
no estuvieron precedidos por nCDP's espontáneos (Fig. 7A-B), ya que el sistema
realiza una estimulación automática cuando detecta que no se ha presentado ningún
evento que rebase el nivel de ventana bajo los cuales se discriminan dichos nCDP's
espontáneos. En la figura 7D se ilustra el registro promedio de los reflejos
monosinápticos precedidos por nCDP´s espontáneos de amplitud fija. Las figuras
7B-D corresponden a los registros expandidos de reflejos monosinápticos empleados para obtener la figura 7E. Se eligió un intervalo de tiempo de 15 ms entre los
nCDP's espontáneos condicionantes y la estimulación que produjo el reflejo
monosináptico. Se empleó dicho intervalo ya que el mayor efecto en la reducción de
la variabilidad de los reflejos monosinápticos por condicionamiento de aferentes
cutáneos se obtiene entre los 15 y 20 ms (Rudomin y cols., 1969). Los resultados
obtenidos muestran que los reflejos precedidos por nCDP's espontáneos presentaron
una amplitud mayor que aquellos que no fueron precedidos por dichos eventos (Fig.
7E). Se puede observar una diferencia del 62.9% en la amplitud de reflejos condicionados por nCDP's espontáneos respecto a reflejos que no se encontraron precedidos
por estos eventos espontáneos. El mismo análisis se realizó en cinco experimentos,
obteniéndose una diferencia promedio de un 55.6±12.2%, la cual fue estadísticamente
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
33
Resultados
significativa (p<0.05, t=3.6, g.l.=8; t de Student) para cada uno de ellos. Estos resultados sugieren que las neuronas responsables de generar los nCDP's espontáneos
facilitan la vía del reflejo monosináptico (aferente Ia-motoneurona), pues es claro
que la amplitud de los reflejos precedidos por los nCDP's espontáneos muestran ser
significativamente mayores con respecto a la amplitud de aquellos reflejos
monosinápticos no precedidos por dichos eventos.
A
C
CDP provocado por
estimulación a GS
CDP provocado por
estimulación a GS
nCDP espontáneo
CDP
Artefacto de
estimulación
Reflejo monosináptico
VRP
200 µV
25 ms
D
B
VRP
200 µV
1 ms
40
No. de muestras
E
Reflejos no precedidos
por nCDP's espontáneos
Reflejos precedidos
por nCDP's espontáneos
30
20
*
10
0
100
200
300
400
500
Amplitud del reflejo (µV)
Figura 7. Efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la amplitud del
reflejo monosináptico. A, registro promedio de reflejos monosinápticos provocados por estimulación a GS (2xT), no
precedidos por nCDP's espontáneos. B, amplificación temporal de los mismos registros que A. C, mismo tipo de registros,
pero con los reflejos monosinápticos precedidos por nCDP's espontáneos (15 ms de intervalo). Nuevamente, en D, se
amplificó el registro correspondiente al reflejo (raíz ventral L7); nótese como las amplitudes de los reflejos son diferentes
de aquellos que no estan precedidos por nCDP's espontáneos. En E, se muestra la distribución de las amplitudes de los
reflejos monosinápticos precedidos por nCDP's espontáneos (barras negras) y los no precedidos por nCDP's (barras
grises). Los valores de media y desviación estandar se esquematizan por las líneas horizontales insertadas. Ambos
conjuntos de datos resultan tener diferencias estadísticamente significativas (*p<0.05, t=27.7, g.l.=445, t de Student).
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
34
Modulación de la amplitud del reflejo monosináptico por la activación de las
neuronas que generan los nCDP's espontáneos
Los resultados de la figura 6, sugieren que la amplitud de los reflejos
monosinápticos podría ser modulada por la activación espontánea de las neuronas
que generan los nCDP´s. Con el fin de examinar esta posibilidad, en 6 experimentos
se analizaron los reflejos precedidos por nCDP's espontáneos de diferente amplitud.
Para ello, en cada experimento, se promediaron (n=16) los reflejos precedidos por
nCDP's espontáneos de diferente amplitud. Tales eventos fueron discriminados mediante una ventana, colocando una apertura entre el nivel superior y el inferior de 8
µV (se tomo dicho intervalo ya que la relación señal ruido varía aproximadamente en
ese orden de magnitud). De esta manera los nCDP's espontáneos discriminados solo
variaron en ese rango de amplitudes. Se realizaron los promedios de los registros de
reflejos precedidos por nCDP's espontáneos de diferente amplitud, los resultados de
un experimento se muestran en la figura 8. El promedio de todos los experimentos
indicó una alta correlación positiva (r=0.92±0.02) entre la amplitud de los nCDP's
espontáneos y la amplitud de los reflejos monosinápticos. Cuando la correlación se
hizo con los datos normalizados y agrupados de todos los experimentos (Fig. 11A),
la alta correlación se mantuvo (r=0.88). Lo cual indica claramente que la variabilidad que presentan los reflejos monosinápticos se encuentra estrechamente relacionada con la actividad de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos.
Para verificar que el efecto descrito anteriormenrte era debido a una acción
sináptica sobre la vía refleja monosináptica, se analizó la respuesta de la raíz ventral
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
35
en ausencia de estimulacíon. La figura 9 ilustra la relación entre la amplitud máxima
obtenida en registros de la raíz ventral y nCDP's espontáneos en ausencia de
estimulación. Para ello se realizaron registros de la raíz ventral sincronizados con la
aparición de nCDP's espontáneos y la relación se obtuvo midiendo la amplitud de
dichos potenciales y la respuesta máxima registrada en la raíz ventral. Como se pueA
nCDP's
espontáneos
40 µV
200 ms
nCDP
espontáneo
B
CDP provocado
(GS, 1.5xT)
CDP
VRP
80 µV
50 µV
20 ms
C
Amplitud del
reflejo monosináptico (!V)
70
60
50
r=0.96
40
0
20
40
60
Amplitud del nCDP espontáneo (µV)
Figura 8. Facilitación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la vía del reflejo
monosináptico. A, registros de la actividad espontánea del dorso de la médula (nCDP's espontáneos). Las
líneas esquematizan los niveles de ventana entre los cuales se realizaron las discriminaciones de los nCDP's;
es decir, solo fueron seleccionados aquellos nCDP's que cruzaron el nivel inferior pero no el nivel superior.
B, serie de registros del dorso de la médula (trazos superiores) y del reflejo monosináptico registrado en la
raíz ventral, provocado por la estimulación a GS (1.5xT). De izquierda a derecha, se puede observar que los
reflejos monosinápticos son de mayor amplitud cuando la estimulación que los produjo fue precedida por
nCDP's espontáneos de mayor amplitud. C, relación entre la amplitud de los nCDP's y la amplitud de los
reflejos monosinápticos para el experimento correspondiente a los registros de B; el coeficiente de correlación
(r) para este experimento fue de 0.96.
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
A
X1
X2
CDP
X3
nCDP
espontáneo
8 µV
Y2
Y1
Y3
VRP
Amplitud máxima
de raíz ventral (!V)
(VRP)
16 µV
20 ms
Yi
B
36
16
12
8
4
r = 0.15
0
0
5
10
15
20
25
30
Xi
Amplitud de
nCDP´s espontáneos (µV)
Figura 9. Relación entre la respuesta de raíz ventral y la amplitud de los nCDP's espontáneos en
ausencia de estimulación. A, trazos superiores muestran registros de la raíz ventral L6 (VRP)
sincronizada con la aparición de nCDP's espontáneos (trazos inferiores). Note la ausencia de respuesta
refleja debido a que no se estimularon las aferentes que producen dicha respuesta. B, relación entre la
amplitud de los nCDP's espontáneos y la amplitud máxima obtenida en los registros de la raíz ventral
durante el tiempo de ocurrencia de los nCDP's espontáneos. Nótese la carencia de correlación entre
ambos eventos. Los símbolos insertados en la gráfica señalan los puntos obtenidos de los registros de A
medidos a partir de la línea basal mostrada.
de observar, no existe una relación lineal entre la variabilidad en el registro de la raíz
ventral, en ausencia de estimulación, y el registro del dorso de la médula (nCDP's
espontáneos). Ello sugiere que la relación lineal encontrada entre la amplitud de los
nCDP's espontáneos y los reflejos monosinápticos es de origen sináptico y posiblemente se deba a una acción pre y/o postsináptica de las neuronas que generan los
nCDP's espontáneos sobre la vía aferente Ia-motoneurona.
Se realizó también el análisis de las amplitudes de los reflejos monosinápticos
precedidos por nCDP's espontáneos a diferentes intervalos de tiempo, es decir, una
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
37
caracterización de la influencia que ejercen los nCDP's espontáneos sobre el reflejo
monosináptico en relación al tiempo que transcurre entre ambos eventos (n=4). Para
ello se aplicaron estímulos a nervios musculares (en tres experimentos a GS y en uno
a PBSt). La aplicación de estos estímulos produjo reflejos monosinápticos, los cuales se precedieron por nCDP's espontáneos. Esto se repitió variando el intervalo temporal entre la aparición de los nCDP's espontáneos y la estimulación que produjo el
reflejo monosináptico. La figura 10 muestra el análisis obtenido en un experimento,
nCDP espontáneo
CDP provocado
GS (1.2xT)
CDP
Reflejo
monosináptico
VRP
120
Amplitud del
reflejo monosináptico (µV)
A
B
20 ms
80 µV
100 µV
115
110
105
τ=19.9
100
95
0
20
40
60
80
100
Intervalo de tiempo (ms)
nCDP + GS (1.2xT)
Figura 10. Curso temporal de la facilitación producida por la activación de las neuronas que generan los
nCDP's espontáneos sobre el reflejo monosináptico. A, trazos superiores muestran el registro realizado en el
dorso de la médula (CDP) y los trazos inferiores el registro realizado en la raíz ventral (VRP). En este segundo
trazo se ilustran los reflejos monosinápticos producidos por la estimulación del nervio GS (1.2xT). Los registros
se hicieron a diferentes intervalos de tiempo entre la aparición de los nCDP´s espontáneos y los reflejos
monosinápticos. B, relación entre dicho intervalo de tiempo y la amplitud de los reflejos monosinápticos para este
experimento en particular. Se puede observar que la facilitación que ejercen los nCDP's espontáneos sigue un
curso temporal muy característico, con una constante de tiempo τ=19.9.
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
A
B
Reflejos flexores (PBSt) r = 0.83
Reflejos extensores (GS) r = 0.94
N=6
140
130
120
110
100
130
Facilitación (% del control)
Facilitación (% del control)
150
38
N=4
120
110
nCDP espontáneo
promedio
100
2
4
6
8
10
Amplitud del nCDP espontáneo (ua)
0
5
10
15
Intervalo de tiempo (ms)
20
Figura 11. Facilitación de la vía refleja monosináptica. A, correlaciones obtenidas entre la
amplitud de los nCDP's espontáneos, que preceden a la estimulación que provoca la aparición
del reflejo monosináptico y las amplitudes de dichos reflejos (datos normalizados). Los datos
fueron obtenidos de reflejos monosinápticos provocados por estimulación de nervios flexores
(PBSt) y extensores (GS). B, curso temporal que sigue la facilitación de la vía refleja, el cual se
obtiene al relacionar el intervalo de tiempo (entre la aparición de los nCDP's espontáneos y los
reflejos monosinápticos) contra la amplitud del reflejo monosináptico condicionado. A la gráfica
se le ha superpuesto (línea continua) el registro de un nCDP espontáneo promedio. Los datos
mostrados en el panel B corresponden a la media mas menos la desviación estandar de 4
experimentos. Los datos de A corresponden a 6 experimentos donde cada símbolo indica los
resultados obtenidos para cada uno de ellos.
donde se puede observar que los reflejos monosinápticos redujeron su amplitud conforme se incrementó el intervalo de tiempo entre los eventos espontáneos (nCDP´s)
y los reflejos monosinápticos. Este análisis se hizo promediando eventos (n=16), a
diferentes intervalos de tiempo, en los que la amplitud de los nCDP's espontáneos se
mantuvo constante. Se encontró que la facilitación que ejercen los nCDP's espontáneos sobre el reflejo monosináptico fue máxima al pico de los nCDP's espontáneos
promediados y decayó de manera muy similar a la fase de caída de los nCDP's espontáneos promedio (Fig. 11B).
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
39
Modulación de la inhibición presináptica de la vía aferente Ia-motoneurona por
la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos
El efecto que la actividad espontánea tiene sobre la respuesta refleja espinal
monosináptica, podría deberse a una modulación a nivel presináptico y/o postsináptico de la vía refleja. Para responder esto, se llevó a cabo una serie experimental
(n=6) donde se analizó el efecto de los nCDP's espontáneos sobre la inhibición presináptica. El protocolo experimental (esquema inferior de la figura 12), consistió en
producir la inhibición presináptica de la vía refleja de GS cuando se estimuló al
nervio PBSt, a un intervalo de 25 ms, 3 choques a 300 Hz (donde es bien conocido se
obtiene el máximo efecto de inhibición; Eccles, 1964a). Precediendo a este protocolo de inhibición presináptica, se estimuló un nervio cutáneo (SU) a una frecuencia de
0.7 Hz, o bien, la aparición de un evento espontáneo (nCDP) a 30 ms de intervalo. En
la figura 12 se muestran los promedios de 16 registros obtenidos en un experimento.
Se puede observar que el efecto de la reducción de la amplitud del reflejo por inhibición presináptica (Fig. 12B), se revirtió por la estimulación previa al nervio SU (Fig.
12C), como ya ha sido reportado previamente (Lund y cols., 1965; Rudomin y cols.,
1983; Nakashima y cols., 1990). Este mismo efecto pudo observarse cuando el protocolo de inhibición presináptica se precedió por la aparición de algún nCDP espontáneo (Fig. 12D). La amplitud del reflejo monosináptico disminuyó en un 58.3±12.5%
(n=6) cuando la estimulación que lo produce estubo condicionada por la estimulación
al nervio PBSt (inhibición presináptica del reflejo monosináptico). El efecto de reversión de la inhibición fue de 56.4±31.2% (n=4) cuando se condicionó con la
estimulación a SU, y de un 39.04±26.6% (n=6) cuando se condicionó por la activa-
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
40
ción de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos. Esto indica que muy probablemente la facilitación que realizan la neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la vía refleja se de por una influencia presináptica. Tal influencia posiblemente ocurra a nivel de la neurona de primer orden, como ya ha sido reportado para
las aferentes de origen cutáneo (Rudomin y cols., 1983; 1986; Quevedo y cols., 1995;
véase origen de los nCDP's espontáneos en la discusión).
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
A
B
C
41
D
CDP
GS
PBST
SU PBST GS
GS
Spont. PBST GS
(1)
Reflejo
monosináptico
VRP
(2)
Reversión
Reversión
% de reversión
respecto al control (PBSt+GS)
E
100
80
32 µV
200 µV
SU+PBSt+GS
20 ms
N=6
nCDP+PBSt+GS
60
40
20
Neuronas que generan los
nCDP's espontáneos
PBSt+GS
0
CUT (SU)
Ia flexor (PBSt)
+
_
+
Ia extensor (GS)
+
Ia flexor (PBSt)
+
_
+
Ia extensor (GS)
+
_
_
+
(1) Lund y cols., 1965
+
(2) Esta tesis
Figura 12. Efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la inhibición
presináptica del reflejo monosináptico. A-D, Trazos superiores de izquierda a derecha: promedios de 16 de
potenciales del dorso de la médula y de los reflejos monosinápticos: A, estimulación al nervio GS (1.5xT). B,
estimulación a GS precedida por estímulación al nervio PBSt (2xT a un intervalo de 25 ms) con la finalidad de
inhibir presinápticamente la vía refleja. C, precediendo al protocolo de inhibición presináptica por estimulación al
nervio SU (1.2xT, 30 ms de intervalo). D, precediendo al protocolo de inhibición presináptica por nCDP's espontáneos
(30 ms de intervalo). A-D, Trazos inferiores: registros promedio correspondientes a los reflejos obtenidos en la raíz
ventral L6; nótese como el reflejo producido por estimulación a GS se decrementa cuando se precede por la
estimulación a PBSt (inhibición presináptica); sin embargo, cuando se antecede por estimulación a SU o un evento
espontáneo (nCDP), el efecto inhibitorio de la inhibición presináptica se revierte (las líneas horizontales se han
colocado con objeto de evidenciar el efecto de reversión). E, histograma del efecto en la reversión de la inhibición
presináptica obtenido en 6 experimentos (39.04± 26.6). En la parte inferior se esquematizan las conexiones sinápticas
conocidas entre las aferentes musculares y aquellas de origen cutáneo (izquierda) y las conexiones propuestas en
este trabajo de tesis (derecha). Se puede observar que las neuronas que generan los nCDP's espontáneos, así como
de las fibras de origen cutáneo comparten características semejantes, ya que su efecto sobre la inhibición presináptica
de la vía refleja es similar (vease figura 18 en la discusión).
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
42
Modulación de la PAD de aferentes musculares por la activación de las neuronas
que generan los nCDP's espontáneos
Para poder separar la activación de las aferentes Ia de las Ib se registró la salva
aferente, como lo muestra la figura 13, donde se observa que a intensidades de
estimulación entre 1.0-1.4 xT sólo se activan las fibras Ia. Sin embargo a mayores
intensidades (entre 1.4-1.7 xT) se logran reclutar también las aferentes Ib.
De acuerdo a Lund y colaboradores (1965), los DRP´s producidos por la
estimulación de aferentes Ia pueden ser inhibidos, cuando la estimulación que los
produce es precedida por la estimulación de aferentes cutáneos. En contraste, los
A
B
Ia
Ia
Ib
CDP
800µV
Amplitud de las salvas
aferentes Ia y Ib (%)
C
1ms
100
75
Ia
50
Ib
25
0
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
Intensidad de estimulación a PBSt (xT)
Figura 13. Caracterización de las fibras aferentes musculares por su respuesta a la intensidad
de estimulación. A, registros de la salva aferente provocada por la estimulación de PBSt a diferentes
intensidades de estimulación (1.1, 1.2 y 1.3 xT). B, lo mismo que en A pero las intensidades de
estimulación se incrementaron (1.5, 1.6 y 1.7 xT) para activar a las aferentes Ib. Nótese, de izquierda
a derecha, cómo al aumentar la intensidad del estímulo aparecen los componentes correspondientes
a la excitación de fibras del tipo Ia y Ib. C, relación entre la intensidad del estímulo aplicado contra
la amplitud de los componentes Ia ( ) y Ib ( ) registrados en el dorso de la médula espinal.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
43
DRP´s producidos por la activación de aferentes Ib se ven facilitados, cuando la
estimulación que produce tales DRP´s es precedida por la estimulación de aferentes
cutáneos. Con el fin de examinar si las neuronas que generan los nCDP´s espontáneos comparten la misma propiedad, se analizó el efecto de los nCDP's espontáneos
sobre la PAD producida por la estimulación de aferentes musculares Ia así como Ib.
La figura 14 muestra los efectos que tienen la aparición de los nCDP´s espontáneos
sobre los DRP´s provocados por la estimulación de estas aferentes. Para ello se
promediaron (n=32) DRP's asociados a nCDP's epontáneos (Figs. 14A y 14E), DRP´s
provocados por la estimulación a PBSt a diferentes intensidades de estimulación
(Figs. 14B y 14F) y DRP´s provocados por la estimulación a PBSt pero precedidos
por nCDP's espontáneos (Fig. 14C y 14G). Como se puede observar (Fig. 14), la
PAD producida por la estimulación de fibras aferentes Ia provenientes de un músculo flexor se inhibió cuando la estimulación estuvo condicionada por nCDP's espontáneos (comparar registros de las figura 14D con 14B). Sin embargo se observó un
efecto diferente cuando se incrementó la intensidad de estimulación para reclutar a
las aferentes Ib, ya que la PAD producida por la estimulación de fibras Ib del nervio
PBSt se facilitó cuando la estimulación se encontró precedida por nCDP's espontáneos (comparar registros de las figuras 14H con 14F). El efecto inhibitorio de los
nCDP's espontáneos sobre la PAD, que se obtuvo al estimular solamente aferentes
Ia, fue de 38.04±12.3 (n=5) y el efecto facilitador de la PAD obtenida al estimular
aferentes Ia así como las Ib fue de 19.8±5.1 (n=5). Este efecto diferencial que presentan las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la PAD provocada a
las aferentes Ia y Ib fue similar al efecto que tienen los aferentes cutáneos (Lund y
cols., 1965), lo que apoya aún mas la propuesta acerca del origen cutáneo de las
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
44
neuronas con actividad espontánea del asta dorsal y de su posible acción moduladora
sobre la vía refleja. Por lo tanto, estos resultados sugieren un origen presináptico en
cuanto al efecto que presentan estas neuronas sobre la vía refleja monosináptica, ya
que la PAD está asociada con la inhibición presináptica del reflejo monosináptico.
Sin embargo, no se puede descartar la participación de un efecto a nivel postsináptico (ver Gossard y cols., 1994).
A
C
B
nCDP
PBSt (1.15xT)
nCDP+PBSt
Ia
D
C-A
40µV
1 ms
50ms
I
N=5
CDP
%
100
nCDP
espont.
50
20µV
DRP
0
E
G
F
nCDP
PBSt (1.6xT)
Ia
Ib
nCDP+PBSt
PBSt nCDP+PBSt
H
G-E
40µV
50ms
CDP
J
nCDP
espont.
N=5
150
%
100
250µV
50
DRP
0
PBSt nCDP+PBSt
Figura 14. Cambios en la amplitud de los DRP's provocados por estimulación de aferentes musculares
durante la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos. A-D, efectos de los DRP's
provocados por la estimulación de aferentes Ia en el nervio PBSt. Los trazos superiores son registros realizados
en la superficie dorsal de la médula (CDP). Los trazos inferiores son registros realizados en la raíz dorsal mas
caudal de L6. A, DRP's registrados durante la ocurrencia de nCDP's espontáneos. B, DRP's producidos por la
estimulación del nervio PBSt (1.2xT). C, DRP's producidos por la estimulación a PBSt pero precedidos por
nCDP's espontáneos (30 ms de intervalo). D, diferencia entre los registros de C y A donde se observa una
depresión del DRP producido por la estimulación a PBSt. E-H, lo mismo que A-D pero la estimulación a PBSt
se incrementó a 1.6xT para activar tanto fibras aferentes Ia como Ib (la salva aferente se muestra en los recuadros
de D y H). Nótese la facilitación de los DRP's durante la ocurrencia de los nCDP's espontáneos. Todos los trazos
son el promedio de 32 señales. I-J, histogramas de comparación de los promedios de 5 experimentos, en la
inhibición y facilitación de los DRP's producidos por la activación de aferentes Ia y Ib respectivamente. La
abreviación nCDP en las gráficas y registros se refiere a los nCDP's espontáneos.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
45
Modulación de la variabilidad del reflejo monosináptico por la activación de las
neuronas que generan los nCDP's espontáneos
Como se puede ver el la figura 10, existe una facilitación de los reflejos
monosinápticos cuando estos ocurren durante los nCDP´s espontáneos. Sin embargo, se sabe que la estimulación a una frecuencia constante de la fibras aferentes Ia,
provocan respuestas reflejas monosinápticas de amplitud variable (Hunt, 1955; Somjen
y Heath, 1966; Rudomin y Dutton, 1969a; Gossard y cols., 1994). Probablemente la
amplitud de estas respuestas reflejas monosinápticas sea debida a variaciones en la
actividad de las neuronas con actividad espontánea del asta dorsal, y que son las
responsables de generar los nCDP´s espontáneos. En la figura 15A se muestran los
registros superpuestos de reflejos monosinápticos provocados por la estimulación al
nervio PBSt a una frecuencia constante (0.5 Hz). Se puede observar que existe una
variabilidad considerable de estos reflejos (ver los trazos expandidos de la figura
15B). La figura 15B muestra la relación de la amplitud promedio de estos reflejos a
diferentes intensidades de estimulación y los círculos llenos de las figuras 15C y D
sus respectivas varianzas y coeficientes de variación. En estudios previos se ha descrito que la relación entre las amplitudes promedio de los reflejos monosinápticos y
la varianza que presentan, sigue una forma parabólica (Rudomin y Dutton, 1969a),
por ello se ha ajustado una función cuadrática a los datos de la figura 15C.
Los reflejos precedidos por nCDP´s espontáneos de amplitud variable se compararon con aquellos precedidos por nCDP´s espontáneos de la misma amplitud (Fig.
15D). En esas condiciones, las respuestas monosinápticas presentaron menor varia-
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
A
46
D
CDP
40 µV
35 µV
10 ms
Reflejos monosinápticos
VRP
E
250
200
150
100
10 µV
2 ms
50
250
Amplitud del reflejo
monosináptico (µV)
1.2
1.4
1.6
1.8
50
1.2
F
Estimulación a PBSt (xT)
1000
600
400
200
1.4
1.6
1.8
2.0
Estimulación a PBSt (xT)
1.0
Coheficiente de variación
Varianza (µV2)
100
2.0
800
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
0
50
100
150
200
0
250
H
Varianza (!V2)
Control
400
200
N=3
Condicionado
*
0
50
100
150
200
250
Amplitud del reflejo monosináptico (µV)
Amplitud del reflejo monosináptico (µV)
G
150
0
0
C
200
Coeficiente
de variación
Amplitud del reflejo
monosináptico (µV)
B
0.4
0.2
Control
N=3
Condicionado
*
0.0
Figura 15. Disminución de la variabilidad de los reflejos monosinápticos que ocurren durante la activación de las
neuronas que generan nCDP´s espontáneos de la misma amplitud. A, cinco registros superpuestos de los nCDP´s
espontáneos (trazo superior) y reflejos monosinápticos registrados en la raíz ventral L6 (trazo inferior) producidos por la
estimulación a PBSt 2 pulsos, 1.7xT a una frecuencia constante de 0.5 Hz. D, lo mismo que en A, pero la estimulación
estuvo precedida por la ocurrencia de nCDP´s espontáneos de una amplitud fija. B y E, media mas menos la desviación
estandar de la amplitud de reflejos monosinápticos provocados a diferentes intensidades de estimulación. C y F, varianza
y coeficiente de variación contra el promedio de los valores de amplitud de los reflejos monosinápticos de B y E. Los
círculos llenos indican los reflejos monosinápticos condicionados por nCDP´s espontáneos variables (como en A). Los
círculos vacíos indican los reflejos condicionados por nCDP´s espontáneos de la misma amplitud (como en D). Los
resultados son el promedio de 32 muestras. G-H, histogramas de comparación de la varianza y coeficiente de variación
para 3 experimentos. (*p<0.05, t de Student).
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
47
bilidad (Fig. 15E), ya que la varianza y el coeficiente de variación de las amplitudes
de estos reflejos fue menor en todo el rango de amplitudes registrado, obteniéndose
resultados muy similares en otros dos experimentos (véase figuras 15 G-H).
La estimulación de aferentes cutáneos modula la actividad de las neuronas que
generan los nCDP's espontáneos
Ya se ha mencionado que la variabilidad del reflejo monosináptico se ve reducida cuando la estimulación que produce el reflejo es preceido por la estimulación de
aferentes cutáneos de bajo umbral (Rudomin y Dutton, 1969a). Siguiendo la hipótesis acerca de que el origen en la variabilidad del reflejo monosináptico es debida a
fluctuaciones en la actividad de neuronas con actividad espontánea del asta dorsal,
se analizó el efecto de la estimulación de aferentes cutáneos sobre los nCDP's espontáneos en 4 experimentos, obteniendo resultados similares en cada uno de ellos. La
figura 16 muestra un ejemplo donde se realiza una comparación en el número de
potenciales espontáneos que aparecen antes y después de la estimulación de aferentes
de los nervios SU y SP (1 choque, 1.2xT). Se puede observar que en ausencia de
estimulación, existe una aparición periódica de nCDP's espontáneos (Fig. 16A), sin
embargo, el número de nCDP's espontáneos se suprime considerablemente entre 50
y 100 ms cuando se estimulan aferentes cutáneos (Fig. 16B-C). Se sabe que a este
intervalo de tiempo ocurre la mayor reducción en la varianza de los reflejos
monosinápticos condicionados por la estimulación de aferentes cutáneos (Rudomin
y Dutton, 1969a). De estos resultados se puede concluir que hay una relación entre la
variabilidad del reflejo monosináptico y la actividad espontánea del asta dorsal de la
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
48
médula espinal.
La inhibición en el número de potenciales espontáneos, que surge como resultado de la activación de aferentes cutáneos, es dependiente de la intensidad de
estimulación. La figura 17 relaciona la intensidad de estimulación a los aferentes
cutáneos con el parámetro de tiempo en el cual el número de potenciales espontáneos
promedio, llegó al 63% de su valor de estabilización (constante de tiempo). El valor
de estabilización se obtuvo ajustando una función sigmoidal a los datos del número
de potenciales espontáneos que aparecen posteriores a la estimulación de los aferentes
cutáneos. Esta relación indica que la inhibición en el número de nCDP´s espontáneos
que aparecen posteriores a la estimulación de aferentes cutáneos es dependiente de la
intensidad de estimulación, probablemente debido a la sumación del número de grupos neuronales que se influencían por dicha estimulación. Estos resultados sugieren
que la reducción en la variabilidad de los reflejos monosinápticos que surge como
resultado de la estimulación condicionante de aferentes cutáneos, es debida a un
reclutamiento en la actividad de las neuronas del asta dorsal que son responsables de
la generación de los nCDP's espontáneos, llevando a un silenciamiento de las neuronas
espontáneamente activas.
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
No. de nCDP's / n
A
nCDP´s espontáneos
0.16
0.12
0.08
0.04
0.00
SU 1.2xT
No. de nCDP's / n
B
0.16
0.12
0.08
0.04
0.00
SP 1.2xT
No. de nCDP's / n
C
0.16
100 µV
0.12
0.08
100 ms
0.04
0.00
Figura 16. La estimulación de aferentes cutáneos reduce transitoriamente el número de nCDP's
espontáneos. A, de arriba hacia abajo, registros superpuestos de potenciales del dorso de la médula, series
de registros individuales e histogramas de ocurrencia de los nCDP's espontáneos discriminados bajo un
nivel de ventana. B y C, lo mismo pero durante la estimulación de los nervios SU y SP (pulsos únicos 1.2xT,
0.7 Hz). Nótese cómo el número de nCDP's espontáneos que aparecen posteriores a la estimulación de las
fibras de los aferentes cutáneos se reduce respecto al número de nCDP's espontáneos presentes antes de la
estimulación.El número de barridos (n) en A fue de 66 y en B-C de 100. Este tipo de "silenciamiento" en la
ocurrencia de los nCDP´s espontáneos fue consistente en otros 3 experimentos.
49
Resultados
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
A
B
0.12
0.08
0.16
SU 1.2xT
50
0.04
0.08
0.00
0.00
0.12
0.08
0.16
SU 1.5xT
0.04
0.08
0.00
0.00
0.12
0.08
0.16
SU 2xT
0.04
0.08
0.00
No. de nCDP's / n
0.00
0.16
SU 3xT
0.08
0.12
0.08
0.04
0.00
0.00
200 ms
C
40 ms
Constante de
tiempo (ms)
Figura 17. La depresión en el número de nCDP's
espontáneos por estimulación de aferentes cutáneos es
dependiente de la intensidad de estimulación. A, de arriba
hacia abajo, serie de registros individuales e histogramas de
120
ocurrencia de nCDP's espontáneos durante la estimulación del
nervio SU a diferentes intensidades de estimulación (pulsos
r = 0.9
80
únicos, 0.7 Hz). Nótese como a medida que se incrementa la
intensidad de estimulación, se decrementa el número de nCDP's
40
espontáneos que aparecen posteriores al estímulo (la flecha
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
indica el momento de la aplicación del estímulo). B, mismos
histogramas que en A, pero a partir del momento en que es
Intensidad de estimulación (xT)
aplicado el estímulo (como lo indica la flecha). Las líneas
continuas son ajustes de funciones sigmoides realizadas a los
puntos de las gráficas. C, relación entre la intensidad de estimulación con la constante de tiempo obtenida del
ajuste realizado a las gráficas de B. La línea es el resultado de una correlación lineal, y el valor de su coeficiente
(r) se muestra insertado en la gráfica. Se puede observar que conforme se incrementa la intensidad de estimulación,
el tiempo de recuperación en el número de nCDP's espontáneos que aparecen después de aplicado el estímulo,
se incrementa. El número de barridos (n) fue de 100 para todas las intensidades de estimulación.
160
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Resultados
51
Resumen de resultados
1) La amplitud de los reflejos monosinápticos se encuentra correlacionada de manera lineal con la amplitud de los nCDP's espontáneos registrados en el dorso de la
médula espinal a nivel lumbar, y esta correlación tiene un curso temporal similar al
que presenta la fase de decaimiento de los nCDP's espontáneos.
2) Las neuronas responsables de generar los nCDP's espontáneos decrementan el
efecto inhibitorio del reflejo monosináptico producido por la activación de fibras
aferentes que participan en la inhibición presináptica de aferentes primarios.
3) La PAD producida por la estimulación de aferentes Ia se inhibe cuando la
estimulación que la produce se encuentra condicionada por nCDP's espontáneos. En
contraste, la PAD producida por la activación de aferentes Ib se facilita cuando la
estimulación que la produce se encuentra condicionada por nCDP's espontáneos.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
52
DISCUSIÓN
Los resultados indican que la variabilidad del reflejo monosináptico está asociada con la variabilidad en la amplitud de los potenciales espontáneos registrados
en el dorso de la médula espinal. Estos resultados son consistentes con los hallazgos
de Molt y Gasteiger (1976), quienes propusieron que la variabilidad de los reflejos
espinales polisinápticos puede ser modulada por interneuronas con actividad espontánea localizadas en el asta dorsal de la médula espinal.
Recientemente Arieli y colaboradores (1996) han descrito, en la corteza occipital
del gato, un fenómeno análogo cuando se presenta un estímulo visual repetitivo.
Estos autores han observado la dinámica espaciotemporal en la corteza visual primaria (áreas 17 y 18) mediante regístros de imágenes obtenidas con colorantes sensibles a voltaje, así como por registros electrofisiológicos, antes y durante la aplicación del estímulo visual. Estos autores encontraron una alta correlación entre la actividad de fondo presente antes del estímulo y la actividad provocada por el estímulo.
De esta manera fue posible predecir, de acuerdo a las condiciones iniciales, cual sería
la respuesta que se presenta ante cierto estímulo. Estos autores propusieron que es
muy probable que la variabilidad en las respuestas provocadas por el estímulo visual,
esté determinada por la actividad de las neuronas responsables de dicha actividad
espontánea, debido a la alta correlación existente entre la actividad espontánea de
fondo y las respuestas provocadas.
El origen de la actividad espontánea en el sistema nervioso ha sido estudiada
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
53
principalmente en sistemas aislados como en el hipocampo (Garaschuk y cols., 1998),
en la retina (Wong y cols., 1995), así como en la médula espinal (Provine y cols.,
1972). Se sabe que la actividad espontánea en el sistema nervioso se encuentra originada por neuronas que se encuentran conectadas sinápticamente y donde el GABA,
el glutamato, así como la acetilcolina juegan un papel importante en el acoplamiento
de estas redes neuronales (O´Donovan, 1999); sin embargo, el papel fisiológico que
juegan estas redes se ha ignorado, por lo que los resultados mostrados en esta tesis
aportan información novedosa sobre su posible función en el sistema motor.
Origen de los nCDP´s espontáneos
Hay evidencias que sugieren que las neuronas que participan en generar los
DRP's provocados por estimulación de aferentes cutáneos o musculares se encuentran en las regiones mas profundas del asta dorsal de la médula espinal (Jankowska y
cols., 1981; Rudomin y cols., 1987). Se sabe que los DRP's registrados en aferentes
de origen cutáneo pueden ser producidos por la estimulación de regiones profundas
del asta dorsal de la médula espinal del gato (1400 µm). Sin embargo, estimulaciones
mas profundas (entre 2000 y 2500 µm) a nivel del núcleo intermedio, provocan DRP's
en aferentes musculares (Jankowska y cols., 1981). Otros resultados que complementan estos hallazgos fueron realizados por Rudomin y colaboradores (1987), quienes describieron que en el núcleo intermedio de la médula espinal del gato, existen
neuronas con actividad espontánea que contactan sinápticamente con aferentes primarias en las que se registran DRP's espontáneos. Estas neuronas del núcleo intermedio reciben entradas sinápticas de aferentes musculares, de aferentes cutáneos y
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
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de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos. Estos mismos autores encontraron que los potenciales de acción de neuronas individuales registradas en el núcleo intermedio, eran precedidos por potenciales espontáneos poblacionales registrados en la superficie dorsal de la médula espinal (nCDP's espontáneos). Asimismo,
encontraron dos tipos de neuronas cuya descarga se encontraba precedida por potenciales espontáneos: las neuronas denominadas Clase I, tenían actividad relacionada
con potenciales sinápticos inhibitorios en las motoneuronas, pero no a una
despolarización de aferentes primarios. La otra clase de neuronas (neuronas Clase
II), estuvieron relacionadas con potenciales de raíces ventrales y dorsales. Aunado a
esto, encontraron que ambos tipos de neuronas recibían entradas sinápticas de aferentes
cutáneos de bajo umbral y de aferentes musculares, proponiendo que las neuronas
Clase II son aquellas que median la PAD de origen GABAérgico, y las Clase I las que
median la inhibición no recíproca de origen glicinérgico (Rudomin y cols., 1990).
Los potenciales de acción de las neuronas del núcleo intermedio (Clase I y
Clase II), descritas por Rudomin y colaboradores (1987), parecen estar sincronizados
con los nCDP's espontáneos. Ello planteó que dichos potenciales fuesen el resultado
de la activación de dos grupos de neuronas separados en el asta dorsal, que activarían
a las neuronas Clase I y Clase II del núcleo intermedio, propuesta que ha quedado
abierta a su demostración. Estos hallazgos han sugerido que las neuronas que tienen
actividad espontánea del asta dorsal de la médula espinal podrían activar sinápticamente a interneuronas del núcleo intermedio, las cuales se encuentran implicadas en
circuitos neuronales que participan en la modulación de la información sensorial y
en el control del movimiento (Jankowska y cols., 1981; Rudomin y cols., 1987). Los
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
55
resultados mostrados en esta tesis otorgan una importancia funcional de las neuronas
del asta dorsal que generan los nCDP's espontáneos, las cuales han demostrado que
participan en la modulación de la información sensorial.
Estudios recientes indican que la actividad espontánea de interneuronas del
dorso de la médula tiene un origen cutáneo, ya que es claro que los potenciales del
dorso producidos por estimulación de aferentes cutáneos se facilitan cuando esta
estimulación es precedida por nCDP´s espontáneos registrados en la superficie dorsal de la médula espinal. Este grupo de neuronas con actividad sincrónica se encuentran localizadas entre las láminas III a la VI y organizadas a todo lo largo de los
segmentos lumbares L6-L7 de la médula espinal (Manjarrez y cols., 1996, 1997,
1998). Otro hallazgo importante es que los potenciales de raíz dorsal, que son producidos por la estimulación de aferentes cutáneos de bajo umbral, también se facilitan
cuando la estimulación que los produce es precedida por la ocurrencia de nCDP´s
espontáneos. Nuestros resultados sugieren que existe una disminución de la inhibición presináptica de aferentes Ia cuando el pulso de estimulación condicionante (pulso
a PBSt + GS) es precedido por un evento espontáneo (nCDP). Ello fue inferido de la
observación de que la PAD producida por estimulación de aferentes Ia se reduce por
el condicionamiento con nCDP's espontáneos, mientras que la PAD que produce la
estimulación a aferentes cutáneos aumenta. Este hallazgo es consistente con los resultados de Lund y colaboradores (1965), quienes examinaron los efectos que tiene
la estimulación de aferentes cutáneos sobre la inhibición presináptica de aferentes
flexores sobre aferentes extensores Ia. De esta forma, las interneuronas que son responsables de producir los nCDP's espontáneos pueden actuar de forma distinta sobre
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
56
los aferentes cutáneos y sobre aferentes musculares Ia. Este hecho se ve apoyado por
trabajos recientes en donde la activación de aferentes cutáneos de bajo umbral, de las
superficies plantar y dorsal del pie en humanos, reduce la inhibición presináptica
producida por estimulación de aferentes Ia del músculo soleo sobre músculos flexores (Iles, 1996), así como por hallazgos que muestran este hecho indirectamente (Lund
y cols., 1965; Rudomin y cols., 1986). Además, existe evidencia de que asociado a la
ejecución de una contracción voluntaria, ocurre decremento en la inhibición presináptica de aferentes del músculo que se va a contraer, pero un claro aumento en la
inhibición presináptica del músculo que se contrae voluntariamente, sobre un músculo que no se contrae (Hultborn y cols., 1987). Esto sugiere que estos cambios se
deben en parte a actividad descendente (proveniente de la corteza motora) y que
además actúa de forma selectiva (Eguibar y cols., 1994 y 1997). Estos resultados se
podrían explicar si se supone que la vía refleja se encuentra modulada por las
interneuronas con actividad espontánea del asta dorsal que generan los nCDP's, siendo blanco de vías descendentes y de vías cutáneas, que en conjunto podrían ejercer
una acción indirecta sobre las respuestas motoras.
De la misma manera, se encontró que los cambios en los reflejos espinales
monosinápticos que ocurren durante la aparición de los nCDP's espontáneos son
similares a los que ocurren por la estimulación condicionante de aferentes cutáneos.
Esto concuerda con la propuesta de que las neuronas que producen los nCDP's espontáneos son las mismas que aquellas que responden a la estimulación de aferentes
cutáneos de bajo umbral (Manjarrez y cols., 1996, 1997 y 1998). Apoyando estos
resultados sobre las vías reflejas monosinápticas, se encontró también que los DRP's
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
57
producidos por la estimulación de aferentes Ia se inhiben durante la ocurrencia de
nCDP's espontáneos, no siendo así para los DRP's provocados por la estimulación de
aferentes Ib (ver figura 13). En contraste, tanto los potenciales de campo intraespinales
registrados en el núcleo intermedio del asta dorsal, como los DRP's provocados por
la estimulación de aferentes Ib y cutáneos se facilitan durante la ocurrencia de nCDP's
espontáneos (Manjarrez y cols., 1997). Estos mismos efectos son obtenidos cuando
se estimulan fibras de aferentes cutáneos de bajo umbral (Rudomin y cols., 1986),
apoyando la idea de un posible origen cutáneo de las neuronas que generan la actividad espontánea en el asta dorsal de la médula espinal.
La modulación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la
vía del reflejo monosináptico (aferente Ia-motoneurona) es muy similar a la modulación que los aferentes cutáneos ejercen sobre la misma vía. Por un lado, las aferentes
de origen cutáneo tienen acciones presinápticas selectivas sobre otros aferentes cutáneos (Eccles y cols., 1963c), así como por aferentes provenientes de los órganos
tendinosos de Golgi (aferentes Ib) (Eccles y cols., 1963d). En contraste, las neuronas
que generan los nCDP's espontáneos presentan los mismos efectos presinápticos sobre los aferentes cutáneos y sobre aferentes Ib (Manjarrez y cols., 1997). Se ha descrito que los aferentes cutáneos tienen influencia sináptica inhibitoria sobre la interneurona de primer orden que media la inhibición presináptica de aferentes Ia (ver
figura 18), provocando una disminución de la PAD de aferentes Ia y por lo tanto una
inhibición de la inhibición presináptica de la vía refleja monosináptica (Lund y cols.,
1965; Rudomin y cols., 1983 y 1986; Iles, 1996). Este efecto indirecto de las aferentes
de origen cutáneo sobre las aferentes Ia, es muy similar al efecto de las neuronas que
Discusión
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
58
generan los nCDP's espontáneos sobre la inhibición presináptica de las aferentes Ia,
el cual además sigue el curso temporal de los nCDP's espontáneos (Figura 11B).
Estas semejanzas, permiten suponer que estas neuronas se encuentran modulando la
vía del reflejo monosináptico a través de la interneurona de primer orden que media
la PAD, al igual como se ha propuesto para las aferentes de origen cutáneo (Eguibar
y cols., 1994; Quevedo y cols., 1995; Eguibar y cols., 1997).
Es claro que el GABA es el neurotransmisor involucrado en la despolarización
de aferentes primarios (véase Rudomin y Schmidt, 1999), y que la modulación de la
vía refleja monosináptica por estimulación de aferentes cutáneos no se ve afectada
Neuronas del asta dorsal
que generan los nCDP's
espontáneos
(Láminas III-VI)
Centros
supraespinales
CUT
PBSt Ia
Excitatoria
Inhibitoria
*
PBSt Ib
GABAérgica
Reflejo
monosináptico
GS Ia
MN
Figura 18. Esquema del circuito neuronal que explica la modulación de los reflejos monosinápticos por las neuronas
que generan los nCDP's espontáneos. Las neuronas que generan los nCDP's espontáneos inhiben el efecto de la
inhibición presináptica de la vía refleja monosináptica, probablemente actuando a traves de la neurona de primer orden
que media la vía de la inhibición presináptica. Este efecto es diferencial sobre las aferentes Ib y de origen cutáneo, pues
estas neuronas facilitan la despolarización de dichas aferentes. La actividad de estas neuronas podría modularse por
centros supraespinales y existiría un intercambio de información entre estas neuronas y centros superiores. El * señala a
la neurona de primer orden que media la inhibición presináptica (explicación en el texto)
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
59
por estricnina. Ello sugiere que la neurona de primer orden (marcada con * en la
figura 18) no es activada sinápticamente por la glicina (Lund y cols., 1965). Los
neurotransmisores inhibitorios mas ampliamente distribuidos en la médula espinal
son el GABA y la glicina (Willis y Coggeshall, 1991), por lo que se ha propuesto que
la modulación de la vía refleja por estimulación de aferentes cutáneos de bajo umbral
se encuentra mediada por el GABA (Rudomin y cols., 1983). Muy probablemente, la
modulación de la vía refleja monosináptica por la actividad de las neuronas que
generan los nCDP's espontáneos se encuentre también mediada por el GABA, ya que
la influencia de las neuronas espontáneamente activas del asta dorsal sobre la vía Iamotoneurona, es muy similar a las descritas para los aferentes cutáneos (Lund y
cols., 1965; Rudomin y cols., 1983). La administración sistémica de antagonistas del
GABA (como la picrotoxina y la bicuculina) no demostraría que la modulación de la
inhibición presináptica por estimulación de aferentes cutáneos se encuentra mediada
por este neurotransmisor, ya que la propia inhibición presináptica de la vía refleja se
encuentra mediada por el GABA. Esto implicaría que la administración de agentes
que bloqueen la acción del GABA evitaría la inhibición presináptica de la vía refleja,
y por lo tanto la PAD de las aferentes involucradas, por lo que sería muy difícil
analizar el efecto de los aferentes cutáneos, o de las neuronas que generan los nCDP's
espontáneos, sobre la inhibición presináptica de la vía refleja, ya que ésta se encontraría bloqueada (ver figura 18). Ello plantea un problema serio para los análisis
farmacológicos en los que está implicado el GABA. Una posible solución sería
implementar una preparación de médula espinal aislada in vitro en la que se empleara la aplicación microiontoforética de agonistas y antagonistas del GABA.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
60
En la figura 18 se muestra un esquema de las posibles conexiones entre las
neuronas con actividad espontánea del asta dorsal y los circuitos espinales que modulan la vía del reflejo monosináptico, en donde se pueden comparar las relaciones
de los aferentes cutáneos y la vía de la inhibición presináptica con las de las neuronas
del asta dorsal responsables de generar los nCDP's espontáneos.
Influencias descendentes
Las neuronas que generan los nCDP's espontáneos se encuentran reguladas
por estructuras supraespinales. Levitan y colaboradores (1968) encontraron que la
actividad espontánea, registrada en el dorso de la médula espinal del gato, decrementa
en amplitud y frecuencia cuando estimulaban la formación reticular bulbar. De la
misma manera, estos autores describieron que este decremento en la actividad espontánea del dorso de la médula se acompaña de un incremento en la excitabilidad
de las motoneuronas lumbares, manifestado por un aumento en la actividad muscular
de las extremidades posteriores, así como un decremento en la amplitud de los potenciales provocados periféricamente. Un hallazgo importante es que los nCDP's espontáneos incrementan su amplitud y frecuencia de aparición cuando se realizan
espinalizaciones en el gato anestesiado (Manjarrez y cols., 1996 y 1998), lo que
indica claramente que las neuronas que generan los nCDP's espontáneos se encuentran sometidas a la influencia de estructuras del tallo cerebral. Estos resultados se
correlacionan con las descripciones de Kasprzak y Gasteiger (1970), quienes encontraron en gatos con libre movimiento que la actividad espontánea del asta dorsal de
la médula espinal se incrementa en amplitud y frecuencia durante la fase de sueño de
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
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ondas lentas, así como en la fase del sueño de ondas rápidas. Estos resultados sugieren que existe una actividad tónica descendente que se encuentra modulando a los
grupos de neuronas con actividad espontánea del asta dorsal de la médula espinal.
Como ya se ha mencionado, las neuronas que generan los nCDP's espontáneos tienen a su vez una influencia sobre las vías reflejas monosinápticas, lo que implicaría
que la modulación descendente de los reflejos espinales podría actuar a través de
estos grupos de neuronas del asta dorsal responsables de generar los nCDP's espontáneos.
Origen de la variabilidad de los reflejos monosinápticos
Nuestros datos indican que las neuronas responsables de generar los nCDP´s
espontáneos ejercen un claro efecto de facilitación de los reflejos monosinápticos,
pues los reflejos precedidos por nCDP's espontáneos se ven aumentados en relación
a los reflejos que no se encuentran precedidos por estos potenciales. Ello es consistente con los resultados de Arieli y colaboradores (1996) en la corteza cerebral del
gato descritos anteriormente, así como por los hallazgos de Molt y Gasteiger (1976)
quienes encontraron que los reflejos polisinápticos se facilitan cuando están precedidos por actividad espontánea registrada en el dorso de la médula. Este efecto facilitador sobre la vía del reflejo monosináptico es mucho más evidente cuando se analiza la respuesta refleja monosináptica precedida por nCDP's espontáneos de diferente
amplitud (ver figura 11A). Esta correlación entre la magnitud de la respuesta refleja
y la magnitud de la actividad espontánea, así como el curso temporal que sigue dicha
correlación (ver figura 11B), implica la existencia de una influencia de las neuronas
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
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que generan los nCDP's espontáneos sobre la vía del reflejo monosináptico, la cual
puede deberse a una modulación de la vía refleja a nivel presináptico (aferentes primarias), a nivel postsináptico (motoneuronas), o bien a ambos niveles (Fig. 18).
Rall y Hunt (1955), sugirieron que las motoneuronas estaban sujetas a fluctuaciones en excitabilidad debido tanto a influencias intrínsecas como extrínsecas. De
esta manera, asumieron que las influencias extrínsecas podrían influenciar a miembros de la población en una manera correlacionada. Separaron las fluctuaciones de la
excitabilidad en dos componentes: uno donde las fluctuaciones de las unidades individuales son independientes entre sí, mientras que en el otro existen fluctuaciones en
excitabilidad correlacionadas. También propusieron que las fluctuaciones en la excitabilidad correlacionadas son la mayor fuente de variación en la respuesta de la población, independientemente del tipo de influencia que las origina (intrínseca o extrínseca). En conclusión, estos autores atribuyeron el origen de la variabilidad del
reflejo monosináptico a una modulación postsináptica. Sin embargo, Rudomin y colaboradores (1969) propusieron que las influencias que originan la variabilidad del
reflejo actúan a nivel presináptico, pues encontraron que la reducción en la variabilidad de las respuestas monosinápticas por estimulación de aferentes Ia, se reduce
presinápticamente tanto por influencia de otras aferentes musculares, como por influencia de estimulación cutánea. Además, también encontraron que esta reducción
en la variabilidad de los reflejos espinales sigue un curso temporal que asemeja al
curso temporal que sigue la PAD y por lo tanto la inhibición presináptica. De esta
manera, propusieron que esta reducción en la variabilidad podría aumentar el contraste motor entre músculos agonistas y antagonistas para originar respuestas moto-
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
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ras coordinadas (Rudomin y Dutton, 1969a).
También se ha sugerido que la varianza de grupos de respuestas monosinápticas
se incrementan con el aumento de influencias que correlacionan (entradas
correlacionantes) los elementos individuales en la vía monosináptica. De manera
que la estabilización de los reflejos monosinápticos se puede obtener con una reducción en la correlación entre elementos individuales debido a influencias presinápticas.
Por lo tanto, cambios en las fluctuaciones en la excitabilidad no correlacionada de
fibras presinápticas (aferentes Ia) o de las motoneuronas, así como cambios en la
distribución de los umbrales de disparo pueden afectar la varianza de la población
(Rudomin y cols., 1969). Así, un decremento en las entradas correlacionantes hacia
los elementos individuales de la vía, tendría efectos en la variabilidad de las respuestas reduciendo dicho parámetro. Esto quiere decir que la reducción en la variabilidad
de las respuestas que se obtienen mediante el condicionamiento, se debe a una reducción de las actividades correlacionadas de las interneuronas que afectan la transmisión de información Ia-motoneurona. Dada la alta relación que existe entre la actividad espontánea de interneuronas y las respuestas cutáneas (como ha sido documentado por Manjarrez y cols., 1996, 1997 y 1998), es muy probable que la influencia de
la actividad espontánea de la médula espinal sobre las respuestas motoras, se realice
presinápticamente, de manera similar a la influencia que sobre la vía de la inhibición
presináptica ejercen los aferentes cutáneos (ver figura 18). Es por ello que se sugiere
que la variabilidad del reflejo monosináptico tenga su origen en una influencia
correlacionante extrínseca de los elementos individuales de la vía refleja, introducida a nivel pre y/o postsináptico, por las neuronas que generan la actividad espontá-
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
64
nea registrada en el dorso de la médula (nCDP's).
En 1994, Gossard y colaboradores propusieron que la variabilidad de los reflejos monosinápticos se debe principalmente a una influencia postsináptica, aunque
no descartaron cierta influencia debida a elementos presinápticos. Estos autores estudiaron la relación entre la magnitud del reflejo monosináptico con la magnitud de
EPSP's registrados en motoneuronas (EPSP con ruido). Para ello, midieron los EPSP's
desde una línea basal arbitraria (obtenida restando la amplitud de los EPSP's integrados menos la línea de base integrada anterior a la ocurrencia del EPSP, a lo que
llamaron EPSP sin ruido). Con este procedimiento correlacionaron la amplitud del
reflejo con la línea de base anterior a la ocurrencia del reflejo (figura 19A-C). Para
11 motoneuronas registradas en 2 gatos descerebrados, encontraron que las correlaciones entre la magnitud del reflejo y el EPSP con ruido, son mayores que las correlaciones realizadas con la línea de base y con los EPSP's sin ruido; sin embargo, el
promedio de las correlaciones de los EPSP's y las magnitudes de los reflejos
monosinápticos, obtenidas en las diferentes motoneuronas registradas, no resulta ser
tan significativo (Figura 19D), como el encontrado entre las magnitudes de los reflejos y las magnitudes de los nCDP's (mostrados en la figura 11A y barra final de la
Figura 19D). Esto indica que la variabilidad que presentan las respuestas
monosinápticas no se deben únicamente a influencia de elementos postsinápticos
correlacionados, sino también a la influencia de elementos presinápticos.
En 1976, Molt y Gasteiger supusieron que la variabilidad de los reflejos espinales se originaba por la actividad de neuronas con actividad espontánea, presentes
Discusión
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Amplitud EPSP sin ruido
(unidades arbitrarias)
D
EPSP sin ruido †
Línea de base †
EPSP con ruido †
nCDP's ‡
Línea de base
r=0.67
Línea de base (unidades arbitrarias)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
C
EPSP con ruido
r=0.84
Amp. del reflejo
(unidades arbitrarias)
B
Coeficiente de correlación
promedio
Amp. del reflejo
(unidades arbitrarias)
EPSP sin ruido
r=0.50
Amp. del reflejo
(unidades arbitrarias)
A
65
EPSP con ruido (unidades arbitrarias)
EPSP
LBI
2 mV
1 ms
Figura 19. Correlaciones entre la amplitud del reflejo monosináptico y EPSP's registrados en
motoneuronas de GS durante estimulación constante. A-C, correlaciones entre la amplitud de reflejos
monosinápticos (ordenadas, en unidades arbitrarias) y eventos medidos en una motoneurona de GS (ver
texto). A, correlación realizada con la amplitud del EPSP sin ruido. B, correlacion con la línea de base
anterior a la ocurrencia del EPSP. C, correlaciones con el EPSP con ruido. D, compara las correlaciones
promedio (mas menos desviación estandar) de los coeficientes de correlación de las 11 motoneuronas así
como el coeficiente de correlación promedio obtenido al relacionar la amplitud de los reflejos monosinápticos
con la amplitud de los nCDP's espontáneos. El registro de la derecha esquematiza la forma en que fueron
obtenidas las mediciones de A-C: la línea de base intracelular (LBI) fue integrada durante un tiempo (líneas
verticales punteadas), así se le restó la línea de base integrada al EPSP integrado (entre las líneas verticales
continuas) para obtener el EPSP sin ruido. El EPSP con ruido se obtuvo sólo integrando la señal sin la resta
de la línea de base. † Modificado de Gossard y cols., 1994. ‡ Resultados de esta tesis.
en el asta dorsal de la médula espinal. Estos investigadores provocaban reflejos
polisinápticos y monosinápticos sincronizados con la ocurrencia de nCDP´s espontáneos de una determinada amplitud fija (ver figura 20) y, comparaban estas respuestas, con reflejos provocados por estímulos aplicados de manera aleatoria (líneas punteadas de la figura 20), ya sea anteriores a la ocurrencia de un nCDP espontáneo o
bien posteriores. Encontraron que los reflejos monosinápticos a veces se facilitaban
o a veces se inhibían, por lo tanto no pudieron estudiar el efecto de los nCDP's espontáneos sobre la vía del reflejo monosináptico. Estos autores, atribuyeron que este
Discusión
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
resultado negativo (contrario a su hipótesis)
A
-5mV
era debido a limitaciones en el método empleado, y en la discusión de su trabajo lo
0m V
B
REFLEX
-5V
0V
DISCRIMINATOR OUTPUT
plantearon como un problema abierto. Ade- C
más, encontraron que existía una franca
facilitación de las respuestas polisinápticas
ocurridas durante los nCDP´s espontáneos,
66
-150µV
SPINAL ELECTROGRAM
-75µV
0µV
ms
0
50
100
150
200
sin embargo, no lograron encontrar diferencias en la variabilidad de los reflejos
polisinápticos,
ni
en
los
reflejos
monosinápticos por las mismas razones explicadas anteriormente. De esta manera propusieron que existía una influencia de las
neuronas del asta dorsal sobre los reflejos
espinales, pues era claro que los reflejos
polisinápticos se veían incrementados si es-
Figura 20. Diagrama de discriminación de los
reflejos espinales. El curso temporal de C es
aplicado para los tres tazos. C, registro realizado
en la superficie dorsal de la médula espinal en
los segmentos L6 y L7. Cuando el registro alcanza
un cierto nivel umbral (mostrado por la línea
punteda en 150 µV), un circuito produce un pulso
cuadrado (línea continua en B). El pulso cuadrado
puede ser aplicado de manera aleatoria en el
tiempo (la línea punteada del tazo medio muestra
algunos de los posibles pulsos cuadrados). La fase
de ascenso del pulso cuadrado dispara un
estímulo al nervio que produce el reflejo. De esa
manera el nervio es estimulado durante la
ocurrencia de un nCDP espontáneo o bien, a un
tiempo aleatorio. A, respuesta refleja
polisináptica condicionada por la ocurrencia de
un nCDP espontáneo. Modificado de Molt y
Gasteiger, 1976.
tos ocurrían sincronizados a nCDP´s espontáneos. El método usado por Molt y Gasteiger (1976) presentaba ciertas limitaciones
pues, sólo permitía sincronizar las estimulaciones de las aferentes sensoriales cuando ocurrían nCDP´s espontáneos de una sola amplitud (línea en 150 µV de la figura
20), por lo que no fue posible analizar en detalle la variabilidad de los reflejos espinales y mucho menos de los reflejos monosinápticos, que ahora sabemos (por los
resultados de esta tesis) que su amplitud está linealmente correlacionada con la amplitud de los nCDP's espontáneos. La metodología utilizada en el presente trabajo de
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
67
tesis (Fig. 6) permitió analizar las influencias de nCDP´s espontáneos de diferente
amplitud, no sólo sobre las respuestas reflejas monosinápticas, sino también sobre la
despolarización de aferentes primarios y asociado a ello, la inhibición presináptica
de aferentes Ia. La propuesta de Molt y Gasteiger (1976) concuerda con los resultados encontrados por nosotros, ya que las neuronas responsables de originar la actividad espontánea del asta dorsal de la médula espinal, ejerce una influencia facilitatoria
sobre la vía refleja monosináptica y, de acuerdo a los resultados de estos investigadores, muy probablemente también sobre vías reflejas polisinápticas.
Los resultados presentados, también muestran que existe una reducción transitoria de la actividad espontánea en la médula espinal cuando se estimulan aferentes
cutáneos, tal como puede verse en la figura 16, en donde el número promedio de
nCDP´s espontáneos disminuye después de la estimulación de fibras sensoriales de
los nervios SU así como de SP (nervios cutáneos). Una posible explicación podría
darse si se revisa el trabajo de Brown y colaboradores (1973), quiénes encontraron
que la estimulación mecánica puntual de receptores sensoriales en la piel del gato
produce excitación monosináptica, inhibición oligosináptica y excitación seguida de
inhibición en neuronas del asta dorsal entre las láminas III y V. Es muy probable que
la estimulación eléctrica de aferentes cutáneos de bajo umbral produzca el mismo
efecto en las neuronas del asta dorsal, y esta excitación seguida de inhibición en la
actividad de interneuronas de esta área provoque una disminución de la actividad
poblacional de los grupos de neuronas con actividad espontánea en el dorso de la
médula. Esta reducción transitoria de la actividad espontánea, provocada por la
estimulación de aferentes cutáneos, podría explicar la reducción de la variabilidad de
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
68
los reflejos monosinápticos que observaron Rudomin y Dutton (1969a). Estos autores encontraron que al condicionar la vía refleja monosináptica mediante la
estimulación de aferentes cutáneos, había una reducción en la variabilidad de los
reflejos espinales, siguiendo un curso temporal muy similar al de la supresión transitoria de la actividad espontánea (aproximadamente 50-100 ms), la cual es comparable cuando se estimulan estas mismas aferentes (ver figuras 16 y 17).
Algunos aspectos funcionales
La neuronas del asta dorsal con actividad espontánea que se encuentran asociadas a los nCDP´s espontáneos descargan de manera sincrónica durante la ocurrencia de estos potenciales (Manjarrez y cols., 1998). Esta sincronía en la actividad
podría ser producida por entrada de aferentes cutáneos, por otras neuronas espinales
o por conexiones reverberantes entre las neuronas que pertenecen al grupo (Brown y
cols., 1973; O´Donovan, 1999), de tal manera que el disparo de una sola neurona del
grupo desencadenaría actividad en muchas otras, originando así esa sincronía en la
actividad. Es posible que esta actividad sincrónica de las neuronas del asta dorsal,
otorgue un nivel de actividad basal en las vías sensoriales y motoras, y este nivel
podría ser ajustado por sistemas propioespinales segmentales o por influencia descendente. Es claro que las neuronas con actividad espontánea de la médula espinal se
encuentran altamente moduladas por influencias descendentes, ya que la actividad
espontánea del dorso de la médula registrada en gatos en libre movimiento, cambia
durante diferentes estados fisiológicos del animal, como lo son el sueño y la vigilia
(Levitan y cols., 1968). Por lo tanto, podría suponerse que un sistema basal de activi-
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
69
dad que influencie a los reflejos espinales y que a su vez se encuentre modulado por
vías supraespinales, proporcionaría un sistema de control motor eficiente a nivel
segmental, probablemente influenciando a los sistemas reflejos de ciertos dominios
motores.
Ha sido propuesto que existe una sincronización entre la actividad cortical y
la actividad de grupos de neuronas en la médula espinal, particularmente durante la
realización de los movimientos. Esta sincronización de grandes grupos de células,
originaría la activación de diferentes unidades motoras sinérgicas (Conway y cols.,
1995), de tal manera que el sistema podría actuar de manera flexible. Aunado a estos
resultados, se ha propuesto que la variabilidad en la descarga de las motoneuronas es
debida tanto a factores intrínsecos (relativos a las propiedades intrínsecas de las propias motoneuronas) como a factores extrínsecos (por grupos de neuronas que poseen
influencias sobre las motoneuronas), y que la influencia de entradas comunes sobre
las motoneuronas se relaciona muy estrechamente con la variabilidad de la respuestas motoras, ya que existe una relación entre la sincronización de grupos de
motoneuronas y la variabilidad de sus respuestas (Nordstrom y cols., 1992). Los
grupos de neuronas con actividad espontánea del asta dorsal de la médula se encuentran altamente sincronizados, ya que en registros de pares de interneuronas de esta
área se ha observado una alta correlación entre la actividad de estos pares con la
presencia de los nCDP´s espontáneos (Manjarrez y cols., 1998). Ello sugiriere que
estas neuronas con actividad espontánea se encuentran distribuidas a los largo de los
segmentos lumbares en la médula espinal y que presentan conexiones entre sí. Como
ya se ha mencionado, estos grupos de neuronas con actividad espontánea que se
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
70
localizan en el asta dorsal de la médula, influencían la magnitud que presentan las
respuestas monosinápticas. Por lo tanto, se puede sugerir que las neuronas que generan los nCDP´s espontáneos constituyen una entrada común sincrónica sobre múltiples vías reflejas, provocando de esta manera la variabilidad del reflejo. En conclusión, ello explicaría el origen de las fluctuaciones de los reflejos monosinápticos. Si
estas neuronas que generan los nCDP´s espontáneos son a su vez blanco de vías
descendentes, la influencia supraespinal podría participar sinérgicamente sobre múltiples unidades motoras y así hacer mas eficiente la ejecución de los movimientos.
Un concepto que se ha venido desarrollando en el sistema motor, es el del
papel que juegan las poblaciones neuronales en el control del movimiento. Tal es el
caso de las investigaciones realizadas por Georgopoulos y colaboradores (1982 y
1993), las cuales aportan información sobre la secuencia de eventos que ocurren en
la corteza motora previos a la ejecución de un movimiento voluntario. Estos investigadores, usando primates entrenados para mover el brazo en cierta dirección cada
vez que una luz se encendía, encontraron que algunas neuronas corticales
incrementaban su frecuencia de descarga algunos milisegundos antes de la ejecución
del movimiento. Calculando el vector de dirección, que se obtiene sumando la actividad de estas neuronas cuando se realiza un movimiento en determinada dirección
encontraron que dicho vector es muy similar al del movimiento que realiza el primate. De esta manera propusieron que antes de la ejecución de un movimiento voluntario, en la corteza motora se genera una representación de la dirección del movimiento. La importancia de dicha contribución radica en que el vector de dirección se
obtiene mediante la suma de las actividades de las neuronas que presentan esa carac-
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
71
terística, por lo que se podría hablar de un vector poblacional, de tal manera que la
conducta motora se encuentra determinada por la actividad de poblaciones de neuronas
y no puede ser predicha por los patrones de descarga de una sola neurona (Ghez,
1991). Estos resultados no podrían ser explicados si, en la médula espinal, no existiera un sistema que modulara linealmente las vías reflejas que se activan durante la
ejecución de los movimientos. Ello en parte justifica la importancia de los resultados
de esta tesis. Además, este sistema de neuronas de la corteza motora debería actuar
de manera sinérgica, ya que el control del movimiento es el resultado de la activación
de una gran cantidad de unidades motoras que requieren la modulación sincrónica de
múltiples vías espinales. Un candidato neuronal sobre el que podrían actuar las
neuronas de la corteza motora serían las neuronas del dorso de la médula que generan los nCDP's espontáneos. Ya que como se ha mencionado forman un sistema organizado en varios segmentos espinales y su actividad influencía vías reflejas tanto
de músculos extensores como de flexores. Además, estas neuronas espinales espontáneamente activas reciben entradas tanto de sistemas propioespinales como de centros supraespinales, por lo que podrían constituir un sistema poblacional eficiente
para el control del movimiento.
Es importante mencionar que una demostración directa de la posible acción
presináptica y/o postsináptica, de las neuronas que generan los nCDP´s espontáneos
sobre la vía refleja monosináptica requiere del análisis de excitabilidad de fibras
aferentes, como los realizados para demostrar la selectividad del control presináptico en aferentes musculares (Eguibar y cols., 1994; Quevedo y cols., 1995; Eguibar y
cols., 1997; Lomelí y cols., 1998), o bien, del análisis de la resistencia de entrada de
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
72
las motoneuronas (Sypert y cols., 1980). Otro protocolo experimental sería el registro de pares de motoneuronas durante la ocurrencia de nCDP´s espontáneos, para
demostrar una posible acción de entradas correlacionantes. Esto podría ser tema de
trabajos posteriores, que no se ha llevado cabo en el presente trabajo, por la dificultad técnica que implica. Sin embargo, nuestros datos sugieren fuertemente la participación de un mecanismo presináptico en el efecto modulador de las neuronas que
generan los nCDP's espontáneos sobre la vía refleja monosináptica, aunque no se
debe descartar la participación de un mecanismo postsináptico en la variabilidad del
reflejo monosináptico.
En base a estos hallazgos se puede suponer que la actividad espontánea de las
neuronas del asta dorsal de la médula espinal es modulada, en parte, por estructuras
supraespinales (Lindblom y Ottosson, 1956; Brust-Carmona y cols, 1969), así como
por influencia cutánea. Por lo tanto, las neuronas con actividad espontánea del asta
dorsal podrían formar parte de los circuitos neuronales responsables de aumentar o
reducir la inhibición presináptica de algunas aferentes musculares, pero no de otras,
dependiendo de que tan relevante es la información cutánea recibida para la realización de un movimiento determinado. De esta misma forma, una reducción en la variabilidad del reflejo monosináptico, podría regular los movimientos del organismo
de acuerdo no solo a información del estado del músculo, también en base a diversos
estímulos que recibe del exterior e incluso del propio estado del organismo, discriminando información que se interpreta como innecesaria para la ejecución de un movimiento específico. Por último, el estudio presentado en esta tesis es relevante pues
poca importancia se ha otorgado a la actividad espontánea registrada en diversas
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Discusión
73
regiones del sistema nervioso, la cual podría tener un papel relevante en funciones
específicas y no debería ser ignorada en futuras exploraciones de procesos fisiológicos.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
Conclusión
74
CONCLUSIÓN
La variabilidad en la amplitud del reflejo monosináptico es originada por la actividad eléctrica de neuronas del asta dorsal que generan los nCDP's espontáneos, por
medio de acciones presinápticas (y/o postsinápticas) sobre la vía refleja aferente Iamotoneurona.
Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico
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