Download la importancia de los modelos animales para el estudio de las

Temas Selectos de Neurociencias II
Ed. Javier Velázquez Moctezuma
UAM - PUIS
2001
LA IMPORTANCIA DE LOS MODELOS
ANIMALES PARA EL ESTUDIO DE LAS
ENFERMEDADES DE LA MIELINA Y DEL
SUEÑO
José Ramón Eguibar y Ma. del Carmen Cortés
Instituto de Fisiología
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
INTRODUCCIÓN
El uso de los modelos animales es fundamental para el estudio de los
mecanismos anatómicos, fisiológicos, bioquímicos y moleculares de las
enfermedades que afectan al hombre y a las especies animales de interés médico
veterinario. La obtención de sublíneas con características conductuales,
fisiológicas o de apariencia han sido empleadas desde hace mucho tiempo. Esta
metodología ha permitido la obtención de especies animales con características
fijas como puede ser la raza de los perros, las sublíneas de roedores o bien
animales de laboratorio de una sublínea las cuales muestran características
específicas.
Las técnicas de biología molecular recientes han permitido la obtención
de ratones carentes de un solo gen (los denominados ratones knock out). Estos
animales han permitido el estudio del papel de cierto gen en la conducta animal;
sin embargo, esta metodología tiene el problema de que el gen en cuestión
puede participar en alguno de los procesos ligados al desarrollo del animal, por
lo que es imposible saber si los efectos que ejerce sobre la conducta se deben a
la carencia de este gen en la edad adulta o bien a su papel durante la ontogenia.
Una alternativa de esta metodología es la de ligar la expresión del gen a un
antibiótico como pueden ser las tetraciclinas. Con esta estrategia experimental al
exponer al animal a dicho antibiótico se reprime la expresión del gen en estudio
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
mientras que esta sustancia permanezca en niveles circulante adecuados. Esta
metodología permite obviar las consecuencias del gen en estudio durante el
desarrollo lo que ha permitido discernir de manera más fidedigna el papel de un
gen en una conducta o bien de su papel fisiológico. Debe destacarse que los
genes usualmente se encuentran involucrados en cascadas de reacciones y con
frecuencia es difícil determinar cual es el paso final de la alteración observada;
al menos que la vía metabólica en cuestión involucre un solo gen como es el
caso de las proteínas de la mielina que son específicas para los oligodendrocitos
en el sistema nervioso central (SNC).
MODELOS ANIMALES DE ENFERMEDADES DE LA MIELINA
El estudio de las enfermedades de la mielina humana se ha basado en
estudios clínicos, epidemiológicos y más recientemente de estudios no invasivos
como son: la tomografía axial computada, la resonancia magnética nuclear o la
tomografía por emisión de positrones. A partir de diferentes estudios
epidemiológicos se ha podido establecer diferentes tipos de enfermedades de la
mielina, las cuales se agrupan en las de tipo metabólico hereditarias,
enfermedades infecciosas o alérgicas, enfermedades de la mielina tóxicas y
enfermedades de tipo nutricional.
CLASIFICACIÓN DE LAS ENFERMEDADES DE LA MIELINA
Clase I. Alérgicas o Infecciosas
A. Humano
1. Esclerosis múltiple
2. Encefalomielitis aguda diseminada
3. Leucoencefalopatía progresiva multifocal
4. Polineuritis idiopática
B. Animal
1. Encefalomielitis canina
2. Encefalomielitis del ratón producida por el virus de la
hepatitis
3. Encefalomielitis alérgica experimental
4. Neuritis alérgica experimental
Clase II. Metabólicas hereditarias
C. Humano
1. Leucodistrofia metacromática
2. Enfermedad de Krabbe
3. Adrenoleucodistrofía
4. Enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher
5. Fenilcetonuria
Modelos animales para el estudio de enfermedades
D. Animal
1.
2.
3.
4.
285
Enfermedad de Krabbe canina
Ratón brincador “jimpy”
Ratón tembloroso“quaking”
Distrofia muscular
Clase III. Tóxico-metabólicas
E. Humano
1.
2.
F.
Neuropatía por hexaclorofeno
Encefalopatía hipóxica
Animal
1. Neuropatía diftérica
2. Intoxicación por hexaclorofeno
3. Intoxicación por trietil-estaño
Clase IV. Nutricionales
G. Humano
1.
2.
3.
Deficiencia de vitamina B12
Mielinolisis pontina
Enfermedad de Marchiafava-Bignami
H. Animal
1. Malnutrición
Clase V. Traumáticas
I. Humano y animales
1. Por edema
2. Por compresión
3. Por punción lumbar repetida
4. Por liberación de presión
Entre las enfermedades de la clase I se destaca la esclerosis múltiple o
en placas, cuya prevalencia en los Estados Unidos de Norteamérica es de 40
casos por cada 100,000 habitantes. Esta enfermedad se denomina así porque el
paciente desarrolla ataques sucesivos de zonas de desmielinización producto de
una reacción inflamatoria donde confluyen una gran cantidad de neutrófilos y
polimorfonucleares. La reacción inflamatoria desencadena a su vez la lesión de
los oligodendrocitos lo que provoca la pérdida de la mielina. Las zonas de
desmielinización abarcan cualquier parte del SNC, pero con frecuencia afectan a
los nervios ópticos, la médula espinal y zonas de la corteza cerebral lo que
ocasiona ceguera, alteraciones de la sensibilidad y trastornos motores. A la
fecha no se han podido determinar las causas de la enfermedad, pero se piensa
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
que tenga un sustento genético asociado a diversos agentes medio ambientales
dentro de los que destacan las enfermedades propias de la infancia como el
sarampión (23).
Existen a la fecha varios modelos animales que reproducen en parte las
alteraciones encontradas en la esclerosis múltiple. Sin embargo, la que
reproduce mejor la sintomatología es la encefalomielitis alérgica experimental
(EAE). Esta patología se produce por la inoculación de un extracto de mielina
del propio animal asociado o no a adjuvante de Freund. Dos a tres semanas de
efectuado el inóculo el animal desarrolla una reacción inflamatoria multifocal en
el SNC con zonas de desmielinización producto de la reacción antígenoanticuerpo mediado por linfocitos T. La enfermedad es producto de la reacción
en contra de la mielina, particularmente hacia la proteína básica de la mielina
(PBM) ya que esta proteína es altamente inmunogénica en el desarrollo. La
PBM tiene esta propiedad ya que no fue detectada por el sistema inmune debido
a la presencia temprana de barrera hematoencefálica por lo que queda fuera de
la evaluación del sistema inmune (23).
Dentro de las enfermedades metabólicas cabe destacar la enfermedad
de Pelizaeus-Merzbacher, también conocida como leucodistrofia sudanófila.
Esta enfermedad se caracteriza por la pérdida progresiva de la mielina en
parches y porque ultraestructuralemente la mielina muestra falta de
compactación, asociada a astrocitos hipertróficos. El defecto se debe a la falta
de la proteína proteolipídica (PLP) un comp onente fundamental para la
adecuada compactación de la mielina.
Desde el punto de vista de los modelos animales existen varios ratones
mutantes de la mielina. Es de destacarse el ratón temblador “quaking”, el cual
adquiere la enfermedad como un caracter autosómico recesivo. El ratón
manifiesta temblor de inicio temprano: a los 12 días de edad, convulsiones
tónicas extensoras y ocasionalmente hidrocefalia. El animal muestra poca
mielina en el SNC con una marcada disminución del número de lámelas y falta
de compactación de la mielina, con una tendencia a formar asas entre las
láminas de mielina. En el ratón adulto existe un déficit marcado de la PLP, de
hasta un 66% respecto a los valores controles. El déficit en la PLP se debe a la
falta de síntesis de la proteína (23). Las ratas taiep son un mutante de mielina
con herencia autosómica recesiva (14). El defecto celular consiste en una
acumulación de microtúbulos en el citoplasma de los oligodendrocitos, lo que
bloquea la traslocación de las proteínas de mielina hacia los procesos donde se
lleva a cabo el recambio de la mielina (7, 30), sin que se muestren cambios en el
nivel de síntesis de sus ARNm (24, 33).
Modelos animales para el estudio de enfermedades
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ENFERMEDADES DEL SUEÑO
La vigilia es un estado en el cual el individuo está conciente del
ambiente que le rodea y tiene la habilidad de interactuar con él respondiendo a
los estímulos que recibe. Esta actividad eléctrica del cerebro se ha podido
registrar desde que Berger, físico alemán en 1930, implementa técnicas para
medir la actividad cerebral mediante el electroencefalograma, en el cual
mediante electrodos colocados en el cuero cabelludo se puede registrar la
actividad eléctrica cortical entre distintos puntos, así como la actividad muscular
e incluso los movimientos de los ojos. Cuando la persona se encuentra despierta
con los ojos abiertos la actividad electroencefalográfica que se presenta se
caracteriza por actividad eléctrica de ondas de baja amplitud (14-25 Hz) y
cuando el sujeto cierra los ojos la actividad sigue siendo de bajo voltaje pero de
una frecuencia menor de solo 9 – 10 Hz. Estableciendo los cambios en cada una
de las etapas del sueño se genera el denominado hipnograma que muestra la
ciclicidad de los estados de sueño de ondas lenta y de sueño MOR durante toda
la noche (15).
Históricamente el sueño se consideró como un estado pasivo en el cual
se perdía la conciencia de manera reversible reduciéndose las funciones
sensoriales y motoras, pero Loanis en 1937 (2) es quien da la primera evidencia
de que el cerebro no se encuentra inactivo durante el sueño. Actualmente la
visión es que el sueño es un proceso activo durante el cual se llevan a cabo
procesos fisiológicos para el buen funcionamiento del cuerpo, como sería en
caso del sistema endócrino, el cual durante el sueño secreta prolactina y la
hormona del crecimiento. La secreción de glucosa e insulina incrementan
durante el sueño, así como los niveles de testosterona. En cuanto al sistema
inmune se ha visto que las Interleucinas-1 incrementan sus niveles durante el
sueño y llegan a un pico al inicio del sueño de ondas lentas (12).
Se ha dado la definición de sueño principalmente basándose en
criterios conductuales y en base a estándares aceptados internacionalmente
como son los cambios en el electromiograma, el electroencefalograma y el
electrooculograma, patrones que han sido identificados en mamíferos y aves,
pero es importante establecer los criterios para organismos unicelulares y aún
así para organismos invertebrados u organismos que no desarrollaron corteza
cerebral. Sin embargo ya en un estudio realizado por Campbell y Tobler en
1984 (3) reportan que hay evidencia de que se presenta el sueño en 19 especies
de peces, 16 de reptiles y 9 de anfibios, así como en varios invertebrados al
basarse en criterios conductuales como son las posturas estereotípicas o especieespecíficas, además de la inmovilidad, un umbral elevado para despertar, así
como la reversibilidad de este estado con la estimulación de distintas
modalidades sensoriales (28).
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
Figura 1. Posiciones de algunos animales al dormir.
Este estado conductual de quietud parece corroborarse en algunas
especies en las cuales pueden mostrarse patrones de actividad cerebral en un
hemisferio, aunados a patrones EEG de sueño en el otro hemisferio cerebral,
como es el caso de los mamíferos marinos como los delfines. En los pájaros los
episodios de sueño son muy cortos, el sueño NO MOR con una duración
promedio de 150 segundos y el sueño MOR con una duración de 9 segundos, la
mayoría de los pájaros no pierden el tono muscular durante el sueño MOR como
sucede con los mamíferos .
En la década de los 50´s queda bien establecida la existencia de dos
tipos de sueño. El denominado sueño con movimientos oculares rápidos (MOR),
también conocido como sueño onírico debido a que durante este tiempo
soñamos y la fase de sueño no-MOR, también llamado sueño de ondas lentas,
el cual se divide en cuatro etapas tomando como parámetros para cada una de
ellas la frecuencia y las características de las oscilaciones eléctricas en el
registro del electroencefalograma (2).
En la primera fase del sueño de ondas lentas, cuya duración fluctúa de
1-7 min la actividad eléctrica del cerebro es escasa y el EEG está compuesto
principalmente de ondas de baja frecuencia (3-7 Hz) y aparecen movimientos
oculares muy lentos.
El estado 2 se caracteriza por los denominados “complejos K” o husos
del sueño (12-14 Hz) así como por la aparición escasa de movimientos oculares
y su duración de 10 a 25 minutos, ocasionalmente aparecen ondas de alto voltaje
lo que indica el inicio de la fase 3 es donde aparecen las ondas delta con una
amplitud mayor a 75 ?V, pero de frecuencia muy baja (0.5-2 Hz.), esta etapa
dura pocos minutos y es un estado de transición hacia la etapa 4. En el cuarto
Modelos animales para el estudio de enfermedades
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estadio se incrementan las ondas delta y este dura de 20 a 40 min.
Las etapas del sueño ocurren en ciclos de un periodo de sueño NO
MOR seguido de uno MOR, cada ciclo con una duración aproximada de 90 min,
la fase NO MOR - MOR se repite de 4 a 6 veces durante la noche, cada episodio
MOR con una duración de 5 a 10 min, lo que da un total de 20 a 60 min/noche
de sueño MOR. Cabe destacar que el sueño MOR es fundamental para lograr el
efecto reparador físico asociado al dormir (15).
Como ya lo mencionamos el sueño es esencial para el funcionamiento
normal del individuo ya que se ha propuesto que cumple distintas funciones,
como es la de su papel restaurador, la adaptación a las condiciones ambientales,
el actuar como un reforzador del aprendizaje y para consolidar la memoria. La
primera sugiere que el sueño es una forma básica de restaurar lo que el cuerpo o
el cerebro ha gastado durante el día, ya que existen cambios hormonales que lo
sustentan (2).
Las teorías adaptativas proponen que el sueño permite adecuarse a las
cambiantes situaciones medio ambientales y que juega un papel importante en la
conservación de la energía o en la regulación térmica uno de los datos que
apoyan esta teoría se encuentra en la disminución de la temperatura del cuerpo
de 1 a 2 grados centígrados al inicio del sueño y es controlada por las neuronas
del núcleo preóptico del hipotálamo, el cual actuaría como un termostato.
Otra de las funciones que se le ha atribuido al sueño y especialmente al
sueño MOR es la de maduración del cerebro en etapas tempranas de la
ontogenia, particularmente de animales neoténicos, en parte debido a la cantidad
de horas que se duermen durante el día. En el periodo prenatal o en los animales
inmaduros se duerme más que cuando el individuo es maduro (29).
Por último se ha considerado que el sueño MOR consolida el
aprendizaje y la memoria de lo que vivimos durante el día, así animales
deprivados de sueño no consolidan su memoria (12).
La cantidad de sueño que una persona necesita para sentirse bien
durante el día varía de acuerdo a varios factores, entre los que se encuentra la
edad de la persona. Los recién nacidos duermen 16 horas al día en promedio,
los adolescentes 9 horas , los adultos de 7 a 8 horas y las personas de 65 años en
adelante duermen menos de 7 horas, además de presentar durante la noche
múltiples despertares y se reduce el número de ciclos NO MOR – MOR.
Estudios de trastornos del sueño en personas de 65 años o más indican que
presentan insomnio el 5% de ellos unidos a otros factores como son: la
depresión, los trastornos respiratorios, la viudez y el uso de sedantes prescritos.
Por otra parte, el 7% de casos de insomnio en esta edad ocurre sin ninguno de
resaltar que la los factores arriba descritos, esto es serían intrínsecos. Sin
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
embargo cabe asociación entre depresión e insomnio es especialmente fuerte
(26).
Dada la ventaja de poder establecer patrones electroencefalográficos en
el sueño, se han podido establecer alteraciones de este estado. Los trastornos del
sueño tienen una variedad de causas y ocurren hasta en un 25% de la población
general. Los trastornos del sueño pueden ir asociados a otras enfermedades, por
ejemplo se calcula que 45% de las personas que padecen cáncer tienen algún
trastorno del sueño.
En la tabla 1 Se indican los grupos de trastornos del sueño y en cada
uno de ellos el grupo de enfermedades que lo caracterizan.
Tabla 1. Clasificación de los trastornos del sueño
1. Insomnio
Dificultad para iniciar el sueño
Dificultad
para
mantenerse
dormido
Despertar en la fase oscura
2. Trastornos del ciclo sueño-vigilia
Síndrome de retraso de la fase de sueño
Síndrome en adelanto de la fase de sueño
Cambio repentino de huso horario (jet-lag)
Rotaciones en los horarios de trabajo
3. Hipersomnias
4. Parasomnias
Apnea obstructiva del sueño
Movimientos de las piernas durante el
dormir
Apnea del sueño de origen central Trastornos del despertar
Narcolepsia
Trastornos de transición sueño-vigilia
Debido a medicamentos o alcohol Trastornos conductuales en el sueño MOR
Infecciones virales recientes
Enuresis
Hipersomnias ideopáticas
Sonambulismo
De los trastornos del sueño el insomnio es el más común, estudios
epidemiológicos en norteamericanos reportan que este ocurre con mayor
frecuencia en mujeres que en hombres con una relación 3:2, la diferencia es
mayor con la edad del paciente, esto debido posiblemente a que pueda estar
interviniendo factores extrínsecos como son: la toma de medicamentos, el
consumo de alimentos como la cafeína, así como medicamentos para tratar el
asma, artritis reumatoide o el dolor crónico, los antidepresivos con los cuales se
disminuye la fase de sueño MOR, el tabaco y el alcohol, etc. Aunque en el
insomnio intervienen factores intrínsecos entre los que se encuentran estados
depresivos, edad, alteraciones en el ritmo circadiano, dolor y factores genéticos
(2).
La excesiva somnolencia durante el día es una situación en la cual la
persona siente mucho sueño durante la vigilia y una necesidad urgente de
después de una siesta. Estas personas frecuentemente se quedan dormidas en
Modelos animales para el estudio de enfermedades
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dormir, aún después de haber dormido toda la noche o incluso poco tiempo
situaciones en las cuales necesitaban o querían estar completamente alertas. Esta
situación puede resultar peligrosa cuando se maneja un automóvil, maquinaria
pesada o trabajos en donde se tengan altas responsabilidades, o bien factores de
riesgo. La excesiva somnolencia interfiere con la habilidad de la persona para
concentrarse y realizar tareas rutinarias.
Las parasomnias dentro de este grupo de trastornos podemos
mencionar las pesadillas, los terrores nocturnos, la enuresis, el sonambulismo,
etc. los cuales son trastornos del despertar. El sujeto presenta despertares
parciales en los cuales la activación de los sistemas fisiológicos sucede en un
tiempo inadecuado, esto es, durante la fase de sueño.
La apnea obstructiva del sueño es la interrupción de la respiración por
el bloqueo de la garganta, ya sea porque la lengua o las estructuras de la
rinofaringe, la faringe o la laringe se relajan en el sueño y obstruyen el libre
tránsito del flujo de aire. Es importante saber que la apnea del sueño se asocia a
enfermedades como ataque cardíaco, presión arterial alta, arritmias o
deficiencias cardíacas. El roncar es otro trastorno del sueño clasificado dentro
de las apneas obstructivas que puede ocurrir durante la inspiración o expiración,
produciendo un sonido de vibración de los tejidos que obstruyen las vías
respiratorias el flujo de aire como pueden ser la epiglotis o las paredes faríngeas.
Se han administrado principalmente tres grupos de drogas para tratar
los trastornos del sueño que son: las benzodiacepinas, los antidepresivos
tricíclicos y los estimulantes del SNC como la anfetamina.
Las benzodiazepinas han sido usadas ampliamente en el área clínica
para tratar cuadros de pánico, contracturas musculares, ansiedad y los trastornos
del sueño como el insomnio, ya que producen enlentecimiento, relajación y
sensación de calma, sin embargo, los efectos colaterales pueden ser tan variados
como: debilidad muscular, sequedad de la mucosa oral, de la conjuntiva y de la
mucosa nasal, alteración de la libido, piel eritematosa,
movimientos
involuntarios así como pueden provocar insomnio de rebote o ansiedad durante
el día entre otros.
Los antidepresivos tricíclicos los cuales de manera no selectiva
incrementan los niveles de catecolaminas, se utilizan para trastornos del sueño
como la enuresis, movimientos de piernas durante el dormir, terrores nocturnos
y en la narcolepsia para disminuir los episodios de cataplejía. Sin embargo
aunque los antidepresivos tricíclicos, se comenzaron a administrar desde los
1960´s (1, 22), estos tienen efectos en varios sistemas como son el colinérgico,
el histaminérgico, el serotoninérgico, el noradrenérgico, a través del incremento
de la transmisión monoaminérgica por inhibición de la recaptura de
monoaminas. Algunos de los efectos colaterales por el tratamiento crónico son
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
boca seca, incremento de peso, taquicardia, así como supresión del sueño MOR
(2).
Por último, el uso de anfetaminas se utiliza principalmente en
trastornos del sueño relacionados con las hipersomnias, para que el paciente
permanezca en vigilia durante la fase de luz, sin embargo con este tratamiento
después de un tiempo ya no se obtienen los efectos terapéuticos, pues se
presenta tolerancia a los medicamentos (2).
Dadas las restricciones éticas que se dan para el estudio de nuevas
drogas en humanos en la investigación básica la obtención de modelos animales
es importante para reproducir los síntomas o cuadros clínicos que se presentan
en los humanos, para con estos se puedan realizar estudios farmacológicos,
electrofisiológicos, neuroanatómicos y genéticos que ayuden a buscar un
tratamiento con mayores beneficios y menos efectos colaterales para el paciente
y que a su vez nos permita controlar las variables en estudio para una
investigación detallada sobre todo cuando se requiere mantener niveles en
sangre del medicamento a probar.
En la década pasada los investigadores propusieron que si la función de
cierto gen era estudiada en un animal, el resultado podía aplicarse a otros
animales y a esto llamaron el principio de la conservación. Este principio ha
ayudado a estudiar el desarrollo del cerebro y su conducta, ya que el estudiar el
genoma de un organismo simple hace simples los experimentos cuyas
conclusiones pueden aplicarse después a organismos más complejos, pues
tomando como ejemplo el genoma secuenciado del Caenorhabditis elegans
sorprendentemente vemos que tres cuartas partes del todos sus genes son
compartidos con el humano.
La mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) ha sido otro modelo
animal que se utiliza para estudiar el sueño y los ritmos circadianos, ya que
desde 1970 Konopka y Benzer (16) describieron mutantes de esta mosca las
cuales mostraban ritmos conductuales similares al ciclo sueño-vigilia de 24 hrs.
y otras con ciclos de 19 y 29 horas y otras que aparentemente no presentaban un
ritmo, manteniendo este ciclo durante varios días aún si se les mantiene en una
oscuridad constante. Posteriormente mostraron que estas moscas tenían una
mutación en un gen que denominaron period o gen PER. Estudios genéticos en
ratones han revelado que los genes que controlan las oscilaciones circadianas
son similares en mamíferos y en las moscas.
Se han propuesto desde los años 70´s modelos animales para estudiar
uno de los trastornos psiquiátricos como es la depresión, y que según
predicciones de la Secretaría de Salud en pocos años será una de las principales
causas de atención médica. La depresión es una alteración de los afectos, en el
estado de ánimo o en los sentimientos, perdiendo el sujeto el interés en las
Modelos animales para el estudio de enfermedades
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actividades o cosas y la incapacidad por experimentar placer.
Se pueden clasificar en tres grupos los modelos animales de depresión
o que son muy similares a ella:
1. Animales que incluyen conductas anormales como aislamiento social.
2. Animales con alteraciones conductuales inducidas por estrés, lo que hace que
el animal se quede quieto y simule la reducción de actividad que presenta una
persona deprimida. Sin embargo con este modelo, los animales se recuperan de
dos a tres días contrario a lo que sucede en una persona deprimida.
3. Animales que muestren alteración de la conducta ocasionada por daño
cerebral, ya que existen manejos quirúrgicos como es la bulbectomía olfatoria,
es decir la remoción de los bulbos olfatorios de manera bilateral, manejo
después del cual la rata presenta una conducta de irritabilidad, hiperactividad,
elevación de corticoesteroides, etc; efectos que se revierten con la
administración de antidepresivos (18).
4. Otro modelo animal de depresión, pero de origen genético lo podrían
constituir las ratas Flinders sensibles a la acción de colinérgicos muscarínicos
que muestran 1) baja actividad locomotora, 2) reducción del peso corporal, 3)
incremento del sueño MOR, y dificultades en el aprendizaje, todas estas
conductas asociadas al trastorno depresivo
Todos estos efectos se evalúan con pruebas que incluyen manejos
conductuales y de marcadores bioquímicos para valorar los modelos de
depresión. La más conocida es la prueba de nado forzado de Porsolt, que
consiste en observar a las ratas cuando se les coloca durante 15 min en un
espacio restringido del cual no pueden escapar y solamente pueden sacar la
cabeza por encima del agua cuyo nivel es de 15 cm. de altura (27).
Otro de los trastornos psiquiátricos en los que se han empleado
modelos animales es la esquizofrenia, que afecta al 1% de la población mundial
y que consiste en una alteración de los procesos del pensamiento y la
disociación entre los procesos emocionales y los conductuales. Un modelo
animal de esquizofrenia consiste en la lesión del hipocampo ventral en un
período crítico del desarrollo, lo que evita que se establezcan las conexiones
entre hipocampo y zonas corticales frontales, como es la corteza media
prefrontal, así como con áreas subcorticales (9, 10).
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
NARCOLEPSIA HUMANA
Gelineau (11) en 1880 fue el primero en usar el término narcolepsia
para describir situaciones en las que las personas presentaban episodios de
sueño incontrolable asociados a estímulos emocionales intensos. La narcolepsia
es un trastorno del sueño en el cual la persona presenta excesiva somnolencia
durante el día, así como manifestaciones anormales del sueño MOR y episodios
súbitos de sueño incontrolable durante la vigilia. Se pueden presentar asociados
a otros síntomas como la cataplejía, la cual consiste en la pérdida parcial o total
del tono muscular, se presentan además alucinaciones hipnagógicas o
hipnopómpicas que pueden ser auditivas o vis uales, así como la parálisis del
sueño que se caracteriza porque la persona queda inmóvil de manera parcial o
total durante pocos segundos o minutos con la sensación de esforzarse a mover
las extremidades, hablar o levantarse sin lograrlo, estos episodios terminan
espontáneamente o por estimulación como al ser tocados por otra persona.
Cabe destacar que los pacientes narcolépticos sufren de episodios
súbitos de pérdida del tono muscular (cataplejía) durante la vigilia. Desde el
punto de vista electrofisiológico durante la atonía la corteza cerebral y el
electromiograma muestran una actividad similar a la mostrada durante el sueño
MOR.
MODELOS DE NARCOLEPSIA
Perros narcolépticos
Para el caso de los trastornos del sueño relacionados a la hipersomnia
se cuenta con modelos animales en los que se puede estudiar la narcolepsia. Uno
de los modelos de narcolepsia ampliamente estudiados son los perros
narcolépticos cuyo estudio se inicia con el Dr. William Dement en la
Universidad de Wisconsin y desde 1970 en la Universidad de Stanford, en esta
mantienen una colonia de perros Doberman y Doberman Pinscher cuyo
síndrome se transmite de manera autosómica recesiva con penetrancia completa
de un marcador genético que denominaron canarc-1, del inglés canine
narcolepsy (20). Mignot (19) en 1991 mostró que este gen no está localizado en
el complejo mayor de histocompatibilidad (MCH), pero si está unida a una
banda polimórfica con fuerte homología a la región de la cadena pesada del gen
de las inmunoglobulinas, esto dio paso a la hipótesis de que la narcolepsia
estuviera asociada a una enfermedad autoinmune (21).
Los perros narcolépticos presentan episodios de atonía muscular, sueño
fragmentado y excesiva somnolencia durante el día, así como una latencia
menor al primer episodio de sueño MOR. En estos perros estos episodios de
inmovilidad son inducidos al presentarles comida en la prueba de inducción de
cataplejía por exposición a comida, el denominado FECT (por sus siglas en
Modelos animales para el estudio de enfermedades
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inglés) o bien la prueba de inducción de cataplejía por juego (PECT, por sus
siglas en inglés) al jugar con el experimentador o bien con otro congénere.
Figura 2. Patrón de descarga de las neuronas MOR-on y MOR-off durante el ciclo sueñovigilia y durante crisis de cataplejía. En el panel A se muestra el patrón de descarga de una
neurona MOR-off (unit), así como la actividad electroencefalográfica de la corteza cerebral
(MCx), el electrooculograma (EOG) y el electromiograma (EMG). Note que durante la
cataplejía la unidad deja de disparar y esta se asocia a la desincronización cortical, no
actividad en el EMG y sacudidas de EOG similares a las del sueño MOR (REM). En B se
presenta el caso para una neurona MOR-on, la cual incrementa su descarga durante el episodio
de cataplejía (tomado de 32).
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Modelos animales para el estudio de enfermedades
Desde el punto de vista electrofisiológico durante la cataplejía en los
perros narcolépticos las neuronas del locus coeruleus, principal fuente de
noradrenalina cortical y el núcleo del rafé magno, fuente de serotonina cerebral,
se silencian, por lo que se les ha denominado neuronas MOR-off, porque dejan
de disparar potenciales de acción durante esta fase del sueño. Por otra parte, las
neuronas colinérgicas de los núcleos pedúnculo pontino (PPD) y del tegmento
latero dorsal (LTD) (Figura 2) incrementan sus potenciales de acción, de donde
se denominan neuronas MOR-on o que se activan en esta fase del sueño (32).
Lin y cols. (17), mapearon y clonaron el gen responsable de la
penetrancia autosómica recesiva en los perros Doberman-Pinscher
narcolépticos. La región del cromosoma 12 para la cual el locus canarc-1 fue
mapeado se encontró que era análogo con la región del gen humano del
cromo soma 6 en su brazo largo p21, la cual codifica una región homóloga a las
inmunogobulinas. Sin embargo estudios ulteriores de Mignot y su grupo (1999)
demuestran que esta región codifica para la síntesis de los receptores a orexinas,
péptidos relacionados con la vigilia, los trastornos del sueño y la ingesta de
alimento.
En los perros narcolépticos por secuenciación genómica del receptor
para orexinas tipo 2, Lin y cols. (17) identifican una secuencia alternativa
aberrante así como una transcripción truncada. Mignot en 1999 reporta que
existe una mutación en el tercer intrón del gen del receptor a orexinas tipo 2.
Análisis genéticos en perros narcolépticos Labrador demuestran que el receptor
tipo 2 tiene una mutación que consiste en una terminación prematura de la
proteína (5, 34) lo que sugiere una interacción esencial de estos neuropéptidos y
la regulación de la narcolepsia-cataplejía (17).
Ratón carente de un solo gen (Knock out)
Estudios realizados en ratones deficientes para el gen que codifica el
gen para el péptido que produce las orexinas (pre-pro-orexinas) han reportado
características similares a las que se presentan en la narcolepsia del perro. Estos
ratones muestran periodos de baja actividad durante la fase de oscuridad y
alteraciones en la regulación del sueño MOR, así como episodios de
inmovilidad asociados a interacción social (4).
Las orexinas A y B también son conocidas como hipocretinas 1 y 2,
estas son dos neuropéptidos de 39 y 29 aminoácidos, respectivamente. Las
cuales fueron identificadas como un ligando endógeno para un receptor
acoplado a proteínas G (30). Estudios de inmunohistoquímica e hibridización in
situ han mostrado que las neuronas que contienen orexina se encuentran
organizadas bilateral y simétricamente en una región muy localizada en el
hipotálamo dorsal y lateral (6, 30) las cuales tiene proyecciones a varias
regiones del sistema nervioso central, incluyendo regiones de la corteza
Modelos animales para el estudio de enfermedades
297
cerebral, sis tema límbico y a nivel del tallo cerebral (25).
Las orexinas pueden estimular el apetito, sin embargo no son tan
potentes como otros neuropéptidos que promueven la ingesta de alimentos,
como el neuropéptido Y (NPY) o las melanocortinas (31), sin embargo juegan
un papel relevante modulador en el sistema nervioso central relacionado con el
control de la energía y el metabolismo ya que el 30% de las neuronas
orexinérgicas se activan por la hipoglicemia inducida por insulina (31)
Dada la amplia proyección de neuronas orexinérgicas al locus
coeruleus, núcleo del rafé, formación reticular pontina, núcleo talámico
paraventricular, estructuras involucradas en la regulación del ciclo sueño-vigilia,
se les ha involucrado también como moduladores en la transición del sueño NO
MOR hacia sueño MOR (25).
Otro aspecto importante de la fisiología de las hipocretinas consiste
en el incremento del estado de vigilia, la activación del sistema nervioso
simpático, así como el incremento de la locomoción (13). El primer mecanismo
se produce mediante la excitación de las neuronas noradrenérgicas en el locus
coeruleus y previene que se inicie el sueño MOR; el segundo efecto mediante la
activación del sistema dopaminérgico. Hagan (13) ha mostrado que la
administración de orexina A induce hiperlocomoción, además de que se
incrementa la ingesta de agua y se presentan estereotipias similares a las que se
presentan cuando a los animales se les administra anfetamina. Esto explicaría la
conducta cuando hay deficiencia de este péptido, pues las ratas están inmóviles
y somnolientas. En conclusión las orexinas son unos péptidos ligados a
proteínas G cuyo efecto primordial es el de incrementar la vigilia, incrementar
la locomoción e incrementar la ingesta de comida, estos efectos conductuales se
asocian a cambios metabólicos que provean la energía metabólica necesaria para
cumplir dicha activación conductual (30).
Rata taiep
En 1988 en el bioterio del Instituto de Fisiología de la BUAP se obtuvo
de manera espontánea durante el proceso de selección de una línea con una alta
frecuencia de bostezo espontáneo (14, 36) una sublínea de ratas de la cepa
Sprague-Dawley portadora de una mutación autosómica recesiva que dio origen
a la rata denominada taiep tomando el acrónimo de los síntomas que la
caracterizan que son: temblor, ataxia, inmovilidad tónica, epilepsia y parálisis
(14).
La rata taiep presenta un temblor en las extremidades posteriores y en
la base de la cola que aparece a los 30-40 días de edad. Al cuarto mes aparece
ataxia loco motora y en el séptimo mes los episodios de inmovilidad tónica que
298
Modelos animales para el estudio de enfermedades
son inducidos al sostenerlas de la cola y tienen una duración promedio de 25
seg. (8).
Figura 3. En A podemos observar el método de inducción de los episodios de inmovilidad. En
B una rata taiep durante un episodio de inmovilidad. Note la cola de Straub y la facies
característica del animal.
Los episodios de inmovilidad se caracterizan por la pérdida de los
reflejos de soporte postural, apnea e hipertonía muscular (14). En este mutante
se ha descrito que existe una acumulación anormal de microtúbulos en los
oligodendrocitos. La síntesis inadecuada de mielina sería entonces la
responsable de alguna manera de la inmovilidad sin que a la fecha hallamos
podido determinar el o los mecanismos que lo producen. Debe destacarse que
los niveles de orexinas en el líquido cerebro espinal en ratas taiep de 9 y 12
meses son similares a los encontrados en las ratas control (Siegel, comunicación
personal) lo que implica que existe un grupo de neuronas orexinergicas
suficientes para mantener los niveles de este neuropéptido. Estudios recientes en
pacientes narcolépticos han mostrado que en su gran mayoría muestran niveles
disminuidos de orexinas (35).
En nuestro laboratorio hemos venido explorando el papel que juegan
diversas drogas que actúan sobre el sistema dopaminérgico, noradrenérgico,
serotoninérgico y colinérgico sobre los episodios de inmovilidad inducidos al
sujetar a la rata taiep por la cola o el tórax (5, 8).
Nuestros resultados muestran que la administración de anfetamina, ,
yohimbina y fluoxetina inhiben los EI’s inducidos, mientras que la
administración de quinpirole, (-)-3PPP y clonidina incrementan los EI´s
sugiriendo que en las ratas taiep como en los perros y humanos narcolépticos las
vías catecolaminérgicas y serotoninérgicas juegan un papel regulador de la
cataplejía.
Modelos animales para el estudio de enfermedades
299
En relación al sistema colinérgico hemos podido mostrar que los
antagonistas triexifenidil y la atropina metil nitrato reducen el número de EI´s
pero incrementan su duración. Así mismo la administración sistémica de
mecamilamina, reduce la frecuencia de la los EI´s sin cambio en su duración.
Tabla 2. Efecto de distintos fármacos sobre los EI´s inducidos por manipulación en la rata
taiep.
Droga
prazosina
clonidina
xilacina
yohimbina
idazoxán
anfetamina
fluoxetina
quinpirole
(-)-3PPP
lisuride
Actúa como
antagonista ? 1
agonista ? 2
agonista ? 2
antagonista ? ?
antagonista ? 2
Inhibidor de recaptura
Inhibidor de recaptura
agonista D2
agonista D2
agonista D2
Rango de dosis
Efecto en los EI´s
(? g/kg)
25-800
incrementa
1-1000
incrementa
1-1000
incrementa
1-1000
disminuye
2-2000
disminuye
1-3000
disminuye
1-1000
disminuye
3-100
incrementa
200-1600
incrementa
12.5-400
Incrementa
IMPACTO SOCIOPSICOLÓGICO DE LA NARCOLEPSIA
Pareciera que este trastorno no tiene grandes repercusiones, pues el
dormir sería una conducta pasiva que no debiera molestar a nadie, pero no es
así. Después de haber escuchado las molestias por las que pasan los pacientes y
sus familiares, esta es una enfermedad que realmente arrastra con un deterioro
de las relaciones interpersonales del sujeto narcoléptico. Se han reportado casos
en los que la persona pierde su empleo y se vuelve dependiente no solo
económicamente, sino socialmente de un familiar mas cercano; esto es, en
ocasiones no puede salir solo y mucho menos conducir un automóvil,
actividades casi normales para un sujeto sano. En muchos casos las personas
narcolépticas presentan episodios de depresión, lo que refleja la carga
emocional que se asocia a este problema. Son personas que no pueden mantener
una conversación fluida debido a que se pueden quedar dormidas en el intento o
puede ser interpretado por su interlocutor como falta de interés. No pueden
manejar maquinarias o aparatos que impliquen riesgo o que requieran de
permanente atención o vigilancia, lo que las pone también en desventaja en el
aspecto laboral.
A la fecha no se han realizado estudios epidemiológicos en México
sobre la somnolencia o en general sobre los trastornos del sueño, esto en parte
debido a una falta de conocimiento de la población general para identificar los
síntomas anormales en el ciclo sueño-vigilia. Por otra parte, se han hecho pocos
intentos por la validación de instrumentos que diagnostiquen los trastornos del
300
Modelos animales para el estudio de enfermedades
sueño con solo contestar cuestionarios, estos se han creado ya en varios países
extranjeros, como los Estados Unidos de Norteamérica, Israel, Japón y Europa.
Entre los mismos instrumentos para valorar la somnolencia existe una baja
correlación (37). Por lo que se hace necesario contar con un instrumento válido
para medir trastornos específicos en nuestra población y hacer un diagnóstico
temprano, lo que evitaría accidentes y bajo rendimiento escolar, familiar y
laboral.
Como hemos podido ver existen diferentes tipos de modelos animales
que buscan semejar afecciones del humano, sobre todo en años recientes se ha
centrado la atención a los modelos de ratones deficientes de algún gen que
codifica para algún neurotransmisor o péptido, etcétera, ya que se piensa que
con esta metodología es posible encontrar al gen directamente involucrado con
el trastorno a estudiar, sin embargo pareciera que entre más especificidad se
busca, este es menos semejante al trastorno que se presenta en los humanos,
pues pensemos que en los sujetos no se presenta un trastorno único, y que en su
inmensa mayoría tiene un origen multifactorial.
Debemos destacar que los modelos animales han contribuido al
entendimiento de las bases neuroanatómicas y de los procesos fisiológicos y
bioquímicos que subyacen a la neuropatología humana.
Las distintas
metodologías empleadas permiten también poner a prueba nuevas opciones
farmacológicas, de terapia génica o de uso de innovadoras vías de
administración. Estos desarrollos tecnológicos contribuirán en el futuro a
mejorar las condiciones de vida de aquellos pacientes aquejados de
enfermedades limitantes como son aquellas que involucran el SNC.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la Q.F.B. Araceli Ugarte, a la pQ.F.B. Miriam Avendaño y al
Sr. Jaime Lazcano por el mantenimiento de las ratas taiep.
Parcialmente financiado por el proyecto CONACYT 31758-N y por el VPPIIBUAP 2001 para JRE y por la Fundación BUAP.
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