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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE PSICOLOGIA Efecto de la abstinencia a fentanilo en la memoria a corto plazo y su relación con la activación de las células gliales en la corteza prefrontal y amígdala en ratas Wistar TESIS Que para obtener el título de Licenciado en Psicología PRESENTA Luis Ricardo Sánchez Rojas DIRECTOR DE TESIS Dra. Silvia L. Cruz Martin del Campo Cuidad Universitaria,cd.MX.,2019 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. ÍNDICE GENERAL RESUMEN ...................................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3 1. ¿Qué son los opioides? ...................................................................................................... 3 1.1. Mecanismo de acción de los opioides ............................................................................ 5 1.1. Características de la morfina .......................................................................................... 7 1.2. Características del fentanilo ........................................................................................... 9 2. Efectos no deseados de los opioides.................................................................................... 10 2.1. Tolerancia analgésica ................................................................................................... 10 2.2. Dependencia y abstinencia .......................................................................................... 11 1.1. Los efectos adversos de los opioides en la memoria .................................................... 13 2. Opioides, memoria y células gliales ..................................................................................... 16 2.1. Función de las células gliales ........................................................................................ 16 2.2. Las células gliales y los opioides ................................................................................... 18 2.3. Células gliales y memoria ............................................................................................. 18 3. El efecto de la pentoxifilina sobre la memoria..................................................................... 19 3.1. ¿Qué es la pentoxifilina? .............................................................................................. 19 3.2. Pentoxifilina y memoria ............................................................................................... 20 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACION ................................................................... 22 HIPÓTESIS .................................................................................................................................... 22 OBJETIVO .................................................................................................................................... 22 Objetivos particulares ............................................................................................................. 22 MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................................ 23 1. Animales .............................................................................................................................. 23 2. Fármacos ............................................................................................................................. 23 3. Prueba de latencia de retiro de la cola ................................................................................ 24 4. Tarea de evitación pasiva .................................................................................................... 25 5. Evaluación de la Respuesta de Abstinencia ......................................................................... 27 6. Inmunofluorescencia ........................................................................................................... 27 DISEÑO ESPERIMENTAL ............................................................................................................... 29 Experimento 1: Inducción de tolerancia analgésica ................................................................. 29 Experimento 2: Efecto de la abstinencia a fentanilo en la memoria a corto plazo ................... 29 Experimento 3: Inhibición de la activación de la glía con pentoxifilina .................................... 30 ANÁLISIS ESTADÍSTICO ................................................................................................................ 31 RESULTADOS ............................................................................................................................... 32 La administración repetida de fentanilo produce tolerancia analgésica .................................. 32 El pre-tratamiento con pentoxifilina atenúa la tolerancia analgésica inducida por la administración repetida de fentanilo ...................................................................................... 33 Conductas inducidas durante la abstinencia espontánea a fentanilo ...................................... 34 El pre-tratamiento con pentoxifilina disminuye las sacudidas de perro mojado inducidas por la abstinencia a fentanilo ............................................................................................................ 35 La abstinencia a fentanilo induce perdida de la memoria a corto plazo .................................. 35 El pre-tratamiento con pentoxifilina previene la pérdida de memoria a corto plazo producida durante la abstinencia a fentanilo ........................................................................................... 36 El pre-tratamiento con pentoxifilina previene la activación de microglía en corteza prefrontal rata producida durante la abstinencia a fentanilo ................................................................... 38 El pre-tratamiento con pentoxifilina previene la activación de microglía en amigdala de rata producida durante la abstinencia a fentanilo .......................................................................... 39 DISCUSIÓN DE RESULTADOS ....................................................................................................... 40 Efectos de la administración crónica de fentanilo en la tolerancia analgésica ......................... 40 Efectos de las conductas y síntomas de abstinencia ................................................................ 41 Efectos de la abstinencia espontánea a fentanilo en la memoria a corto plazo en la amígdala y corteza prefrontal.................................................................................................................... 42 Los efectos de la pentoxifilina en la tolerancia analgésica, la pérdida de memoria y la activación de células gliales inducidas por fentanilo. .............................................................. 45 CONCLUSIONES........................................................................................................................... 49 PERSPECTIVAS ............................................................................................................................. 50 REFERENCIAS ............................................................................................................................... 51 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Péptidos opioides endógenos. Figura 2. Distribución anatómica de los receptores a opioides Figura 3. Mecanismo de acción de los opioides. Figura 4. Consumo de fentanilo en México. Figura 5. Localización intracelular de PDE4. Figura 6. Prueba de retiro de la cola. Figura 7. Evitación pasiva. Figura 8. Esquema “discusión de los resultados” ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Disponibilidad y accesibilidad de los opioides en Latinoamérica. Tabla 2. Relevancia clínica de los opioides. Tabla 3. Signos y conductas de abstinencia a agonistas opioides ÍNDICE DE GRÁFICAS Gráfica 1. Evaluación de la tolerancia analgésica a fentanilo. Gráfica 2. Conductas de abstinencia espontánea 24 horas después de la última administración con fentanilo. Gráfica 3. Efectos de la abstinencia a fentanilo en la memoria a corto plazo. Gráfica 4. Efecto de la pentoxifilina sobre la tolerancia analgésica. Gráfica 5. Efecto de la pentoxifilina sobre la respuesta de sacudidas de cabeza. Gráfica 6. El efecto de la pentoxifilina en la memoria a corto plazo después de la abstinencia a fentanilo. Gráfica 7. Efecto de la pentoxifilina sobre la activación de la microglía y astrocitos después de la administración crónica con fentanilo. ÍNDICE DE IMÁGENES Imagen 1. Efecto de la pentoxifilina sobre la activación de la microglía y astrocitos en la corteza prefrontal después de administraciones crónicas con fentanilo Imagen 2. Efecto de la pentoxifilina sobre la activación de la microglía y astrocitos en la amígdala después de administraciones crónicas con fentanilo. Tabla de abreviaturas Corteza pre-frontal CPf Núcleo Accumbens NAc Receptor a orfanina ORL-1 Pro-dinorfina PDYN Pro-encefalina PENK Pro-opiomelacortina POMC Sistema Nervioso Central SNC Sistema Nervioso Periférico SNP Sistema Inmune SI Sustancia Gris Periacueductal SGPA Receptor Mu μ Receptor Kappa κ Receptor Delta δ Adenilato Ciclasa AC Adenosín Monofosfato Cíclico AMPc Proteína Cinasa C PKC Interleucina 1β IL-1β Factor de Necrosis Tumoral Alfa TNF-α Condicionamiento Aversivo de Lugar CPA 1 RESUMEN Los opioides son fármacos que se utilizan para el tratamiento del dolor, sin embargo, su uso crónico produce efectos adversos en tareas cognitivas como la memoria de corto plazo, causa dependencia, tolerancia analgésica y abstinencia. La administración de opioides induce la activación de la microglía y los astrocitos, células importantes para el sistema nervioso central. Se ha sugerido que la activación glial, la tolerancia analgésica y la pérdida de la memoria se pueden prevenir con fármacos con capacidad anti-inflamatoria como la pentoxifilina. En este trabajo se llevó a cabo un esquema de administración repetida de fentanilo con la finalidad de producir tolerancia analgésica y observar la respuesta de abstinencia. Se realizaron siete administraciones de fentanilo (0.1 mg/kg i.p.) cada 8 horas. Se evaluaron conductas de abstinencia como: saltos, tremor en las patas, sacudidas de perro mojado, masticación, comezón, aseo y erguimiento 24 horas después de la última administración de fentanilo. Inmediatamente después de la evaluación conductual, las ratas se sometieron a una prueba de memoria a corto plazo en la tarea de evitación pasiva. Al finalizar esta prueba, las ratas se eutanizaron y se analizó mediante inmunofluorescencia la activación de microglía y astrocitos en amígdala y corteza pre frontal. Se analizó el efecto de un pretratamiento con pentoxifilina (20 mg/kg i.p.) sobre el desarrollo de la tolerancia analgésica, signos de abstinencia, pérdida de memoria y activación glial inducidos por fentanilo. Nuestros resultados muestran que durante la abstinencia a fentanilo se presenta pérdida de memoria a corto plazo y activación de microglía y astrocitos en la corteza prefrontal y la amígdala. Además, el pretratamiento con pentoxifilina (20 mg/kg i.p.) previene la pérdida de la memoria a corto plazo, atenúa los efectos de la tolerancia analgésica y disminuye la activación de las células gliales, pero no revierten las conductas de abstinencia. Concluimos que la actividad antiinflamatoria de la pentoxifilina previene la activación glial en corteza y amígdala, así como la pérdida de memoria a corto plazo 2 producidas durante la abstinencia a fentanilo. Estos datos sugieren que existe una relación entre los efectos neuroinflamatorios producidos durante la abstinencia a opioides y el desarrollo de efectos no deseados como la pérdida de memoria de corto plazo. 3 INTRODUCCIÓN 1. ¿Qué son los opioides? Comúnmente se utilizan las palabras “opiáceos” y “opioides” para referirse a sustancias derivadas del opio que inducen sueño, analgesia y sedación. Sin embargo, existe una diferencia entre ellos. Los opiáceos, como la morfina, son sustancias naturales que se extraen de la planta de la amapola Papaver somniferum, conocida también como “la adormidera”, mientras que los opioides son sustancias tanto exógenas (sintéticas y semi-sintéticas) como endógenas con actividad sobre el sistema nervioso central (SNC) (Nelson & Olsen, 2011). En el SNC se sintetizan opioides endógenos como las encefalinas, endorfinas y dinorfinas a partir de los precursores, pro-opiomelacortina (POMC), pro-encefalina (PENK) y pro-dinorfina (PDYN), respectivamente (Gutstein & Akil, 2006) (Figura 1). Fig. 1. Péptidos opioides endógenos. Los opioides endógenos como las encefalinas, endorfinas y dinorfinas se sintetizan a partir de su precursor PENK, POMC y PDYN, los cuales se encargan de la analgesia, la función gastrointestinal, la adicción, el aprendizaje y la memoria (Modificado de Koob, Arends & Moal., 2014). 4 Tanto los opioides endógenos como los exógenos se acoplan a 4 tipos de receptores: mu (µ), kappa (κ), delta (δ) y el receptor a orfanina (ORL-1) (Cruz y Granados, 2015; Le Merrer et al., 2009).Los receptores opioides se expresan en el SNC, en el sistema nervioso periférico (SNP) y en las células del sistema inmune (SI) como las citocinas pro-inflamatorias ,interleucina 1β (IL-1β) y el factor de necrosis tumoral (TNF) (Xu, Yang, Kang, & Li, 2015).Por ejemplo, en la sustancia gris periacueductal (SGPA), la corteza pre-frontal (CPF), el hipocampo, la amígdala, el cíngulo anterior, el núcleo accumbens (NAc) y el tálamo. La figura 2 resume las regiones cerebrales importantes en las que actúan los opioides (Law, Evans, Kibaly, Cahill, & Xu, 2018; Le Merrer et al., 2009; Leppä et al., 2006). Fig 2: Distribución anatómica de los receptores a opioide: Los receptores Mu, Delta y kappa se pueden encontrar en diferentes zonas cerebrales como la corteza frontal, sustancia gris periacuductual, cíngulo anterior, tálamo, caudado, hipocampo, núcleo acumbens, amígdala, cerebelo etc (Modificado de Kibaly., 2018). 5 Estos receptores trabajan en conjunto para modular el dolor, además de numerosas respuestas fisiológicas como euforia, náuseas, vómito, relajación, sueño, miosis y disforia. El uso y abuso de opioides como la morfina, heroína, fentanilo, metadona etc., activan estos receptores desempeñando un papel importante en la modulación de los procesos de adicción, mediante el cese de los opioides se desencadena un restablecimiento alostático de los sistemas neuronales, orquestadotemporalmente, que se manifiesta como efectos fisiológicos y psicológicos. Además se dependencia, tolerancia analgésica, abstinencia e incluso la muerte por depresión respiratoria (Le Merrer et al.,2009). Por otro lado, se ha demostrado que los opioides causan daños en tareas cognitivas como el aprendizaje y la memoria (Koob,Arends & Le Moal, 2014). En este hablara en general sobre el uso de opioides y sus efectos sobre el SNC, pero nos enfocaremos en particular al estudio de la administración repetida de fentanilo. 1.1. Mecanismo de acción de los opioides Los receptores a opioides pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteínas Gi/o con 7 dominios transmembranales. Cuando un opioide activa a sus receptores, se produce la disociación de la subunidad alfa de la proteína G, esta subunidad causa la inhibición de la enzima adenilato-ciclasa (AC) y, en consecuencia, una disminución en los niveles de adenosín-monofosfato-cíclico (AMPc). La disociación del complejo beta-gama de la proteína G produce hiperpolarización a través de la inhibición de la conductancia del calcio (Ca2+) y el aumento en la conductancia de potasio (K+).Esto provoca una inhibición de la excitabilidad neuronal y analgesia por la disminución de la transmisión de los estímulos dolorosos .Además,las proteínas como ERK, p38 y JNK (MAPKS; cinasas activadas por mitógenos) pueden ser activadas mediante la internalización del receptor debido al reclutamiento de la beta-arrestina (Al-Hasani & Bruchas, 2011). Algunos de estos efectos se esquematizan en la figura 3. 6 Fig 3. Mecanismo de acción de los opioides. Cuando un opioide activa a sus receptores se produce la separación de la subunidad alfa lo que provoca una inhibición de la enzima adenilato ciclasa (AC, no se muestra en la figura) y una disminución del AMPc. Por otro lado, la subunidad beta-gamma hiperpolariza a la célula por la salida de K+ y el bloqueo de la entrada de Ca2+. La fosforilación de la proteína G provoca el reclutamiento de la proteína -arrestina y la internalización del receptor. Este mecanismo lleva a la activación de MAPKS (Modificado de Al-Hasani & Bruchas, 2011). La morfina a menudo se utiliza para aliviar el dolor intenso, mientras que la codeína se utiliza para dolores más leves. Otros opiáceos como el difenoxilato son utilizados para la diarrea severa y el fentanilo se utiliza antes o después de una cirugía y para tratar el dolor crónico (NIDA, 2017; Cruz SL & Granados-Soto V, 2016). Además, el uso prolongado de los opioides causa efectos adversos como tolerancia analgésica, hiperalgesia, dependencia y daños cognitivos. La mayoría de los fármacos derivados de opioides se encuentran disponibles en México en sus diferentes presentaciones tales como tabletas, parches, jarabes y ampolletas (De Lima L & Maurer, 2012).La tabla 1 muestra su potencia analgésica y uso en Latinoamérica y México. En la tabla 2 se resumen algunas de las propiedades farmacológicas de los principales opioides de uso clínico. 7 Tabla 1. Disponibilidad y accesibilidad de los opioides en Latinoamérica. La tabla muestras los países que usan fentanilo incluyendo México (modificada de De Lima & Maurer, 2012). Estados Unidos, entre el 2005 y el 2007 la combinación de heroína y otros opioides con fentanilo ha causado una cantidad sin precedente de muertes por sobredosis (Nelson & Olsen, 2011). 1.1. Características de la morfina La morfina es una sustancia que se utiliza para el tratamiento del dolor moderado y severo. Este compuesto fue identificado como la sustancia activa de la amapola por Adam Serturner quien la llamo “Morfeo” por el dios del sueño. Es altamente soluble en lípidos a un pH físico de 7.4 y tiene gran afinidad por los receptores . FENTANILO B O L IV IA B R A S IL C H IL E C O L O M B IA C O S T A R IC A E C U A D O R E L S A L V A D O R G U A T E M A L A H O N D U R A S M E X IC O P A N A M À P A R A G U A Y P E R Ù U R U G U A Y V E N E Z U E L A FORMULACIÓN POTENCIA Parche transdérmico 12.5 g/h X 25 g/h X X X X X X X X X X X X X X 50 g/h X X X X X X X X X X X X X X 75 g/h X X X X 100 g/h X X X X X X Ampollas 50 g /ml X X X X X X X X X X X X 100 g /ml X 8 Droga Uso Administración ruta/dosis Aspectos farmacocinéticos Comentarios µ κ δ Morfina Analgésico Antitusivo p.o.: 15-30 mg; i.m.,s.c:5 mg t½: 2-3.5 h Metabolito activo:M6G sufre metabolismo de primer paso Preferentemente agonista de los receptores µ +++ + + Heroína Analgésico Droga de mal uso i.v., i.m :5 mg i.v : variable t½: 0.5 h metabolismo de primer paso Pro fármaco de la morfina. Con más potencia que la morfina. Dosis letal: 25 mg (i.v) +++ ++ ++ Hidrocodona Analgésico antitusivo p.o.: 5-7.5 mg t½: 2-4.5 h +++ + Oxicodona Analgésico p.o.: 5-30 mg t½: 2.5-3 h Frecuentemente combinado con NO opioides + ++ Fentanilo Analgésico Preanestesico Medicación p.o., s.L.: 100- 800 µg t½: 2-4 h Disponible en parches y paletas tipo caramelo +++ Metadona Analgésico Terapia sustitutiva p.o., parental 2.5 mg p.o.:20-40 mg t½: 20-37 h Buena absorción Actividad antagonista del receptor NMDA +++ Buprenofrina Analgésico Terapia sustitutiva i.v., i.m : 0.4 mg s.L: 2-8 mg t½: Variable i.v.: 3 h s.L.: 30 h Agonista parcial del receptor µ P -- Pentazocina Analgésico Preanestésico i.m : 30-50 mg i.v.: 20 mg t½: 2-3 h Agonista-antagonista - ++ + Butorfanol Analgésico i.v.: 0.5-2 mg t½: 4.5-5.6 h Agonista-antagonista P +++ 9 Tabla 2: Opioides de uso clínico (modificada de Cruz S & Granados-Soto V, 2016). La activación de este receptor causa analgesia, náuseas, sedación, depresión respiratoria y reduce la motilidad gastrointestinal, entre otros efectos (Trescot et al., 2008). La morfina se absorbe en el tracto gastrointestinal después de una administración oral y se distribuye rápidamente a los pulmones, riñones e hígado (Sverrisdóttir et al., 2015). Su vida media es de 2-4 horas, luego de una dosis única y después de 24 horas no se observan concentraciones plasmáticas significativas (De Lima & Maurer, 2012).La morfina se metaboliza a los metabolitos M6G y M3G y se excreta principalmente por vía renal (Gutstein & Akil, 2006). 1.2. Características del fentanilo El fentanilo es un opioide sintético que se introdujo a la clínica en 1972; se deriva de las fenilpiperidinas y es de gran solubilidad en lípidos lo que le permite atravesar mucosas y membranas con facilidad (Buitrago et al., 2012). Es similar a la morfina ya que es un agonista específico del receptor µ pero como analgésico es de 50 a 100 veces más potente; es decir, se necesita una cantidad de 50 a 100 veces menor de fentanilo que de morfina para producir los mismos efectos. Se usa en procedimientos anestésicos de corta duración debido a su rápido inicio de acción y su tiempo de vida media breve. Actualmente la administración de fentanilo dispone de novedosas vías mucho más cómodas, por ejemplo, algunos parches y tabletas que son aplicables para el dolor i.m : 1-4 mg Nalbufina Analgésico pre y postoperatorio i.v., i.m : 10-20 mg t½: 5 h Agonista-antagonista -- ++ 10 crónico (NIDA, 2016). En humanos se distribuye en aproximadamente 3.7 horas permitiendo que el fármaco salga del organismo en 18 horas (De Lima & Maurer, 2012). El fentanilo se metaboliza por la vía del citocromo P450-3A4 y se excreta por vía renal (Buitrago et al., 2012). Tal como la morfina y otros opioides, el fentanilo se une al receptor que controla diferentes áreas del cerebro queparticipan en los procesos de emocionales y analgésicos, además cuando se une a su receptor libera dopamina en el circuito de la recompensa, produciendo estados de euforia y relajación (Gutstein & Akil, 2006). Este proceso se da mediante la inhibición de GABA permitiendo que las neuronas dopaminérgicas disparen mucho más en el núcleo accumbens, produciéndose así la recompensa (Al-Hasani & Bruchas, 2011) 2. Efectos no deseados de los opioides 2.1. Tolerancia analgésica Uno de los efectos no deseados del uso repetido de opioides es el desarrollo de tolerancia a sus efectos analgésicos y euforizantes. Personas que hacen mal uso de un medicamento o tienen trastorno por consumo de opiáceos pueden desarrollarla con mayor facilidad. La tolerancia se caracteriza por el aumento de las dosis para obtener efectos similares a los del inicio, típicamente para mantener el efecto analgésico; es decir, la persona que consume entra a un periodo continuo de analgesia insuficiente y aumenta la dosis. En investigación preclínica se ha tratado de analizar el mecanismo que subyace al desarrollo de tolerancia, por ejemplo, se observó que después de la administración crónica de morfina se elevan los niveles de AMPc, que después de la exposición crónica, podrían generar cambios neuroadaptativos incluyendo la regulación positiva de AC, PKA y CREB (Al-Hasani & Bruchas, 2011). Después de un periodo de administración crónica, los opioides causan mayor sensibilidad al dolor. A este efecto se le denomina hiperalgesia y se ha especulado que los pacientes experimentan más dolor debido a los cambios neurofisiológicos 11 asociados con la sensibilización de las neuronas y a la activación de sistemas Opioides (Rosenblum, Marsch, Herman, & Russell, 2008). La tolerancia a opioides es un problema que ha tomado importancia en México debido al creciente uso clínico de fentanilo en los últimos años (Pain & policy studies Group, 2015; Brownstein et al., 2010). La figura 4 muestra el consumo de fentanilo en México apartir del año 2005 hasta el 2017. Fig 4. Consumo de fentanilo del año 2005 al 2015 en México (Pain & Policy Studies Group, University of Wisconsin/WHO Collaborating Center, 2017) 2.2. Dependencia y abstinencia Generalmente los opioides son seguros si se toman por poco tiempo y bajo estricta supervisión médica; sin embargo, se les puede dar “mal uso” debido a sus efectos reforzantes. Por ejemplo algunos pacientes toman más de la dosis recomendada y en casos extremos lo utilizan para trastornos del sueño (NIDA, 2015). Algunos de los efectos de los opioides en el sistema nervioso central pueden dirigir a un mayor 12 riesgo de adicción y abuso ya que activan el circuito de la recompensa (Trescot et al, 2008). Según el Instituto Nacional de Drogas de Abuso (NIDA, por sus siglas en inglés, 2017) los consumidores de opioides están continuamente expuestos a altos niveles de dopamina liberada en el circuito de la recompensa después de la activación a su receptor a opioide (NIDA, 2017). Los usuarios crónicos de opioides pueden llegar a generar dependencia, que es considerada un estado de adaptación a una clase específica de un fármaco (Evans & Cahill, 2016). La dependencia es un estado de alteración y adaptación del organismo que tiene múltiples manifestaciones. En el caso de los opioides, se presenta un síndrome de abstinencia claro, al suprimir la administración de la sustancia o al disminuir abruptamente la dosis. Los opioides también producen un deseo intenso de continuar con el consumo de la sustancia (apetencia o “craving”, en inglés) para volver a experimentar los efectos euforizantes, para evitar las manifestaciones de la abstinencia o ambas cosas (NIDA, 2016). Los síntomas de abstinencia se producen por interrupción abrupta de un opioide o administración de un antagonista. Dentro de los síntomas que se han reportado en humanos se encuentran: lagrimeo, diarrea, bostezos frecuentes, insomnio, elevación de la frecuencia cardiaca y presión sanguínea, vómito, piloerección, rinorrea, náuseas, calambres y dolor generalizado (Nelson & Howland, 2011). Los síntomas varían dependiendo del grado de dependencia física, mientras más alto sea el grado de dependencia, más síntomas de abstinencia tendrá el usuario de opioides (Cruz S., 2014). Por otro lado, las investigaciones básicas en animales han tratado de observar el síndrome de abstinencia que es caracterizado por múltiples signos fisiológicos y conductuales (Koob, Maldonado & Stinus, 1992). La abstinencia puede ser de dos tipos: abstinencia precipitada, que se observa al administrar un antagonista 13 específico de los receptores y la abstinencia espontánea, que se presenta horas después del cese de la administración de agonista opioide. En ambos casos, en roedores, se observan conductas como: aseo constante, chirrido de dientes, diarrea, pérdida de peso, sacudidas de cabeza, ptosis (caída de los párpados), tremor en las patas, saltos, retorcimiento, masticación, comezón etc. Tales signos dependen de la dosis y el tiempo de administración del agonista (Glick, Rossman, Rao, Maisonneuve & Carlson, 1992; Papaleo & Contarino, 2006; Salmanzadeh, Azizi, & Semnanian, 2017). La abstinencia a la morfina también modifica diferentes sistemas de neurotransmisores entre los que se encuentran el GABAérgico (Dunbar, Karamian, Yeatman, & Zhang, 2006) y el glutamatérgico (Medrano, Mendiguren, & Pineda, 2015). Además, modifica el sistema cardiovascular (Chan, Irvine, & White, 1999), la expresión de BDNF (Peregud, Panchenko, & Gulyaeva, 2014) y la actividad incrementada del locus coeruleus, que es un núcleo del tallo cerebral formado principalmente por neuronas noradrenérgicas (Le Merrer et al., 2009). Estos y otros estudios han mostrado que la magnitud y la duración de los signos y conductas de abstinencia a fentanilo dependen de la dosis y tiempo de administración (Liu et al,2008). En la tabla 3 se resumen los principales signos y síntomas observados en la abstinencia a opioides. 1.1. Los efectos adversos de los opioides en la memoria La memoria se puede dividir en dos tipos: memoria a corto plazo y memoria a largo plazo. La primera consiste en la capacidad de mantener la información durante un periodo corto de tiempo, como cuando recordamos un número de teléfono que olvidamos poco tiempo después de marcarlo, mientras que la memoria a largo plazo es responsable de guardar la información y recuperarla por largos periodos de tiempo (Aben, Stapert, & Blokland, 2012). Esta última se divide, a su vez en dos: la memoria declarativa y la no declarativa. La memoria declarativa es la responsable de la recopilación de datos, hechos y 14 eventos que puede ser recordada conscientemente. La memoria no declarativa tiene funciones no conscientes como los hábitos y los estados emocionales tanto negativos como positivos. Muchas áreas cerebrales están involucradas en los procesos de aprendizaje y memoria, como el hipocampo, la amígdala y la corteza pre-frontal (Borbély, Scheich, & Helyes, 2013; Liu et al., 2009). Tipo de abstinencia Signos / Conductas Evaluadas Especie Referencia Precipitada Masticación (masticación fecal o masticación sin ningún objeto en la boca) Lamido genital Aseo o acicalamiento Rascarse (rascarse en el cuello o en la cabeza con ambas patas delanteras) Dientes chirridos Sacudidas de perro mojado Rata Salmanzadeh et al 2017 Precipitada Exploración Saltos Sacudidas de perro mojado Chirrido de dientes Masticación Lloriqueo al tacto Hostilidad a la manipulación Ptosis Espasmos en los ojos Rinorrea Lagrimeo Diarrea Erguimientos Erecciones del pene Eyaculación Piloerección Rata Medrano et al 2015 Espontánea Saltos Sacudidas de perro mojado Contorsiona miento Dientes chirridos Masticación Tremor en las patas Diarrea Ptosis Disnea Rata Peregud et al.,2014 Espontánea Pérdida de peso Saltos Tremor en las patas Sacudidas de perro mojado Diarrea Ptosis Raton Papaleo et al.,2006 15 Tabla 3: Signos y conductas de abstinencia a la morfina. Reportes en la literatura afirman que después de varias administraciones de opioides se puede producir déficit de la memoria en humanos. Por ejemplo, de acuerdo con un estudio reciente, pacientes que tomaron morfina crónica durante un mes, sufrieron pérdida de la memoria a corto plazo (eHealthMe, 2017). Además, se ha reportado que el consumo crónico de heroína causa alteración en la conectividad cerebral en la corteza del cíngulo anterior (Zhang et al., 2015) que es una zona involucrada en el procesamiento de la memoria a largo plazo (Chai, Kung & Shyu, 2010). Por otro lado, estudios clínicos han demostrado que dosis analgésicas de opioides como metadona, fentanilo y morfina afectan la memoria dependiendo de la forma de administración (Kamboj, Tookman, Jones, & Curran, 2005). Además, el fentanilo produce daños cognitivos en tareas neuropsicológicas como: memoria, atención dividida, atención sostenida, tiempo de reacción y detección de señales, evaluadas 24 horas después del tratamiento (Schneider et al., 1999). Diversos modelos conductuales como el de evitación pasiva, el laberinto de Morris, el laberinto de ocho compartimentos, los laberintos “T” y “Y” y el modelo de “reconocimiento de objetos”, se han utilizado para evaluar la memoria a corto y largo plazo y sus respectivas áreas cerebrales (Borbély et al., 2013) La administración de fentanilo en un modelo de deterioro cognitivo postoperatorio (POCD) deteriora transitoriamente la memoria a corto plazo. Además en el laberinto “Y” empleado después de 3 días, provoca cambios estructurales en la conectividad cerebral entre la corteza y el hipocampo (Xie et al, 2013). Precipitada Sacudidas de perro mojado Aseo o acicalamiento Dientes chirridos Diarrea Pérdida de peso Enterramiento Retroceso Rata Glick et al 2002 16 La abstinencia inducida por opioides también produce cambios en la memoria, por ejemplo, la abstinencia precipitada por naloxona afecta los niveles de BDNF (Factor Neurotrófico Derivado del Cerebro), lo que genera deterioros en la memoria en un modelo de condicionamiento aversivo de lugar (CPA) (Ju, Long, Liu, & Liu, 2015) y en reconocimiento de objetos (Vaseghi, Hajhashemi, & Rabbani, 2014). A nivel de mecanismo de acción, se ha visto que el fentanilo puede incrementar potenciales postsinápticos excitadores en el área CA1 del hipocampo incrementando la depresión a largo plazo (Tian, Xu, Liu, Wang, & Hu, 2015). También actúa de manera diferente dependiendo de la dosis. A dosis bajas en cultivo neuronal de rata puede causar un colapso de espinas dendríticas y disminuir el número de receptores AMPA, mientras que a dosis altas incrementa el número de receptores AMPA y causa mayor colapso de espinas dendríticas (Lin, Higgins, Loh, Law, & Liao, 2009). Por otro lado, el déficit de la memoria puede durar de cuatro a ocho semanas después una sola administración de fentanilo en tareas como el “laberinto de Morris” que evalúa memoria espacial. En resumen, los opioides como la morfina y fentanilo afectan la memoria a corto y a largo plazo, tanto en humanos como en animales, en diferentes modelos experimentales. También alteran la conectividad cerebral en áreas como el hipocampo, la amígdala y la corteza pre-frontal, además de que modifican la excitabilidad neuronal. Se ha propuesto que estos efectos están relacionados con la liberación de citocinas pro-inflamatorias como la interleucina 1β (IL-1β) y el factor de necrosis tumoral (TNF) (Xu et al., 2015). 2. Opioides, memoria y células gliales 2.1. Función de las células gliales Las células gliales, además de tener una función de apoyo y mantenimiento, proporcionan nutrientes, oxígeno y trabajan en conjunto con las neuronas. Generalmente las neuronas constituyen menos del 25% de las células del cerebro, los astrocitos entre un 30% a 65% y la microglía, aproximadamente el 10%(Sajja, 17 Hlavac, & VandeVord, 2016).La microglía y los astrocitos son las células inmunocompetentes en el SNC. Los astrocitos tienen muchas funciones homeostáticas y de apoyo bien establecidas, que incluyen el mantenimiento del metabolismo de la glucosa, el monitoreo del nivel de glutamato y potasio, la regulación del flujo sanguíneo cerebral y la secreción de factores neurotróficos, claramente, todos estos son esenciales para la función neuronal normal y, por lo tanto, para la cognición normal (Sofroniew & Vinters., 2010) En las últimas dos décadas, se han revelado nuevas funciones sorprendentes para los astrocitos, efectos directos sobre la actividad neuronal, incluida la regulación de las sinapsis, transmisión sináptica, neuromodulación y plasticidad, consideradas para el procesamiento de la información (Haydon, 2001;Volterra & Meldolesi.,2005). Por otro lado la microglia es un tipo de célula glial que se encuentra en el sistema nervioso central. La microglia se encuentra activa cuando se encuentra con elementos potencialmente dañinos para las neuronas actuando en forma defensa inmunitaria y fagocitación (Volterra & Meldolesi., 2005). Se encarga de liberar citosinas como interferones (IFN) tipo I, interleucinas IL-1, IL- 6, IL-12 y factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α), y quimiocinas pro-inflamatorias para inducir la infiltración de leucocitos periféricos en el tejido, con el fin de combatir y eliminar la infección o lesión. (Nakajima & Kohsaka., 2001). Ambas participan en trastornos neurodegenerativos, funciones cognitivas, emocionales y trastornos por sustancias de abuso (Adamsky & Goshen, 2017). Además, se ha sugerido que contribuyen al desarrollo de hiperalgesia y de tolerancia analgésica después de un tratamiento crónico con opioides (Weber, Yeomans, & Tzabazis, 2017). http://www.misistemainmune.es/que-son-las-citoquinas-y-cual-es-su-funcion-en-la-respuesta-inmunologica/ 18 2.2. Las células gliales y los opioides La morfina, en distintas dosis, activa a la microglía (Como si se tratase de elementos potencialmente dañinos) e induce tolerancia analgésica; sin embargo, este efecto se previene con la administración de minociclina que es antibiótico con actividad antiinflamatoria ya que inhibe la activación de la microglía (Fukagawa, Koyama, Kakuyama, & Fukuda, 2013; Matsushita, Omotuyi, Mukae, & Ueda, 2013). Además de inducir la activación de la microglía, la morfina induce liberación de IL-1β en la corteza de la rata, lo cual es fundamental para la reacción inflamatoria del sistema nervioso central (SNC) ya sea mediante la administración de manera crónica o aguda, ya que al estimular constantemente estos mediados inflamatorios se desarrolla la tolerancia (Liang, Chu, Jiang, & Yuan, 2016). Por otro lado, los astrocitos también están involucrados en la tolerancia analgésica producida por administraciones repetidas de morfina. Por ejemplo, la administración de morfina aumenta el desarrollo de la tolerancia la expresión de astrocitos y microglía en la sustancia gris periacueductal, una zona asociada con la transmisión de los estímulos dolorosos (Harada, Nakamoto, & Tokuyama, 2013). 2.3. Células gliales y memoria Se ha demostrado que la participación de los astrocitos y la microglía están involucrados en procesos de aprendizaje y memoria. Modelos de reforzamiento que involucran aprendizaje y memoria como el de condicionamiento preferente de lugar (CPP) demuestran que después de una administración repetida de morfina se activan la microgliay se refuerzan circuitos de aprendizaje en el Núcleo Accumbens (NAc), esto mediante citoquinas y factores neurotróficos que podrían estar implicados en neuroplasticidad (Zhou et al., 2010), sin embargo la inhibición de la activación de la microglia con minociclina, podría revertir los efectos de la tolerancia mediante la señalización de P38 que es un mediador inflamatorio (Zhang et al., 2012) . 19 Por otro lado también se ha demostrado que la administración de morfina causa un incremento de activación de astrocitos en el hipocampo en un modelo de CPP.la morfina estimula la actividad de los astrocitos que a su vez incrementan la liberación de glutamato y dopamina, esta activación de los atrocitos podría jugar un rol muy importante en los procesos de aprendizaje y dependencia a las drogas.(Jahanshahi et al., 2011). También se ha encontrado activación de los astrocitos en capas del asta dorsal superficial de la médula espinal (Horvath, Romero-Sandoval, & Leo, 2010), en la corteza del cíngulo posterior, el hipocampo (Song & Zhao, 2001) y la amígdala, (Bajic, Commons, & Soriano, 2013), por eso se ha sugerido que la glia, en conjunto con las neuronas y neurotransmisores participa de manera importante del procesamiento de la información y muchas funciones cerebrales incluyendo la formación de la memoria, trastornos por consumo de opioides y tolerancia analgésica (Moraga-Amaro, Jerez-Baraona, Simon, & Stehberg, 2014). Varios estudios han encontrado que la participación inhibición de la microglia y los astrocitos mediante la administración de minociclina podría mejorar la dependencia y tolerancia (Zhang et al., 2012; Horvath, 2010) .Sin embargo un fármaco más específico como la pentoxifilina podrían mejorar aspectos de aprendizaje y memoria, tolerancia y dependencia (Harada et al., 2013; Fukagawa et al., 2012; Matsushita et al, 2013). A continuación se explicara el mecanismo de acción de la pentoxifilina. 3. El efecto de la pentoxifilina sobre la memoria 3.1. ¿Qué es la pentoxifilina? La pentoxifilina pertenece a la familia de las metilxatinas. Es un derivado de la dimetixantina que fue sintetizado en 1963 y favorece el flujo microcirculatorio y la oxigenación tisular (Cunha et al., 2000). Sus efectos se dan por mecanismos en los que cambian los niveles de calcio, cAMP y cGMP. La pentoxifilina también puede 20 tener efectos de inhibición en mecanismos inflamatorios debido a su acción específica sobre la fosfodiesterasa 4 (PDE4) (Cunha et al., 2000). La PDE4 es una enzima que degrada al AMPc. Se localiza principalmente en células de linaje monocítico como los macrófagos y la microglía. Diversos estudios muestran que la degradación del AMPc por la PDE4 induce aumentos en AMP y esto lleva a la activación de células inmunes y a la liberación de citosinas pro- inflamatorias (Wittmann & Helliwell, 2013). Esto último se explica en la Figura 5. Fig. 5. Localización intracelular de PDE4 en células de origen monocítico (macrófagos, microglía). La degradación de AMPc a AMP induce la activación de microglía y la liberación de citocinas proinflamatorias (Esquema tomado de Schafer P., 2012) 3.2. Pentoxifilina y memoria Se ha demostrado que la pentoxifilina tiene efectos preventivos en el deterioro de la memoria asociado a trastornos del sueño y epilepsia. Por ejemplo, la privación de sueño afecta negativamente la memoria a corto y a largo plazo; sin embargo, la pentoxifilina no sólo revierte estos efectos sino que además normaliza el sueño 21 (Alzoubi, Khabour, Tashtoush, Al-azzam, & Mhaidat, 2013). Además, administrada intranasalmente tiene un efecto protector sobre la memoria espacial en un modelo inducido de estatus epiléptico (Kang et al., 2017), reduce la ansiedad, mejora la habilidad locomotora y consolida procesos de memoria (Tariq, Ahmad, Moutaery, & Deeb, 2008). Se sabe que los daños en el hipocampo inducido por glutamato, tienen efectos deletéreos en la memoria; sin embargo, estos pueden prevenirse mediante la administración de pentoxifilina en distintas dosis (Cunha et al., 2000). Además ayuda a mejora la adquisición de la memoria en tareas como el laberinto en T, el laberinto de Morris y la evitación pasiva e incrementa los niveles de cAMP (Cunha et al., 2000). Por otro lado este fármaco suprime señales apoptóticas en hipocampo inducidas por isquemia hipóxica perinatal en ratas (Parket al., 2016). 22 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACION Considerando que: En México los opioides como la morfina y el fentanilo son de uso común como anestésicos y para el tratamiento del dolor crónico. El uso crónico de opioides produce tolerancia analgésica, dependencia y abstinencia. La abstinencia a la morfina genera pérdida de la memoria a corto plazo y no se conoce si este efecto también se presenta con fentanilo. Los opioides activan las células gliales como los astrocitos y la microglía. La pentoxifilina, un inhibidor de la activación de la microglía, tiene efectos benéficos sobre la memoria. Se considera pertinente estudiar los efectos de la abstinencia espontánea a fentanilo en la memoria a corto plazo y su posible relación con la activación de las células gliales. HIPÓTESIS La abstinencia espontánea inducida por la suspensión de la administración de fentanilo provocará déficit en la consolidacion de la memoria a corto plazo y este efecto se prevendrá con la administración de pentoxifilina. OBJETIVO Estudiar el efecto de la abstinencia a fentanilo sobre la memoria de corto plazo y su relación con la activación de células gliales en la corteza prefrontal y amígdala. Objetivos particulares Generar tolerancia analgésica en ratas mediante la administración repetida de fentanilo. Evaluar conductas de abstinencia espontánea 24 horas después de la última administración de fentanilo. 23 Evaluar la pérdida de la memoria a corto plazo durante la abstinencia a fentanilo en un modelo de evitación pasiva. Evaluar el efecto del pre-tratamiento con pentoxifilina sobre la tolerancia analgésica, los signos del síndrome de abstinencia y la pérdida de memoria a corto plazo durante la abstinencia a fentanilo. Evaluar la activación de microglía y astrocitos en amígdala y corteza prefrontal en ratas en abstinencia a fentanilo. MATERIALES Y MÉTODOS 1. Animales Se utilizaron ratas machos de la cepa Wistar de 200 a 250 gr. Las ratas se mantuvieron en un ambiente controlado de 20 a 25 °C, en un ciclo invertido de luz/oscuridad de 12/12, con libre acceso a comida y agua. Recibieron una habituación a las condiciones de laboratorio que consistió en transportarlas tres veces cada 24 horas del bioterio al lugar de trabajo y manipularlas en las condiciones de temperatura, humedad y acceso a comida preestablecidas para los experimentos durante una hora. Todos los procedimientos fueron desarrollados de acuerdo a la norma oficial mexicana de cuidado y manejo de animales (NOM-062- ZOO-1999) y fueron aprobados por el comité institucional de uso y cuidado de animales de laboratorio (CICUAL) del Cinvestav (Protocolo No. 0021-12). 2. Fármacos Se utilizaron los siguientes compuestos: citrato de fentanilo (donado por Research Triangle Institute) y pentoxifilina (Sigma-Aldrich). Estos fármacos se disolvieron en solución salina estéril al 0.9%. La preparación de los fármacos se realizó un día antes de los tratamientos. 24 3. Prueba de latencia de retiro de la cola Para evaluar el desarrollo de tolerancia analgésica inducida por la administración crónica de fentanilo se midió la latencia de retiro de la cola al aplicar un estímulo térmico doloroso con un equipo “Tail-Flick” (Ugo Basile, Italia) (Figura 6). El equipo consiste en una plataforma que contiene una pequeña ventanacircular que emite un haz de luz sobre la cola del animal. La fuente de energía es una lámpara de halógeno (8 V, 50 W) con un filtro que bloquea el espectro de luz visible y permite solamente el paso de luz infrarroja. El aparato tiene un sensor que detecta el reflejo de la luz que emite la superficie de la cola de la rata y cuando la rata mueve la cola la luz se apaga. El tiempo de encendido de la lámpara se mide con un cronómetro que tiene un límite de sensibilidad de 0.1 s. Después de la administración de fentanilo, se midió el tiempo de latencia de retiro de la cola con respecto a la latencia basal que se observó al aplicar el mismo estímulo antes del tratamiento farmacológico. El aumento en la latencia de respuesta se consideró anti-nocicepción o efecto analgésico. Cada prueba se realizó al inició y al finalizar el tratamiento crónico con fentanilo. Los animales para experimentación fueron elegidos con base en su umbral de respuesta al estímulo térmico nociceptivo que se estableció de 5 a 6 s. Los animales fuera de este rango fueron descartados. Para evitar el daño tisular, el tiempo límite de estimulación fue de 15 segundos. Para establecer la latencia basal de retiro de la cola se realizaron tres mediciones cada 20 minutos antes del tratamiento farmacológico y para determinar el curso temporal del efecto anti-nociceptivo se determinó la latencia de retiro cada 15 minutos durante la primera hora y cada 30 min durante la siguiente hora después de la administración. El curso temporal del efecto analgésico del fentanilo se calculó como el porcentaje de máximo efecto posible (MEP) para cada tiempo (0, 15, 30, 45, 60, 90 y 120 min) mediante la siguiente fórmula: 25 Donde “A” es la latencia basal antes del tratamiento (tiempo 0), “B” es la latencia después de administrar el fármaco y “15” es la latencia máxima posible de retiro de la cola (tiempo de corte). Adicionalmente, se determinó el área bajo la curva (ABC) mediante el método trapezoidal para evaluar el efecto anti-nociceptivo total durante el periodo de evaluación y el resultado se expresó como unidades de área bajo la curva (Milind & Monu, 2013; Patel, Sahu, & Chandel, 2016) Fig. 6. Prueba de retiro de la cola (Tail flick) 4. Tarea de evitación pasiva Para evaluar la pérdida de la memoria a corto plazo se utilizó el modelo de evitación pasiva que es en una tarea de memoria emocional. El aparato consta de dos compartimentos, uno iluminado y otro oscuro, conectados por una puerta que se abre y cierra. Esta prueba tiene 2 fases, el entrenamiento y la fase de prueba. 26 Durante el entrenamiento, se colocó al roedor en el compartimiento iluminado (este lugar naturalmente es aversivo para las ratas ya que prefieren estar en lugares oscuros) (Ögren & Stiedl., 2013; Encyclopedia of Neuroscience., 2014). Después de 30 segundos se le permitió pasar al compartimento oscuro y se midió la latencia de paso. Dentro del compartimento oscuro se aplicó un estímulo eléctrico de 0.8 mA (Shocker, Coulbourn Intruments) que permite la asociación del compartimento oscuro con el estímulo aversivo. Durante la fase de prueba, 60 minutos después del entrenamiento, (Wang et al., 2017; Ögren & Stiedl., 2013; Encyclopedia of Neuroscience., 2014) se colocó al roedor nuevamente en el compartimento iluminado con la puerta abierta y se midió la latencia de paso al lado oscuro. Se considera que el roedor genera memoria a corto plazo cuando no pasa al compartimento oscuro en los primeros 5 minutos de la fase de prueba. El procedimiento se resume en la figura 7. Fig. 7. Evitación pasiva. Secuencias experimentales para el entrenamiento y prueba. 27 5. Evaluación de la Respuesta de Abstinencia La evaluación del síndrome de abstinencia se realizó 24 horas después de la última administración crónica de fentanilo, en campo abierto con aserrín durante cinco minutos. Todos los datos se compararon con animales control administrados crónicamente con solución salina. Un observador ciego a los tratamientos, contabilizo el aumento de la frecuencia de conductas (presencia o ausencia), Estos signos son cuantificados por su frecuencia, es decir, se cuantifica el número de episodios que se da en cada uno de los animales (n=8 por cada grupo) según experimentos previos (Pineda et al., 1998).Las conductas de abstinencia evaluadas fueron: “sacudidas de perro mojado”, masticación, aseo o acicalamiento, saltos, tremor en las patas, comezón y erguimientos. 6. Inmunofluorescencia Para analizar la activación glial en corteza pre-frontal y amígdala, se analizó la inmunorreactividad de la molécula adaptadora de unión a calcio ionizado 1 (Iba-1, Cat. AB5076) y de la proteína ácida fibrilar glial (GFAP, Cat. AB7260) que son proteínas localizadas en microglía y astrocitos respectivamente. Inmediatamente después de la prueba de memoria, los animales se anestesiaron con 0.2 ml de ketamina:xilacina (90 mg/kg:10 mg/kg i.p.) y se perfundieron a través de la aorta ascendente con solución PBS-heparina seguida de paraformaldehido (PFA) al 4 %. Se extrajo el cerebro y se mantuvo en solución de sacarosa al 30 % por 48 horas. El tejido se congeló con tissue-tek y se almacenó a -70 °C. Se realizaron cortes sagitales de 30 micras de la amígdala y la corteza pre-frontal utilizando un criostato y siguiendo como referencia el atlas de Paxinos y Watson (2009). Las rebanadas obtenidas se colocaron durante 30 min a temperatura ambiente en un portaobjetos. Transcurrido este tiempo se almacenaron en refrigeración a 4°C durante 12 horas. Los portaobjetos con las muestras de tejido se colocaron en gradillas para tinción y se sumergieron en solución PBS 1x a 4°C. 28 Este lavado se repitió dos veces sin agitación y posteriormente se bloquearon las muestras con suero normal de burro al 5% y tritón al 0.3% en PBS 1X durante dos horas a temperatura ambiente. Los anticuerpos se colocaron en una solución incubadora (suero normal de burro 1% y tritón 0.1%, en PBS 1X) en las siguientes diluciones: anticuerpo policlonal de cabra anti-Iba1 (1:200) y anticuerpo policlonal de conejo anti-GFAP (1:300). Las muestras de tejido se incubaron sin agitación en presencia de las preparaciones de anticuerpos durante 18 horas a 4°C en una cámara de humedad. Transcurrido este tiempo se realizaron tres lavados de 10 min con PBS 1X. Se realizó una segunda incubación en solución incubadora con los anticuerpos secundarios DyLight 550 anti-cabra (Cat. SA5-10087, Thermo Scientific) dilución 1:400 y Alexa 488 anti- conejo (Cat. A21206, Life Technologies) dilución 1:200. Esta incubación duró 2 horas a temperatura ambiente en condiciones de oscuridad. Al finalizar la incubación se realizaron 3 lavados de 10 min con PBS 1X. Se realizó una contratincion para núcleos celular con DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole) en una dilución 1:5000 en PBS 1X, durante 5 min y se realizaron tres lavados con PBS 1X. Al finalizar los lavados se montaron las muestras con medio de montaje (Cat. H1211-20, Biovision) utilizando 10-15 micro litros por rebanada. El portaobjetos se cubrió con un cubreobjetos y se selló con barniz. Las muestras se almacenaron a 4°C, protegidas de la luz para su análisis posterior. Se tomaron fotografías de rebanadas de cerebrosde 30 µm utilizando un microscopio de epifluorescencia Nikon Ti2-U. Para analizar los cambios en astrocitos inducidos por los diferentes tratamientos, se midió la intensidad de fluorescencia a GFAP y se expresó como unidades arbitrarias (u.a.). Para analizar los cambios en microglía se realizó la cuantificación de células Iba1+ en un campo de 600x400 µm de cada región cerebral. Todas las cuantificaciones se realizaron utilizando el programa ImageJ para Windows. 29 DISEÑO ESPERIMENTALA continuación, se muestra una descripción de cada experimento y se muestra un diagrama que resume el diseño experimental. Experimento 1: Inducción de tolerancia analgésica Para inducir tolerancia analgésica, se utilizaron los siguientes grupos (n=8 cada uno): fentanilo (0.1 mg/kg), fentanilo + pentoxifilina (20 mg/kg) y sus respectivos grupos control: salina y salina + pentoxifilina. Durante un periodo de 12 horas todos los grupos recibieron tres inyecciones diarias cada seis horas, durante 2.5 días para un total de 7 administraciones. Se midió la latencia de retiro de la cola después de la primera y la última administración. La pentoxifilina fue administrada 30 minutos antes del fentanilo o solución salina basados en los experimentos previos realizados por Harada (2013). Experimento 2: Efecto de la abstinencia a fentanilo en la memoria a corto plazo Se utilizaron los siguientes grupos (n=8 cada uno): fentanilo (0.1 mg/kg) y fentanilo + pentoxifilina (20mg/kg) con sus respectivos grupos control (salina, salina + pentoxifilina). Todos los grupos recibieron 3 administraciones diarias durante 2.5 días para un total de 7 administraciones. La pentoxifilina fue administrada 30 minutos antes del fentanilo o solución salina. Después la última administración, los animales se colocaron en sus cajas durante 24 horas para generar abstinencia espontánea. Transcurrido este tiempo, se sometió a los animales a una fase de habituación en la caja de evitación pasiva durante 30 minutos antes de la fase de entrenamiento y de la prueba. Una vez que todos los animales pasaron por la habituación se realizó la fase de entrenamiento y 60 minutos después, la fase de prueba. A todos los grupos se les midió la latencia de paso al compartimento oscuro. Cuando los animales no pasaron, se les asignó una latencia de 300 segundos. 30 Experimento 3: Inhibición de la activación de la glía con pentoxifilina Con la finalidad de conocer si existía una relación entre en el desarrollo de la tolerancia analgésica, y los efectos sobre la memoria durante la abstinencia a fentanilo, se inhibió la activación la microglía y los astrocitos. Se utilizaron dos grupos experimentales: fentanilo + solución salina y fentanilo + pentoxifilina, y se evaluó la expresión de los marcadores específicos para microglía (Iba-1) y astrocitos (GFAP). Las mediciones obtenidas se compararon con un grupo control tratado con solución salina. A continuación, se muestra un diagrama del diseño experimental: 31 ANÁLISIS ESTADÍSTICO Los resultados de las conductas de abstinencia y efectos sobre la memoria se presentan como la media ± el error estándar y los datos se analizaron mediante la prueba de t de Student. Para evaluar el desarrollo de tolerancia analgésica después de la administración repetida de fentanilo y la cuantificación de la microglia y astrocitos se realizó un análisis de varianza de una vía (ANOVA) seguido de una prueba de Tukey. Se consideró como diferencia estadísticamente significativa el valor de p<0.05 y **P < 0.01. 32 RESULTADOS La administración repetida de fentanilo produce tolerancia analgésica Una sola administración de 0.1 mg/kg de fentanilo produce un efecto analgésico observado como el aumento en la latencia de retiro de la cola al aplicar un estímulo térmico. Este efecto alcanzó su punto máximo 15 minutos después de la administración y disminuyó completamente después de 90 minutos. La administración repetida de la misma dosis de fentanilo produce una disminución parcial en el máximo efecto analgésico posible después de siete administraciones lo que indica el desarrollo de tolerancia al fármaco. Grafica 1: Desarrollo de tolerancia analgésica a fentanilo. A) Curso temporal del efecto analgésico de una o siete administraciones de fentanilo o salina. B) Efecto de la administración aguda o repetida de fentanilo o salina representado como área bajo la curva (ABC). Los asteriscos muestran la significancia estadística entre los grupos seleccionados. ** p<0.01, ANOVA de una vía seguido de una prueba de Tukey. 0 5 0 1 0 0 0 1 5 3 0 6 0 9 0 S a lin a 1 x S a lin a 7 x T ie m p o d e s p u e s d e la a d m in is tra c ió n (m in ) % M E P F e n ta n ilo 7 x F e n ta n ilo 1 x S a li n a 1 x S a li n a 7 x F e n ta n il o 1 x F e n ta n il o 7 x 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 A B C * * A B 33 El pre-tratamiento con pentoxifilina atenúa la tolerancia analgésica inducida por la administración repetida de fentanilo Debido a que la dosis de 0.1 mg/kg de fentanilo produce tolerancia analgésica, se evaluó el efecto de la administración de pentoxifilina 30 minutos antes de cada administración con fentanilo. El efecto analgésico de una sola administración de fentanilo en presencia de pentoxifilina alcanza su punto máximo a los 15 minutos y disminuye completamente después de 90 minutos; esto indica que la administración de pentoxifilina no afecta el efecto analgésico del fentanilo. En cambio, la administración de pentoxifilina sí previene el desarrollo de tolerancia inducida por la administración repetida de fentanilo. Grafica 2: Efecto de la pentoxifilina sobre el desarrollo de tolerancia analgésica a fentanilo. A) Curso temporal del efecto analgésico de una o siete administraciones de fentanilo o salina en ratas pre-tratadas con pentoxifilina. B) Efecto de la administración repetida de fentanilo o salina en ratas pre-tratadas con pentoxifilina representado como área bajo la curva (ABC). Los asteriscos muestran la significancia estadística. ANOVA de una vía, seguido de una prueba de Tukey. A B 0 5 0 1 0 0 0 1 5 3 0 6 0 9 0 P tx + S a lin a (1 x ) P tx + S a lin a (7 x ) T ie m p o d e s p u e s d e la a d m in is tra c ió n (m in ) % M E P P tx + F e n ta n ilo (7 x ) P tx + F e n ta n ilo (1 x ) P tx + S a li n a ( 1 x ) P tx + S a li n a ( 7 x ) P tx + F e n ta n il o ( 1 x ) P tx + F e n ta n il o ( 7 x ) 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 A B C 34 Conductas inducidas durante la abstinencia espontánea a fentanilo La administración repetida de fentanilo produce varias conductas de abstinencia espontánea 24 horas después de la última administración. De las siete conductas evaluadas, se presentaron sacudidas de perro mojado, masticación, aseo o acicalamiento y comezón. Mientras que otras conductas como: saltos, tremor en las patas, y erguimientos no mostraron cambios significativos al compararlas con los animales control. Gráfica 3: Conductas de abstinencia espontánea producidas 24 horas después de la última administración de fentanilo.: A) sacudidas de perro mojado, B) masticación fecal o masticación sin ningún objeto en la boca, C) rasquidos con ambas patas delanteras, D) aseo o acicalamiento, E) erguimiento, F) tremor en las patas. Evaluación durante 5 minutos en campo abierto con aserrín, 24 horas después de la última administración. Los asteriscos muestran la significancia estadística entre los grupos seleccionados. ***p<0.001, ** p<0.01, prueba t de Student. 35 El pre-tratamiento con pentoxifilina disminuye las sacudidas de perro mojado inducidas por la abstinencia a fentanilo Con base en los resultados anteriores probamos el efecto de pentoxifilina en las conductas de abstinencia espontánea. Solo una (sacudidas de perro mojado) de las siete conductas evaluadas (masticación, aseo o acicalamiento y comezón, saltos, tremor en las patas, y erguimientos) disminuyó su aparición en el grupo pre-tratado con pentoxifilina. *** C o n tr o l F e n ta n ilo S + P tx F + P tx 0 5 1 0 1 5 S a c u d id a s d e p e r r o m o ja d o ** N o .d e e v e n to s Gráfica4: Efecto de la pentoxifilina sobre las conductas de abstinencia producidas por la administración repetida de fentanilo. A) Sacudidas de perro mojado. Evaluación durante 5 minutos en campo abierto con aserrín, 24 horas después de la última administración. El grupo experimental se administró con pentoxifilina 30 minutos antes de la administración de fentanilo o salina. Los grupos control fueron tratados con solución salina 30 minutos antes de la administración de fentanilo o salina. S, Salina; F, fentanilo; Ptx, pentoxifilina. ***p<0.001, ** p<0.01, prueba t de Student. La abstinencia a fentanilo induce perdida de la memoria a corto plazo La administración repetida de fentanilo causa una alteración en la memoria a corto plazo en la prueba de evitación pasiva durante el periodo de abstinencia. El grupo tratado con solución salina muestra un aumento en la latencia de paso a la zona 36 obscura durante la fase de prueba mientras que el grupo tratado con fentanilo no presenta este efecto. *** S a lin a F e n ta n ilo 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 2 4 h rs d e a b s tin e n c ia L a te n c ia d e p a s o (s ) Grafica 5: Efectos de la abstinencia a fentanilo sobre la memoria a corto plazo. Latencia de paso del compartimento iluminado al compartimento oscuro en la prueba de evitación pasiva. La evaluación se realizó 24 horas después de la última administración de fentanilo o salina. ***p<0.001, prueba t de Student. El pre-tratamiento con pentoxifilina previene la pérdida de memoria a corto plazo producida durante la abstinencia a fentanilo Debido a que la administración repetida con fentanilo causa una alteración en la memoria a corto plazo durante la abstinencia, se evaluó el efecto de la administración de pentoxifilina 30 minutos antes de la administración de fentanilo. El grupo tratado únicamente con pentoxifilina no presenta cambios significativos comparados con el grupo tratado con solución salina. El grupo tratado con fentanilo más pentoxifilina no presenta una disminución en la latencia de paso al compartimento oscuro en comparación con el grupo tratado con pentoxifilina + 37 salina. Esto indica que el pre-tratamiento con pentoxifilina atenúa la pérdida de memoria a corto plazo producida durante la abstinencia a fentanilo. S F S F 0 100 200 300 control Pentoxifilina *** NS L a te n c ia d e p a s o (s ) Gráfica 6: Efecto de la pentoxifilina sobre la pérdida de memoria a corto plazo producida durante la abstinencia a fentanilo. Latencia de paso del compartimento iluminado al compartimento oscuro en la prueba de evitación pasiva. El grupo experimental se administró con pentoxifilina 30 minutos antes de la administración de fentanilo o salina. Los grupos control fueron administrados con solución salina 30 minutos antes de la administración de fentanilo o salina Evaluación realizada 24 horas después de la última administración de fentanilo o salina. ***p<0.001, prueba t de Student. 38 El pre-tratamiento con pentoxifilina previene la activación de microglía en corteza prefrontal rata producida durante la abstinencia a fentanilo La administración repetida de fentanilo produce aumentos en la inmunorreactividad al marcador de microglía (Iba1) y astrocitos (GFAP) en corteza prefrontal durante el periodo de abstinencia a fentanilo. Este aumento se previene al administrar pentoxifilina 30 minutos antes de cada administración de fentanilo.El marcaje de núcleos celulares con DAPI muestra que no hay cambios en la densidad celular en las ratas tratadas con fentanilo o con pentoxifilina más fentanilo. Imagen 1: Activación de la microglía y astrocitos en la Corteza prefrontal. Inmunorreactividad al marcador de microglía (Iba-1) y de astrocitos (GFAP) en la corteza prefrontal de ratas tratadas de manera crónica con solución salina, fentanilo o fentanilo + pentoxifilina. En color azul se presenta el marcaje de núcleos celulares con DAPI como control de la densidad celular. A) Inmunorreactividad al marcador de microglía (Iba-1) y de astrocitos (GFAP) en la corteza prefrontal de ratas tratadas de manera crónica con solución salina, fentanilo o fentanilo + pentoxifilina. B) Datos tomados de fotografías 10x de corteza prefrontal 2-4 rebanadas tomadas de 1 o 2 animales para cada tratamiento. ANOVA de una vía seguida de la prueba de Tukey. *P < 0.05, **P < 0.01. Barra de escala: 60 µm. 39 El pre-tratamiento con pentoxifilina previene la activación de microglía en amigdala de rata producida durante la abstinencia a fentanilo La administración repetida de fentanilo produce aumentos en la inmunorreactividad al marcador de microglía (Iba1) y astrocitos (GFAP) en la amigdala durante el periodo de abstinencia a fentanilo. Este aumento se previene al administrar pentoxifilina 30 minutos antes de cada administración de fentanilo.El marcaje de núcleos celulares con DAPI muestra que no hay cambios en la densidad celular en las ratas tratadas con fentanilo o con pentoxifilina más fentanilo. Imagen 2: Activación de la microglía y astrocitos en la amígdala. Inmunorreactividad al marcador de microglía (Iba-1) y de astrocitos (GFAP) en la amígdala de ratas tratadas de manera crónica con solución salina, fentanilo o pentoxifilina más fentanilo. En color azul se presenta el marcaje de núcleos celulares (DAPI) como control de la densidad celular. A) Inmunorreactividad al marcador de microglía (Iba-1) y de astrocitos (GFAP) en la corteza prefrontal de ratas tratadas de manera crónica con solución salina, fentanilo o fentanilo + pentoxifilina. B) Datos tomados de fotografías 10x de corteza prefrontal 2-4 rebanadas tomadas de 1 o 2 animales para cada tratamiento. ANOVA de una vía seguida de la prueba de Tukey. *P < 0.05, **P < 0.01. Barra de escala: 60 µm. 40 DISCUSIÓN DE RESULTADOS En este estudio se analizaron los efectos de la abstinencia a fentanilo sobre la pérdida de la memoria a corto plazo y su relación con la activación de las células gliales. Nuestros principales resultados son los siguientes: 1) la administración crónica de fentanilo produce tolerancia analgésica, lo que sugiere un mecanismo de adaptación fisiológica al opioide; 2) la suspensión de la administración crónica de fentanilo genera signos de abstinencia espontánea (sacudidas de perro mojado, masticación, aseo o acicalamiento y comezón), mientras que otras conductas como: saltos, tremor en las patas, y erguimientos no aparecieron de manera clara; 3) la abstinencia espontánea a fentanilo causa déficit en la adquisición de la memoria a corto plazo en la prueba de evitación pasiva; 4) la administración crónica de fentanilo induce la activación de microglía en corteza pre-frontal y amígdala; 5) La administración de pentoxifilina previene el desarrollo de tolerancia analgésica, la pérdida de memoria a corto plazo y la activación de microglía y astrocitos en corteza pre-frontal y amígdala inducidas durante la abstinencia a fentanilo. A continuación, se analizarán los mecanismos que podrían estar relacionados con estas respuestas. Efectos de la administración crónica de fentanilo en la tolerancia analgésica Se sabe, por varios grupos de investigación, que los tratamientos crónicos con opioides generan tolerancia a algunos de sus efectos. Esta tolerancia representa una desventaja ya que limita su uso por periodos prolongados (Glick et al., 1992; Medrano et al., 2015; Salmanzadeh et al., 2017). Nuestros resultados muestran que la administración repetida de fentanilo genera tolerancia parcial a su efecto analgésico. Este efecto se ha descrito para varios opioides (Song & Zhao, 2001) y se debe principalmente a cambios neuroadaptativos entre los que se encuentran: 1) disminución en la expresión de receptores a opioides en la membrana celular, 2) cambiosen la síntesis de proteínas que generan la disminución en canales de 41 potasio y aumento en los canales de calcio, 3) activación de vías inflamatorias que pueden favorecer la transmisión del impulso doloroso y opacar el efecto analgésico de los opioides (Al-Hasani & Bruchas, 2011; Song & Zhao, 2001). Debido a que observamos que el esquema de siete administraciones de fentanilo fue efectivo para producir tolerancia analgésica, que es uno de los síntomas más representativos de la administración crónica de opioides, decidimos investigar los signos conductuales desencadenados a partir del cese de ese esquema de administración. Efectos de las conductas y síntomas de abstinencia El síndrome de abstinencia se caracteriza por múltiples signos fisiológicos y conductas como ptosis, diarrea, sacudidas de perro mojado, acicalamiento, saltos, cambios en la temperatura, etc. (Koob et al., 1992). Estudios previos han demostrado que la abstinencia a opioides como la morfina puede presentarse de manera precipitada (utilizando fármacos antagonistas) (Glick et al., 1992; Medrano et al., 2015; Salmanzadeh et al., 2017) o espontánea (por aclaramiento del opioide en función del tiempo) (Papaleo & Contarino, 2006; Peregud et al., 2014). Ambos tipos de abstinencia presentan signos conductuales similares, aunque en la abstinencia precipitada con antagonista aparecen más rápido, son más intensos y duran menos que en la abstinencia por supresión. Nuestros resultados muestran que 24 horas después de la última administración a fentanilo se presentan algunas conductas de abstinencia de manera espontánea como sacudidas de perro mojado, masticación, comezón y acicalamiento. Estas conductas son similares a las que se presentan cuando se suspende la administración crónica de morfina (Glick et al., 1992; Liu et al., 2008; Medrano et al., 2015; Peregud et al., 2014; X. Q. Zhang et al., 2012). Al comparar nuestros resultados, se confirma que las conductas y signos fisiológicos dependen de la dosis, tipo de opioide, tiempo de administración y tiempo transcurrido para la evaluación (Liu et al., 2008; Papaleo & Contarino, 2006). 42 Datos previos muestran que la abstinencia se puede explicar, al menos parcialmente, mediante la elevación y cambios en la sensibilización de los receptores glutamatérgicos en el locus coeruleus (LC) (Dunbar et al., 2006; Medrano et al., 2015) y el aumento en la tasa de disparo de las neuronas noradrenérgicas de esta región cerebral (Rasmussen et al. 1990). Además, se ha sugerido que el fentanilo es un fármaco que provoca internalización de los receptores AMPA (Lin et al., 2009) y aumenta la liberación de glutamato en algunas regiones del SNC (Medrano et al., 2015). De esta forma, el LC está involucrado en la expresión de los signos somáticos y conductas de abstinencia espontánea, aunque estos dependen del tiempo de la última administración del opioide y de la dosis utilizada durante el periodo de tratamiento (Rasmussen., et al 1990; Cruz et al. 2008; Koob et al. 1992; Pineda et al. 1998). Efectos de la abstinencia espontánea a fentanilo en la memoria a corto plazo en la amígdala y corteza prefrontal Nuestros resultados muestran que un tratamiento crónico con fentanilo, capaz de producir tolerancia analgésica y abstinencia espontánea después de 24 horas, también genera pérdida de memoria a corto plazo. Literatura previa muestra que la abstinencia a la morfina tiene efectos sobre la memoria en diferentes modelos como el de condicionamiento aversivo de lugar (CPA) (Ju et al., 2015) y el de reconocimiento de objetos (Vaseghi et al., 2012). Sin embargo, no se había estudiado si la abstinencia al fentanilo afecta la memoria en un modelo de evitación pasiva. La prueba utilizada en este proyecto involucra la memoria emocional a corto plazo donde el animal tiene la capacidad activa de entrar o no al compartimento oscuro asociado con un evento aversivo (Ögren & Stiedl, 2013). Según Lalumiere (2017) los mecanismos subyacentes que influyen en la memoria emocional son el estrés y 43 la activación de la amígdala baso-lateral (ABL) que trabajan en conjunto para la consolidación de la memoria. Existen varios mecanismos que afectan la memoria: el daño neuronal, el estrés, la neuroinflamación, etc. Se sabe que los tratamientos a largo plazo inducen cambios neuroadaptativos que podrían afectar la respuesta neuronal. La morfina, por ejemplo, produce alteraciones en la plasticidad del cerebro en sitios excitadores postsinápticos, dentro de áreas que están implicadas con la recompensa y el aprendizaje. Es posible que el fentanilo actúe de la misma manera y esa sea una de las modificaciones a largo plazo que llevan al deterioro en los procesos cognitivos. Es necesario realizar más estudios sobre la plasticidad neuronal, espinas dendríticas, y neuroinflamación, así como en sus moléculas de señalización para confirmar esta posibilidad. Por otra parte, varios estudios demuestran que la administración de morfina y fentanilo inducen la liberación de hormonas del estrés como corticosterona y noradrenalina. Estas hormonas influyen en la memoria emocional (Roozendaal et al., 2000;). Sin embargo, su participación en los procesos de memoria de corto plazo está poco estudiada. Se ha observado que la corticosterona en modelos de memoria a corto y largo plazo podría ayudar a consolidar la memoria debido a la asociación de un evento aversivo (Roozendaal et al., 1996). En este proyecto se utilizó fentanilo, que induce cambios en los niveles de corticosterona (Zubero et al., 2017; Oltmanns, Fehm & Peters, 2005). Además, aunque niveles moderados de glucocorticoides podrían mejoran la memoria, niveles altos afectan su consolidación (Dallman et al., 2005; Gold et al., 1975), lo que sugiere que la mala regulación de las hormonas del estrés puede generar daños en los procesos de memoria (McIntyre & Roozendaal., 2005). La activación constante de los receptores glutamatérgicos y noradrenérgicos generada durante la abstinencia a fentanilo es de importancia primordial, ya que se ha observado que el LC envía proyecciones a muchas áreas involucradas incluyendo la amígdala y corteza prefrontal (Petrov et al., 1993; Loy et al., 1980). 44 Otros estudios han demostrado que la infusión de noradrenalina dentro de la amígdala afecta la memoria en un modelo de inhibición aprendida (Liang., 1998). Tomando en cuenta que el tratamiento con fentanilo utilizado en este estudio genera abstinencia espontánea y que el LC está involucrado en la expresión de los síntomas somáticos y las conductas de abstinencia (Aghajanian 1978; Cruz et al. 2008; Koob et al. 1992; Pineda et al. 1998), podemos sugerir que la abstinencia al fentanilo no sólo genera las conductas y síntomas fisiológicos sino que también afecta los procesos de memoria, como la consolidación, mediados por la constante activación de receptores glutamatérgicos en el LC. Según la literatura, existen interacciones entre la ABL y la CPF (McIntyre & Roozendaal., 2007). La ABL interactúa con la CPF a través de conexiones inhibidoras recíprocas. Por ejemplo, un estudio reciente examinó la interacción de la ABL y PFC en la regulación de los efectos de la corticosterona y glucocorticoides en los procesos de memoria (Perez-Jaranay., 1991). Esto último podría explicar nuestros resultados ya que la memoria a corto plazo está siendo afectada por la abstinencia espontánea y ésta, a su vez, está siendo mediada por los efectos de la corticosterona en ABL y PFC involucrados en los procesos de memoria a corto plazo y memoria emocional (Bechara et al., 1999; McIntyre et al., 2005). Muchas investigaciones tanto en animales (Xie et al., 2013: Xu et al., 2015) como en humanos (Schneider et al., 1999; eHealthme., 2017) y estudios in vitro (Lin, et al., 2009) han corroborado daños
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