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0 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE PSICOLOGÍA DIVISIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES “VALORACIÓN DEL EFECTO ANTICONVULSIVO DE METILPARABENO EN ALGUNOS MODELOS AGUDOS DE EPILEPSIA” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE LICENCIADA EN PSICOLOGÍA PRESENTA: BRENDA VERA SÁNCHEZ DIRECTORA: M. EN C. CRISTINA LEMINI GUZMÁN REVISOR: DR. JAIME EDUARDO CALIXTO GONZÁLEZ SINODALES: DR. en C. FRUCTUOSO AYALA GUERRERO DRA. IRMA YOLANDA DEL RÍO PORTILLA DRA. ZEIDY VANESSA MUÑOZ TORRES CIUDAD UNIVERSITARIA, CDMX. 2018 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. 1 AGRADECIMIENTOS A mis padres y familia por todo lo que me han dado, su amor, confianza, esfuerzo, motivación y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación en el transcurso de mi vida. A mi alma mater, mi querida UNAM, orgullosa de pertenecer en tan honorable institución que me ha dado tanto, a la Facultad de Psicología y a los docentes que a lo largo de la carrera tuve la dicha de aprender. A mi directora por su enorme comprensión que me ofreció a lo largo de este proceso, infinitas gracias. A mi revisor y sinodales por sus palabras, tiempo y aportaciones que enriquecieron este trabajo. A todos los integrantes del Departamento de Farmacología de la Facultad de Medicina UNAM por recibirme y brindarme su ayuda, escucha y apoyo. Asimismo a las y los doctores que me ayudaron y apoyaron en mi búsqueda para la convocatoria de la estancia (y las personitas que fueron de gran motivación en ese viacrucis). A los psicólogos de la Policía Auxiliar de la CDMX con quienes me desahogaba y fueron testigos de mi vaivén emocional. Y a todos los que estuvieron conmigo en mí andar. 2 Índice ÍNDICE 1. RESUMEN ............................................................................................................................................................ 6 2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................. 8 2.1 Definición de Epilepsia ................................................................................................................................... 8 2.2 Epidemiología ................................................................................................................................................ 9 2.3 Etiología ......................................................................................................................................................... 9 2.4 Clasificación ................................................................................................................................................... 9 2.5 Conceptos fisiológicos ................................................................................................................................. 12 2.6 Mecanismo de acción del efecto anticonvulsivante .................................................................................... 16 2.7 Modelos para evaluar agentes anticonvulsivos ........................................................................................... 18 a) Modelo de Electroshock Máximo (MES) .................................................................................................... 19 b) Modelo de Pentilentetrazol (PTZ)............................................................................................................... 21 c) Modelo de Pilocarpina (PILO) .................................................................................................................... 22 2.8 Laberinto Elevado en Cruz (LEC) ................................................................................................................. 24 3. ANTECEDENTES .............................................................................................................................................. 26 3.1 Parabenos..................................................................................................................................................... 27 4. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................................... 29 5. OBJETIVOS ...................................................................................................................................................... 31 6. HIPÓTESIS ........................................................................................................................................................ 31 7. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................................................. 32 7.1 Substancias ................................................................................................................................................. 32 7.2 Materiales .................................................................................................................................................... 32 7.3 Sujetos experimentales ............................................................................................................................... 32 7.4 Diseño experimental .................................................................................................................................... 32 7.4.1. Modelos para evaluar agentes anticonvulsivos ................................................................................... 34 7.4.2. Laberinto Elevado en Cruz (LEC) ........................................................................................................ 37 7.5 Análisis estadístico ...................................................................................................................................... 38 8. RESULTADOS .................................................................................................................................................. 39 8.1 Resultados en MES ..................................................................................................................................... 39 8.2 Resultados en PTZ ...................................................................................................................................... 41 8.3 Resultados en el modelo de PILO ............................................................................................................... 45 8.4 Efecto ansiolítico de MePben ...................................................................................................................... 49 9. DISCUSIÓN ....................................................................................................................................................... 53 10. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................57 11. REFERENCIAS ............................................................................................................................................... 58 12. ANEXOS .......................................................................................................................................................... 64 A) Fármacos indicados en el tratamiento de la epilepsia .................................................................................. 64 3 Índice B) Efectos adversos asociados a los tratamientos anticonvulsivos .................................................................. 66 C) Cuadro de promedio de los datos ................................................................................................................. 67 D) Diferencias porcentuales .............................................................................................................................. 72 .... --------~( )~--------- Abreviaturas 4 ABREVIATURAS AMPA Receptor Ácido alfa-amino-3-hidroxi-5-metilo-4-isoxazolpropiónico APHB Ácido para-hidroxibenzoico ATC Actividad Tónico-Clónica ATP Adenosín-trifosfato AV Ácido Valpróico BA Brazos Abiertos BC Brazos Cerrados Ca2+ Calcio Cl- Cloro DFH Difenilhidantoina EEG Electroencefalograma eem Error Estándar de la Media ELT Epilepsia del Lóbulo Temporal FAE Fármacos Antiepilépticos GABA Ácido aminobutírico GABAA Receptor ionotrópico del ácido aminobutírico GABAB Receptor metabotrópico del ácido aminobutírico H1 Hipótesis alterna Ho Hipótesis nula ILAE Liga Internacional contra la Epilepsia i.p. Administración vía intraperitoneal K+ Potasio LEC Laberinto Elevado en Cruz MePben Metilparabeno MES Método de Electroshock Máximo mg/kg Miligramo sobre kilogramo MS Moleculsol mV Milivoltios Na+ Sodio NaCl Cloruro de sodio NMDA Receptores de N-metil-D-aspartato NT Neurotransmisores OMS Organización Mundial de la Salud Pbens Parabenos PEPS Potencial Excitador Postsináptico PIPS Potencial Inhibidor Postsináptico 5 Abreviaturas PG Propilenglicol PILO Pilocarpina PPE Programa Prioritario de Epilepsia ProPben Propilparabeno PTZ Pentilentetrazol s.c. Administración por vía subcutánea SE Status Epilepticus seg Segundos SNC Sistema Nervioso Central TLE Epilepsia del Lóbulo Temporal 6 Resumen 1. RESUMEN INTRODUCCIÓN. Las epilepsias son trastornos neurológicos en los que grupos de neuronas en el cerebro ocasionalmente transmiten señales en forma anormal; las neuronas emiten señales simultáneamente a una frecuencia mayor de lo normal, causando movimientos, sensaciones, emociones y comportamientos involuntarios dando origen a crisis epilépticas. Generalmente los tratamientos farmacológicos son a largo plazo, produciendo efectos adversos, como sedación, ataxia y otros de mayor consideración que dificultan su administración. Cerca del 30% de los pacientes con este padecimiento no responde a ninguna farmacoterapia anticonvulsiva convencional y la alternativa que se les brinda son métodos invasivos. Esta condición requiere de ser atendida por lo que es necesaria la búsqueda de nuevos fármacos con propiedades anticonvulsivas que ofrezcan mayor seguridad, que carezcan o produzcan menos efectos secundarios nocivos para el paciente y así brindarle una mejor calidad de vida. En trabajos recientes que emplean modelos computacionales mediante estudios de la relación estructura química-actividad biológica para el descubrimiento de nuevos agentes anticonvulsivantes se describieron como candidatos a los parabenos, compuestos sintéticos utilizados como conservadores en productos alimenticios, cosméticos y farmacéuticos. OBJETIVO. Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de metilparabeno (MePben) en ratones macho CD1 adultos, en modelos experimentales inductores de convulsiones: el modelo de electroshock máximo, (MES por sus siglas en inglés Maximal Electroshock Seizure) y los modelos quimio-convulsivantes de pentilentetrazol (PTZ) y pilocarpina (PILO), que han sido ampliamente validados para la valoración de compuestos anticonvulsivos. También se analizó el posible efecto ansiolítico de MePben mediante el Laberinto Elevado en Cruz (LEC). MÉTODOS. A diferentes grupos de animales se asignaron pretratamientos de una sola administración por vía intraperitoneal (i.p.) de MePben en las dosis de 10, 50, 100 o 200 mg/kg. Los controles recibieron el vehículo solución salina (SS; 0.9%) o propilenglicol (PG; 10 ml/kg) y en cada experimento se utilizó un agente anticonvulsivante como control positivo. En el MES se utilizó difenilhidantoina (DFH; 11mg/kg) y en PTZ y PILO el ácido valpróico (AV; 250 mg/kg). En el MES se llevaron a cabo en la parte externa de las orejas, dos aplicaciones del estímulo de electroshock de 50 mA con una frecuencia de 100 pulsos/seg, una después de 30 minutos y otra 4 horas posterior a la administración del MePben, se evaluó la abolición de la extensión de los miembros posteriores como indicador de efecto anticonvulsivante protector, así como la sobrevivencia. En PTZ: 30 minutos después de la administración del MePben, se aplicó una dosis de 100 mg/kg de PTZ por vía subcutánea (s.c.), registrando las latencias de actividad, el signo de Straub, la actividad tónico-clónica (ATC), su duración y la supervivencia del animal. En PILO se administraron dosis de 10, 50 y 100 mg/kg del MePben, media hora después se inyectó una dosis de 1 mg/kg de escopolamina por vía s.c. y después de 30 minutos se administraron 300 mg/kg de PILO por vía s.c. registrando durante 90 minutos la latencia de los signos representativos de la actividad convulsiva: acinesia, temblor, status epilepticus y muerte. En el LEC se evaluó el efecto ansiolítico del MePben administrando a los animales 50 mg/kg y 100 mg/kg comparando con el grupo que recibió el vehículo; en este modelo se llevaron a cabo dos registros; a los 30 minutos y 4 horas 7 Resumen después de la administración del MePben, permitiendo la libre exploración de los animales durante 5 minutos dentro del laberinto. Se registró el tiempo de permanencia y distancia recorrida tanto en los brazos abiertos (BA) como en los brazos cerrados (BC) así como la distancia total recorrida por los animales. RESULTADOS. Nuestros datos demostraron efectos anticonvulsivos del MePben al abolir en un 40% de los animales la extensión tónica de la convulsión en el modelo MES. En tratamiento con PTZ retrasó el tiempo de aparición de las fases de la convulsión y de la ATC de manera significativa (hasta 183%). En el modelo de PILO, el MePben retrasó la latencia del Status Epilepticus de 319-393% en relación al grupo control. En todos los modelos el MePben protegió a los animales tratados observándose una mayor supervivencia en relación a los controles positivos. En el LEC, el MePben produjo efectos ansiolíticos induciendo en los animales tratados un mayor tiempo de permanencia en los brazos abiertos (BA) (275%) en relación al grupo control. CONCLUSIONES. El MePben posee acciones anticonvulsivantes probablemente a través de diferentes mecanismos de acción a nivel de canales iónicos y sobre receptores GABAA. Nuestros resultados abren unaventana de oportunidad para realizar estudios experimentales crónicos que den información sobre sus efectos a mediano y largo plazo para determinar la eficacia, tolerancia, y toxicidad de los parabenos en la epilepsia. Palabras clave: epilepsia, modelos agudos, MES, PTZ, PILO, MePben. Introducción 8 2. INTRODUCCIÓN La primera definición científica de la epilepsia fue descrita por John Hughlings Jackson (1835-1911), quien la describió como “una descarga ocasional, súbita, excesiva, rápida y localizada de la substancia gris” (Hughlings, 1869). En el Diccionario de la Lengua Española indica que el término proviene del latín epilepsĭa, y este del griego ἐπιληψία epilēpsía, que significa literalmente 'ataque'; procede del verbo epilamvano) que indica “ataque súbito que sobrecoge” (Real Academia Española, 2014). Las neuronas normalmente generan señales o impulsos electroquímicos que conducen las señales a través del axón a otras neuronas, glándulas y músculos para producir movimientos, y en los humanos pensamientos y sentimientos. Durante una crisis, muchas neuronas emiten señales al mismo tiempo, hasta 500 veces por segundo, una tasa mucho más rápida de lo normal (Lullmann et al., 2010). Este aumento excesivo de actividad eléctrica simultánea causa movimientos, sensaciones, emociones y comportamientos involuntarios. Adicionalmente, la disrupción temporal de la actividad neuronal normal puede causar una alteración en el estado de conciencia. Todos los medicamentos disponibles en la actualidad para el tratamiento de la epilepsia, presentan uno o más efectos secundarios/adversos inherentes, como mareos, ataxia, concentración alterada, confusión mental, alteración del sueño, anorexia, somnolencia y agresividad (Viswanatha et al., 2016). La búsqueda de nuevos medicamentos con propiedades anticonvulsivas de mayor seguridad y tolerancia para el paciente en donde se reduzcan los efectos secundarios y se brinde una mejor calidad de vida para el paciente es una prioridad. 2.1 Definición de Epilepsia De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, la epilepsia se define como una afección crónica, de etiologías diversas, caracterizada por la repetición de crisis resultantes de la descarga excesiva de neuronas cerebrales (crisis epilépticas), independientemente de los síntomas clínicos o paraclínicos eventualmente asociados (OMS, 2016). La Liga Internacional contra la Epilepsia (ILAE, por sus siglas en inglés) considera un individuo con epilepsia, si al menos presenta dos crisis epilépticas no provocadas (o reflejas) con separación de más de 24 horas entre cada una (Fisher et al., 2014). Los síntomas de la convulsión varían según la ubicación de la actividad convulsiva y puede incluir síntomas motores prominentes y pérdida de conciencia (como se presentan en las convulsiones tónico-clónicas), alteraciones paroxísticas en funciones no motoras (por ejemplo sensaciones olfatorias o de visión), o cambios en funciones de orden más alto, como emoción, memoria, y/o lenguaje (Cornes et al., 2017). 9 Introducción En las personas que presentan convulsiones hay una mayor tendencia a sufrir fracturas y hematomas derivados de traumatismos a consecuencia de las convulsiones y mayores trastornos psicosociales, así como ansiedad y depresión. Estos padecimientos tienen una repercusión social en los pacientes y sus familias ya que puede darse estigmatización y discriminación. Pero quizás lo más importante es que los pacientes con este padecimiento presentan tres veces mayor riesgo de muerte prematura que la población sin epilepsia (OMS, 2016). 2.2 Epidemiología Actualmente 50 millones de personas de todo el mundo padecen epilepsia. Según estimaciones de la OMS, se diagnostican anualmente alrededor de 2.4 millones de casos; donde cerca del 80% de los pacientes viven en países de bajos y medianos recursos, teniendo mayores factores de riesgo (enfermedades endémicas como paludismo, neurocisticercosis, mayor incidencia de traumatismos relacionados con accidentes de tránsito, traumatismos derivados del parto, falta de: infraestructura médica, información, disponibilidad de programas de salud preventiva y de atención accesible). En México, el Programa Prioritario de Epilepsia (PPE) del Sector Salud, calcula que existen 2 millones de mexicanos con epilepsia (PPE, 2014), con una prevalencia de 15 por cada 1000 individuos (Garza, 2016) por lo que es considerado un problema de salud pública que debe atenderse. 2.3 Etiología La ILAE señala que las causas de la enfermedad pueden ser de origen: genético donde las crisis son el síntoma fundamental de una alteración genética, por ejemplo, por esclerosis tuberosa o malformaciones del desarrollo cortical; metabólico/estructural, donde están incluidos trastornos adquiridos como la enfermedad vascular cerebral, traumatismos e infecciones y de causa desconocida (Berg et al., 2010). También las alteraciones electrolíticas, y por fármacos pueden causar crisis epilépticas a consecuencia de la alteración del equilibrio entre la excitabilidad y la inhibición neuronal (Gil-Nagel, 2004). 2.4 Clasificación En el 2010 la ILAE publicó una propuesta nueva para la clasificación de las crisis epilépticas (Berg et al., 2010), definidas como una alteración repentina, involuntaria, de duración limitada que se presenta como cambios motores, sensoriales, autonómicos o de conciencia, producidos por actividad cerebral anormalmente exagerada (Brailowsky, 1999). Las crisis clasificadas por la ILAE se presentan en la figura 1 y se describen a continuación: 10 Introducción Figura 1. La Comisión de Clasificación y Terminología de la Liga Internacional contra la Epilepsia (ILAE) liderada por Berg, ante la reiterada solicitud de diversos autores de modificar los enfoques clásicos de la epilepsia, publicó en el año 2010 una revisión terminológica y conceptual de las crisis epilépticas, como se muestra en el esquema (Modificado de Berg et al., 2010). CRISIS GENERALIZADAS Afectan a redes neuronales distribuidas bilateralmente, donde las descargas son simétricas y sincrónicas. Crisis tónico-clónicas/gran mal: Se originan en las regiones centrales del cerebro y se disemina con rapidez a ambos hemisferios. Inicia bruscamente, con una contractura muscular y pérdida de la conciencia, caída y con alguna forma de vocalización (debido a la contracción brusca de los músculos respiratorios); seguido de la fase clónica, con contracciones alternadas de músculos flexores y extensores, para terminar en una fase de depresión post-crítica o post-ictal, en donde el paciente se puede quedar dormido o quedar confuso o desorientado. Tienen una duración de 1 a 3 minutos; además pueden ocurrir con relajación de esfínteres, golpes o mordeduras. Si llegasen a durar más de 5 minutos, se considera un estado de mal epiléptico o status epilepticus (SE), el cual puede producir potencialmente daño neurológico; se asocia a niveles extracelulares aumentados de glutamato, y junto con la activación del receptor glutamatérgico se relaciona con excitotoxicidad y muerte neuronal. Este síndrome también incluye a los enfermos que entran en una segunda convulsión sin recuperar la conciencia de la primera; y/o si tienen convulsiones repetidas durante 30 minutos o más (Schachter et al., 2013). El SE es una emergencia médica con una mortalidad del 40% (García et al., 2010). Crisis de ausencias/petit mal: Alteraciones repentinas del conocimiento con mirada fija e interrupción de las actividades, con duración menor de 30 segundos. Brailowsky (1999) describía que aparentemente se inicia una descarga neuronal excesiva en la formación reticular a nivel del tálamo que se proyecta de manera difusa a toda la corteza en los dos hemisferios y bajapor el tallo cerebral. En las lecturas de Propuesta de la ILAE de Terminología para la Organización de Crisis y Epilepsias 2010 Desconocidas Alterado/discognitivas Crisis Generalizadas Crisis Focales Crisis tónico-clónicas Crisis de ausencias Crisis clónicas Crisis tónicas Crisis atónicas Crisis mioclónicas Nivel de conciencia Preservado Auras Autonómicas Motoras Crisis convulsivas bilaterales 11 Introducción electroencefalograma (EEG) se observan patrones similares a los generados durante el sueño de ondas lentas. Crisis clónicas: Se inician con pérdida de la conciencia, una sacudida muscular brusca, breve, seguida de otras que persisten durante varios minutos. Ocurren casi exclusivamente en recién nacidos y niños pequeños. Crisis tónicas: Contracciones musculares repentinas, bruscas, de un músculo o de un grupo de músculos; duran menos de 20 segundos, al finalizar, el paciente se muestra confuso, cansado y con dolor de cabeza. Crisis atónicas: Consisten en periodos breves de pérdida de fuerza muscular. Crisis mioclónicas: Contracción muscular breve (tics, 1 segundo) movimientos involuntarios, bruscos y repentinos, a modo de sacudidas. CRISIS FOCALES Sustituye al término de crisis parciales. Afectan a redes limitadas a un hemisferio o son bien localizadas, tienen el mismo comienzo ictal y patrón de propagación; se esparce a áreas adyacentes mediante conexiones neuronales difusas (Cornes et al., 2017). Se clasifican de acuerdo a una o más de las siguientes características: Nivel de conciencia: Alterado/ discognitivas: pérdida del conocimiento que puede ser de 30 segundos a 2 minutos a menudo acompañada de movimientos sin un fin determinado, como chasquidos de los labios o apretones con las manos. El término discognitivo involucra la perturbación de la cognición, afectando a dos o más componentes como la percepción, atención, emoción, memoria y funciones ejecutivas (Blume et al., 2001). Antes era conocida como crisis parcial compleja; el tipo más común es la Epilepsia del lóbulo temporal (TLE por sus siglas en inglés), quienes tienen que vivir no sólo con convulsiones sino también con alteraciones del comportamiento, incluyendo ansiedad, psicosis, depresión y deterioro del funcionamiento cognitivo (Lopes et al., 2016). Preservado: la actividad se confina a una región de la corteza responsable de una función básica, como el movimiento motor o la sensación, no hay cambio en estado mental de paciente (Cornes et al., 2017), dura de 20 a 60 segundos, se conserva el estado de vigilia y puede recordar sus crisis. Auras: fenómeno ictal subjetivo que, en ciertos pacientes, puede preceder a una crisis (Blume et al., 2001). La alteración en la percepción sensorial no proviene de estímulos externos identificables y se presentan del lado contrario a donde se encuentra el foco de neuronas hiperactivas. 12 Introducción Motoras: activación o relajación repentina de un grupo de músculos, comúnmente localizados en el lado opuesto del cuerpo al lugar de origen de las crisis en el cerebro. Autonómicas: compromete al Sistema Nervioso Autónomo, incluyendo funciones cardiovasculares, gastrointestinales, vasomotoras y termorreguladoras. Crisis convulsiva bilateral: Conocida como convulsión generalizada secundaria; la actividad paroxística comienza en un foco pero se disemina a áreas corticales por las conexiones difusas del tálamo que sincronizan la diseminación de la actividad a ambos hemisferios; la crisis avanza para convertirse en una crisis tónico-clónica con pérdida de conocimiento y contracciones sostenidas (tónicas, relacionada con una pérdida súbita de salida de GABA, causando un largo tren de disparos rápidos que dura varios segundos) de diversos músculos del cuerpo seguidas de periodos de contracción muscular alternados con periodos de relajación (clónica), con duración de 1 a 2 minutos, ya que conforme la inhibición mediada por GABA comienza a restaurarse, la excitación mediada por los receptores AMPA y NMDA empieza a oscilar con el componente inhibidor dando lugar a las sacudidas del cuerpo. Con el tiempo prevalece la inhibición mediada por GABA y el paciente queda flácido y permanece inconsciente durante el periodo postictal hasta que recupera la función cerebral normal (Cornes et al., 2017) DESCONOCIDAS. Aquellas que no cuentan con suficiente evidencia para caracterizarlas. 2.5 Conceptos fisiológicos Las interacciones entre los canales iónicos, los receptores que regulan estos canales y los neurotransmisores aminoacídicos en el Sistema Nervioso Central (SNC) constituyen las bases moleculares para comprender la epilepsia. Los procesos básicos de la transmisión electroquímica son los que apoyan la modulación farmacológica de la excitación y comunicación celulares empleada en la terapéutica de la epilepsia (Mayne y Lauren, 2017). La comunicación intraneuronal radica en la forma en que un mensaje se conduce desde el cuerpo celular a lo largo del axón hasta los botones terminales, lo que induce la liberación de un cierto neurotransmisor. Esta conducción de información ocurre mediante el potencial de acción, que consiste en una serie de alteraciones en la membrana del axón, un breve impulso eléctrico genera un cambio del potencial de membrana cuya carga eléctrica es el resultado del equilibrio entre la fuerza de difusión y la presión electrostática (Rosenzweig y Leiman, 1992). De los 4 iones que se encuentran en mayor cantidad a ambos lados de la membrana, los iones de sodio (Na+) y cloro (Cl-) imperan en el líquido extracelular, mientras que en el líquido intracelular predominan los iones de potasio (K+) y aniones orgánicos con carga negativa (A-) como aminoácidos y proteínas, por lo que el interior de la célula es negativo con respecto al exterior, con un potencial de reposo de -70 milivoltios (mV) (Kandel et al., 2001). 13 Introducción El potencial de acción (Ver figura 2) se lleva a cabo cuando se alcanza el umbral de excitación, los canales de Na+ de la membrana se abren permitiendo su entrada al interior celular despolarizando la neurona, cambiando el potencial de -70 mV a +40 mV (estos canales que se abren por cambios en el potencial de membrana se les llama canales iónicos controlados por voltaje). Los canales de K+ son menos sensibles, por lo que requieren un nivel mayor de despolarización para iniciar su apertura al exterior celular. Al alcanzar el valor máximo de potencial de acción, los canales de Na+ se bloquean y los de K+ continúan abiertos permitiendo la salida de iones, hasta alcanzar el potencial de reposo, cierre del canal y reactivación de los canales de Na+ para dar paso a otra despolarización. La hiperpolarización ocurre por la acumulación de los iones de K+ en el exterior que sobrepasa el valor de reposo de la membrana, que retorna gradualmente a su valor de -70 mV (Carlson, 2006). Figura 2. Vista esquemática de un potencial de acción, mostrando sus distintas fases: 1) la apertura de los canales de sodio en el umbral de excitación, 2) fase de despolarización o ascendente, 3) su estado refractario en el pico del potencial de acción, 4) fase de repolarización o descendente, 5) la reactivación de los canales de sodio regresando al valor de reposo del potencial de membrana y 6) la hiperpolarización en la cual el potencial de membrana sobrepasa su valor de reposo (-70 mV) debido a la acumulación de iones de potasio en el exterior de la membrana y gradualmente retorna a su valor (Imagen modificada de Carlson, 2006). Ahora bien, las neuronas se comunican entre sí mediante sinapsis por medio de neurotransmisores (NT) liberados por los botones terminales (membrana presináptica) y detectados por receptores en la membrana postsináptica de otra neurona. Cuando se transmiten los potencialesde acción a lo largo del axón, cierta cantidad de vesículas sinápticas localizadas en la membrana presináptica se fusionan con ella y luego se rompen, liberando su contenido en el espacio sináptico. Esto se debe a la apertura de los canales de calcio (Ca2+) controlados por voltaje localizados en la membrana pre-sináptica. La concentración de iones de Ca2+ es mayor en el líquido extracelular, por lo que la apertura del canal, provoca ingreso de Ca2+ (Gil-Nagel, 2004). 14 Introducción Una vez que el neurotransmisor se une a su receptor, se abren los canales iónicos controlados por el neurotransmisor, los cuales permiten el paso de iones específicos dentro o fuera de la célula, a éstos se les conoce como receptores ionotrópicos. Por otra parte, algunos receptores no abren canales iónicos directamente, sino que inician una cadena de acontecimientos químicos que implican gasto de energía metabólica, por lo que se conocen como receptores metabotrópicos, debido a que se encuentran acoplados a una proteína G que activa una enzima, y que estimula la producción de un segundo mensajero, el cual transmite la señal que produce la apertura del canal iónico (Nicoll, 2010). El tipo de canal iónico que se abre determina si el potencial post-sináptico es despolarizante (excitadores) o hiperpolarizantes (inhibidores). El canal de Na+ controlado por neurotransmisor es la principal fuente de potencial excitador postsináptico (PEPS); mientras que si se abren los canales de K+ provocando su salida de la célula o la entrada de iones de cloro (Cl-) que hiperpolarizan la neurona, producen un potencial inhibidor postsináptico (PIPS; figura 3). Otro tipo de canal ionotrópico es el de Ca2+, produciendo el PEPS y desencadenando la liberación de NT. Los potenciales post-sinápticos finalizan por la recaptura o por la inactivación enzimática del NT (figura 4). Figura 3. Movimientos iónicos durante los potenciales postsinápticos. El flujo hacia el interior de la célula de los iones cargados positivamente, como sodio (Na+) y calcio (Ca2+) incrementa la tendencia de la membrana a la despolarización, mientras que la salida de los iones de potasio (K+) y cloro (Cl-) desvía el potencial de membrana hacia la hiperpolarización (Imagen modificada de Carlson, 2006). 15 Introducción Figura 4. Pasos de la transmisión sináptica. 1) La neurona sintetiza el NT y lo almacena en vesículas 2) Un potencial de acción que desciende de la neurona despolariza la terminal nerviosa 3) Se activan canales de Ca2+ dependientes del voltaje, lo que permite la entrada de Ca2+ en la terminal presináptica nerviosa. 4) Liberación del NT 5) El NT se une a uno de los dos tipos de receptores postsinápticos: 5a) Receptores ionotrópicos causando la apertura del canal y cambiando la permeabilidad de la membrana postináptica a los iones. 5b) La unión del NT con los receptores metabotrópicos, que activa cascadas de señales intracelulares, en este caso se muestra la activación de la proteína G que provoca la formación de AMPc por la adenilato ciclasa. 6) La terminación de la señal se logra al retirar el NT de la hendidura sináptica, ya sea degradado por enzimas (6ª) o puede reciclarse al interior de la célula presináptica por transportadores de recaptura (6b) (Imagen modificada de Mayne y Lauren, 2017). La suma de los PEPS y PIPS sincronizados genera la actividad eléctrica que se registra en el electroencefalograma (EEG). La mayoría de la actividad de los circuitos de neuronas implica el equilibrio entre los efectos excitadores e inhibidores. Los principales NT excitadores del Sistema Nervioso Central (SNC) son Glutamato (Glu) y Aspartato (Asp), mientras el principal NT inhibidor es el ácido -aminobutírico (GABA) (Lullmann et al., 2010). El Glutamato cuenta con los receptores ionotrópicos clasificados según su activación por los agonistas selectivos: AMPA (localizado en el SNC, en especial en hipocampo y corteza cerebral), receptores kainato (especiamente en hipocampo y cerebelo), y NMDA (expresados particularmente en hipocampo, corteza cerebral y médula espinal). Adicionalmente, los receptores metabotrópicos glutamatérgico se ha identificado como responsable de respuestas sinápticas excitadoras; asociadas con la activación de la neurona motora, y a respuestas sensoriales agudas incluido el desarrollo de una elevada sensación de dolor, y a cambios involucrados en ciertos tipos de formación de recuerdos (Forman et al., 2017). 16 Introducción Se han identificado los receptores GABA: GABAA (ionotrópico, con cinco subunidades, que abren el canal de Cl- que es blanco de fármacos, como benzodiacepinas, barbitúricos y anestésicos esteroidales que deprimen las funciones del SNC y GABAB, receptor metabotrópico acoplado a una proteína G, que controla el canal de K+ y se encuentra en especial en la médula espinal. Los fármacos que modulan a los receptores GABAA afectan el despertar y la atención, procesos de memoria, sueño, tono muscular y ansiedad, y se han utilizado como moduladores de la señalización para tratar la hiperactividad neuronal localizada o dispersa en la epilepsia (Forman et al., 2017). De acuerdo con lo anterior, en las diferentes formas de actividad convulsiva, se encuentra la función anormal de los canales iónicos y redes neuronales que causa una propagación rápida, sincrónica y descontrolada de la actividad eléctrica y que da origen a una convulsión. Asimismo, esta actividad puede deberse a una sobre estimulación de las vías glutamatérgicas, produciendo la sobreactivación de los receptores AMPA y que progresa a la sobreactivación de los receptores NMDA (Forman et al., 2017). También se ha señalado que puede deberse a la interferencia con la efectividad de mecanismos sinápticos inhibidores (Rosenzweig y Leiman, 1992). 2.6 Mecanismo de acción del efecto anticonvulsivante La eficacia de los fármacos antiepilépticos (FAE) se centra en la manipulación de la actividad de los canales iónicos. La protección fisiológica contra el disparo repetido ocurre a través de la inhibición en dos niveles: el celular (p. ej., inactivación del canal de Na+) y el de red (inhibición mediada por GABA) (Cornes et al., 2017). Se clasifica a los mecanismos de acción de los anticonvulsivos en las categorías: a) Inhibidores de los canales de sodio (Na+) Inhiben la neurotransmisión eléctrica por bloqueo del canal de Na+ neuronal activado por voltaje, por lo que se limita las descargas reiteradas de las neuronas. La base de los efectos de difenilhidantoína, carbamazepina y lamotrigina, con utilidad en las convulsiones parciales disminuyen la velocidad de recuperación de los canales de Na+ lo que limita la capacidad de una neurona para activarse, estabilizando la forma inactiva y previniendo así que los axones generen potenciales de acción de forma repetitiva (McNamara, 2012), es decir, actúa en la última fase en el potencial de acción (Véase figura 2). b) Potenciadores del canal de potasio (K+) Potencian la actividad de los canales de K+ activados por voltaje, reduciendo la excitabilidad neuronal. Fármacos con este mecanismo son la ezogabina, retigabina empleados para las crisis focales y crisis convulsivas bilateral (Nicoll, 2010). 17 Introducción c) Inhibidores del canal de calcio (Ca2+) Los fármacos que son eficaces contra las crisis de ausencia, tipo de epilepsia menos frecuente, funcionan por este mecanismo. Por ejemplo, el etosuximida y el ácido valproico inhiben los canales de Ca2+ tipo T de umbral bajo, los cuales activan a un potencial de membrana mucho más negativo. Estos canales se activan solo cuando la célula es hiperpolarizada y se localizan en el tálamo reduciendo la comunicación tálamo-cortical. La gabapentina inhibe los canales de Ca2+ activados por alto voltaje, que controlan la entrada de Ca2+a la terminal presináptica y por lo tanto ayudan a regular la liberación del NT (Cornes et al., 2017). d) Potenciadores del receptor del ácido aminobutírico (GABA) Estos agentes potencian la inhibición mediada por GABA aumentando las corrientes de Cl- a través del canal, reduciendo la excitabilidad neuronal y aumentando el umbral convulsivo. Los medicamentos que actúan a este nivel son eficaces contra las convulsiones parciales y tónico-clónicas (McNamara, 2012). Algunos fármacos que actúan sobre el sistema GABA lo hacen a diferentes niveles: las benzodiacepinas como el clonazepam y diazepam, actúan directamente sobre el receptor GABAA aumentando la frecuencia de apertura del canal de cloro, mientras que los barbitúricos como el fenobarbital y primidona prolongan el tiempo de apertura del canal del cloro. La tiagabina inhibe la recaptación del GABA aumentándolo en el espacio presináptico. La vigabatrina inhibe la GABA transaminasa, al impedir su metabolismo conlleva al aumento de los niveles del GABA (Mehta y Ticku, 1999). e) Inhibidores del receptor de glutamato Con el fin de limitar las descargas reiteradas de las neuronas, el felbamato y el topiramato inhiben el sitio de unión de glicina del receptor NMDA, lo que causa supresión de la actividad convulsiva. Sin embargo, no se usan en la práctica clínica de rutina por los efectos adversos conductuales inaceptables, como el perampanel, un antagonista de AMPA que aumenta la irritabilidad, agresividad, hostilidad e ideas homicidas (Cornes et al., 2017). Los antagonistas de los receptores de glutamato bloquean también las convulsiones en varios modelos, entre ellas las provocadas por el electrochoque y por agentes convulsivantes como el pentilentetrazol (PTZ) (McNamara, 2012). Los mecanismos de acción y propiedades farmacológicas de los fármacos anticonvulsivantes de uso actual se pueden consultar en el apartado de Anexos (Anexo A). 18 Introducción 2.7 Modelos para evaluar agentes anticonvulsivos Los modelos animales de epilepsia han sido de gran utilidad para el desarrollo de nuevos fármacos y para el estudio de la relación entre epilepsia y disfunciones conductuales (Gröticke et al., 2007). El valor de los modelos animales en el desarrollo de antiepilépticos se basa en la analogía que los modelos muestran con las crisis convulsivas humanas y su respuesta a los fármacos anticonvulsivantes (Löscher, 2016). En la mayoría de los modelos convulsivos utilizados para el descubrimiento de este grupo de fármacos, se administra un tratamiento de diferentes dosis del fármaco a probar de manera previa (por ejemplo, 30 o 60 min) antes de la inducción de convulsiones y se registran los efectos protectores del fármaco en cuestión sobre las convulsiones, en diferentes tiempos. Este abordaje ha sido desarrollado por el programa de Desarrollo de Nuevos Fármacos Antiepilépticos del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos señala que en la primera fase de investigación para la evaluación de un agente como anticonvulsivo se administren tres dosis del fármaco a evaluar, registrando la actividad anticonvulsiva 30 minutos y 4 horas después de la administración. Los modelos inductores de un status epilepticus (SE) han demostrado que la administración del fármaco anticonvulsivo es de mayor efectividad antes de que el SE aparezca, en lugar de la administración una vez que se haya iniciado el SE (Löscher, 2016). Mediante estos modelos experimentales pueden establecerse diferentes diseños tanto agudos basados en una sola administración, como crónicos donde se lleva a cabo administración repetida del fármaco epileptogénico, lo que induce la generación de crisis epilépticas espontáneas que facilitan el estudio de los procesos de epileptogénesis (García et al., 2010). Por su parte, los modelos agudos son útiles para estudiar los mecanismos de inducción y detección de la actividad convulsivante, así como las alteraciones postictales; ya que las crisis epilépticas se inducen en una sola sesión, una sola vez y en animales sanos (Löscher, 2002). Entre estos modelos agudos de inducción de convulsiones se encuentran el modelo de electroshock máximo, (MES por sus siglas en inglés Maximal Electroshock Seizure) y los utilizados como proconvulsivantes de inducción química ampliamente utilizados: pentilentetrazol (PTZ) y pilocarpina (PILO), que constituyen una base fundamental para el desarrollo de los fármacos anticonvulsivantes de uso actual (Löscher, 2017). 19 Introducción a) Modelo de Electroshock Máximo (MES) El modelo de MES es sensible a fármacos que bloquean los canales de Na+ permitiendo evaluar la capacidad de una sustancia para prevenir la propagación de convulsiones a través del tejido neural (Löscher, 2002). Este modelo fue desarrollado para identificar la eficacia anticonvulsiva de algunos compuestos no sedantes con estructura química semejante a la del fenobarbital (primer fármaco anticonvulsivante descubierto a finales del siglo XIX) y dio lugar al descubrimiento de la difenilhidantoína (DFH) que demostró prevenir convulsiones en gatos, sin producir efectos sedantes; debido a una disminución de la activación repetitiva de los potenciales de acción evocados por la despolarización, lo que retrasaba la velocidad de recuperación de los canales de Na+ (Putnam y Merritt, 1937). Posteriormente, este modelo fue modificado para utilizarse en ratones y ratas (Toman et al., 1946) y sigue siendo el más utilizado en primera instancia en la búsqueda de nuevos FAE (Löscher, 2017). Este bioensayo consiste en inducir crisis generalizadas tónico-clónicas mediante estímulos eléctricos de baja frecuencia e intensidad de voltaje (100 pulsos/seg y 50 mA en ratones) mediante aplicación transcorneal (activación preferencial de las estructuras del prosencéfalo) o en la parte externa de las orejas de los animales de experimentación (transauricular) para la activación del tallo cerebral (véase figura 5). Bajo condiciones de estimulación eléctrica estandarizadas (Castel-Branco et al., 2009), en los ratones, inicialmente se produce una fase de flexión tónica breve (1.5 segundos) seguida por una fase de extensión tónica mayor (10 segundos) y que desencadena un intervalo clónico de duración variable (Kasthuri et al., 2013). En la figura 6 se muestran convulsiones constantes con extensión tónica de las extremidades posteriores. La prueba de MES es muy valiosa, porque los medicamentos que son eficaces contra la extensión tónica de la pata trasera inducida por el electrochoque son eficaces contra las convulsiones parciales y tónico-clónicas en seres humanos (McNamara, 2012). 20 Introducción Figura 5. Esquema de la aplicación del electroshock trans-auricular. Se colocan las pinzas en las orejas del animal permitiendo su libre movimiento; con el fin de mantenerlo sin incomodidad significativa, los cables deben ser flexibles y ligeros. (Imagen modificada de Peterson, 1998) Figura 6. Extensión tónica en el roedor. En el apartado A se representa la extensión tónica de los miembros anterior y posterior. Esta es la respuesta de electrochoque más severa y puede durar hasta 15 seg. En el panel B se muestra la carencia de extensión tónica del miembro posterior. La abolición de la extensión de los miembros posteriores es una indicación de la actividad positiva de los fármacos antiepilépticos en las convulsiones tónico-clónicas generalizadas. Se considera que la inhibición de la extensión tónica del miembro posterior ha ocurrido cuando las patas no se extienden más allá de un ángulo de 90º con respecto al torso. (Imagen modificada de Peterson, 1998) El modelo de MES se utiliza frecuentemente para la detección o descubrimiento de agentes anticonvulsivantes, sin embargo, aun cuando los resultados sean positivosen este primer modelo, es necesario evaluar los agentes a probar en otros modelos para confirmar su actividad biológica o bien para diferenciar su mecanismo de acción (Löscher, 2016). 21 Introducción b) Modelo de Pentilentetrazol (PTZ) El pentilentetrazol (metrazol o ,ß-ciclopentametilentetrazol, PTZ) se utiliza como agente convulsivante desde 1926. Es un antagonista no competitivo de los receptores GABAA que al interaccionar con el sitio de unión a picrotoxina bloquea el canal de Cl-. El efecto del PTZ en el cerebro se ha considerado inespecífico, ya que la expresión de las crisis inducidas por este fármaco esté mediada por estructuras cerebrales como la neocorteza, mientras que la extensión tónica se modula en regiones del diencéfalo y tallo cerebral, que incluyen la formación reticular, el bulbo y la sustancia gris periacueductal que rodea el acueducto cerebral en el mesencéfalo (Ramos et al., 2012). Este modelo fue descrito en ratones para demostrar el efecto anticonvulsivo de la trimetadiona, que posteriormente se demostró que bloquea las crisis de ausencia en humanos (Everett y Richards, 1944). Cuando se administra PTZ de manera aguda a ratas y ratones produce convulsiones del tipo tónico-clónica, semejantes a las que se observan en humanos con problemas epilépticos. Este modelo es comúnmente utilizado en el cernimiento de la búsqueda de nuevos agentes y ha tenido mayor utilidad para identificar fármacos eficaces contra crisis de ausencia y convulsiones mioclónicas (Löscher, 2002); considerando la posibilidad de que dichos compuestos puedan actuar mediante un mecanismo antagónico del PTZ (Ramos et al., 2012). La administración sistémica de PTZ (generalmente por vía subcutánea o intraperitoneal) en roedores produce un patrón típico convulsivo. Dosis de 20 a 40 mg/kg en ratones induce solo algunos signos convulsivos, como tirones mioclónicos, por lo que esta dosis se considera una dosis sub-umbral. Dosis de 60 a 100 mg/kg de PTZ da lugar a diferentes fases; inicialmente movimientos faciales, piloerección y levantamiento de cola erguida (cola de Straub), seguida de espasmos musculares provenientes de la musculatura del cuello y tronco que se propagan a las extremidades (mioclonus), posteriormente ocurre pérdida de la postura del animal y desencadenamiento de la fase clónica que es característica de una serie de movimientos involuntarios bruscos seguidos de crisis tónica que se caracteriza por una hiperextensión de las extremidades y por último la fase en la que se presenta la muerte del animal (Dhir, 2012). Se ha descrito que el PTZ administrado en ratones por vía subcutánea con una dosis a partir de 85 mg/kg producen convulsiones tipo clónica, definida como episodios de espasmos musculares repetitivos que duran por lo menos 5 segundos (Escobar, 2016). 22 Introducción c) Modelo de Pilocarpina (PILO) La pilocarpina (PILO) es un agonista colinérgico de los receptores muscarínicos altamente expresados en el hipocampo, que induce alteraciones que conducen progresivamente al Status Epilepticus (SE). Su interacción sobre los receptores M1 da lugar a la activación de la fosfolipasa C y producción de diacil glicerol e inositol trifosfato que, como consecuencia, altera el balance de K+ y Ca2+ lo que favorece la excitabilidad cerebral. También se considera que adicionalmente se produce liberación de glutamato que puede actuar sobre los receptores AMPA y NMDA permitiendo la entrada de Na+ y Ca2+ dentro de la célula e inducir muerte neuronal (Segal, 1988). Una inyección sistémica de PILO, da lugar a un estado epiléptico agudo con crisis tónico-clónicas generalizadas iniciales; posteriormente aparece una fase libre de crisis o latente, que puede durar semanas (hasta 44 días aproximadamente), posteriormente se inician crisis espontáneas y recurrentes lo que implica una fase crónica. Este modelo permite estudiar las modificaciones que ocurren en fases iniciales y durante la epileptogénesis y los cambios anatomo-patológicos en la fase tardía. (García et al., 2010), y se ha relacionado con la epilepsia del lóbulo temporal (ELT) que es el tipo más común de convulsiones parciales complejas en la edad adulta (Rodrigues et al., 2016). El modelo fue desarrollado por Turski et al., en 1983, registrando que los animales permanecen inmóviles durante 5-10 minutos después de la administración de PILO y posteriormente, muestran movimientos faciales, de vibrisas, salivación, parpadeo, y bostezos que persisten hasta 45 minutos. Después de 30 minutos de la inyección pueden observarse convulsiones discontinuas que dan paso a convulsiones parciales psicomotora (también llamada crisis parcial compleja, que afectan al lóbulo temporal y al sistema límbico), con salivación intensa, clonus de las extremidades superiores y caída, presentándose con mayor frecuencia después de 1-2 horas de la inyección. El SE remite espontáneamente de 5 a 6 horas después de la administración del quimio- convulsivante PILO. Este fármaco cuando se administra en dosis elevadas da lugar a intensos efectos convulsivantes. Se ha descrito que una dosis de 100 mg/kg de PILO administrada en ratones no es capaz de inducir alteraciones de comportamiento; la administración de 200-300 mg/kg da lugar a inmovilidad, y ocasionalmente muestran mioclonías de miembros posteriores y dosis de 325 mg/kg generan convulsiones tónico-clónicas, que conducen a la muerte al 25% de los animales. Dosis superiores de 350 y 400 mg/kg de PILO aumentan 50% y 100% la tasa de mortalidad, respectivamente (Curia et al., 2008). La dosis más utilizada en los bioensayos es la de 300 mg/kg, donde varias de las deficiencias neuro- conductuales (como deficiencias de memoria espacial, alteración de la actividad locomotora y el comportamiento similar a la ansiedad (Shintaro et al.,2016; Lopes et al.,2016) asociadas a la epilepsia en humanos, se observan en los roedores tratados con esta dosificación de PILO, por lo que este modelo 23 Introducción experimental es una herramienta útil para estudiar estrategias neuroprotectoras, así como los mecanismos neurobiológicos y psicopatológicos asociados a la epileptogénesis (Lopes et al., 2016). Las características antes mencionadas se han clasificado de acuerdo a la escala de Racine (1972), donde las crisis convulsivas que ocurren bajo la estimulación pueden manifestarse en cinco fases, que abarcan desde movimientos oculares hasta una crisis generalizada y cuyos signos para evaluación se muestran en la tabla 1. Tabla 1. Evaluación de la actividad convulsiva mediante la escala de Racine Etapa 0 Inmovilidad conductual (acinesia), piloerección e hiperventilación Etapa 1 Actividad facial y oral. Mioclonías faciales, movimiento de boca, labios, lengua, movimientos de vibrisas, salivación; “ausencias” (no hay respuesta a estímulos ambientales) Etapa 2 Movimientos clónicos de la cabeza (jalones y/o movimientos repetitivos en V o en U), sacudidas de perro. Etapa 3 Clonus (oscilación rítmica causada por la repetición del reflejo de estiramiento) en extremidad anterior. Etapa 4 Erguimiento (se levanta en dos patas o posición de canguro) y sacudida de miembros delanteros. Etapa 5 Contracciones tónicas y clónicas generalizadas involucrando las cuatro extremidades, pérdida del control postural y caída. (Imágenes modificada de Mondragón, 2009). 24 Introducción En estudios en animales de laboratorio han demostrado que se producen alteraciones emocionales cuando existe una lesión de estructuras del lóbulo temporal de manera semejante a los que se encuentran en algunas de trastornos epilépticos (Rosenzweig y Leiman, 1992). Ocurre hiperexcitabilidad neuronalque se manifiesta en conductas ansiosas lo que ha señalado una disfuncionalidad posiblemente debida a una disminución en la liberación de GABA. La neurotransmisión GABAérgica es un modulador fundamental para el equilibrio de la excitabilidad neuronal; ya que inhibe la hiperexcitación nerviosa en las neuronas piramidales de la corteza. Los fármacos GABAérgicos poseen propiedades sedantes, relajantes, y ansiolíticas que fundamentan su acción epileptógena (Wlodarczyk et al., 2013). Uno de los modelos utilizados para evaluar el comportamiento de ansiedad en animales de laboratorio es el Laberinto Elevado en Cruz. 2.8 Modelo de Laberinto Elevado en Cruz (LEC) Este modelo fue desarrollado por Handley y Minthani en 1984. Consiste de dos brazos abiertos (BA) y dos con paredes que se denominan brazos cerrados (BC) conectados por un cuadro central de 10x10 cm. Esta estructura se encuentra elevada 50 cm del piso (véase figura 7). El LEC evalúa la exploración de la rata en un nuevo ambiente que presenta dos zonas diferentes: una potencialmente aversiva (brazos abiertos) y otra segura (brazos cerrados). La naturaleza de los roedores es permanecer en lugares cerrados con poca iluminación, por lo que los lugares abiertos y las alturas les causan ansiedad. Con este paradigma se determinan índices de ansiedad evaluando el tiempo que permanecen los animales en los brazos abiertos (BA) versus en los brazos cerrados (BC), así como el número de ingresos a cada espacio. En esta prueba se asume que se induce temor o miedo debido a las condiciones de: a) ambiente no familiar, b) espacio abierto, c) mantenimiento del equilibrio en una superficie relativamente angosta y situada a una altura de 50 cm del suelo. Los BC ofrecen protección y por ende los animales registran una mayor permanencia y número de entradas en esta zona. Cuando la administración de un fármaco induce mayor permanencia en BA respecto a los brazos cerrados, se interpreta como una capacidad de ese fármaco de producir efectos ansiolíticos, en cambio, un mayor tiempo de permanencia en BC que en los brazos abiertos, indica su efecto para promover una conducta tipo ansiosa (Hidalgo, 2016). En este modelo la permanencia en los brazos y la distancia recorrida son utilizados como indicadores de la actividad locomotora (Lopes et al., 2016). 25 Introducción Figura 7. Diseño del Laberinto Elevado en Cruz. Se utiliza para evaluar el comportamiento similar a la ansiedad en animales de laboratorio, (Imagen modificada de Moreno, 2016) Debido a que la sedación y la ataxia (disminución de la capacidad de coordinar los movimientos) son los efectos secundarios más prominentes producidos por fármacos antiepilépticos (Véase anexo B), frecuentemente los fármacos que se evalúan como anticonvulsivos también valoran el comportamiento conductual de los animales experimentales en el LEC para conocer posibles efectos ansiolíticos y sobre la actividad motora. Antecedentes 26 3. ANTECEDENTES La mayoría de los pacientes con epilepsia no sólo tienen que lidiar con su enfermedad sino también con muchas complicaciones médicas adicionales que se manifiestan por los efectos adversos de los fármacos anticonvulsivos (Lopes et al., 2016) y que limitan en muchos de los casos su uso terapéutico. La administración necesaria de psicofármacos en estos padecimientos produce alteraciones además de las motoras en las funciones mentales, como trastornos en la memoria, razonamiento, agilidad mental, aprendizaje y en la percepción (Uriarte, 1988), por lo que son necesarios fármacos anticonvulsivos de mayor selectividad y eficacia. En la búsqueda de nuevos fármacos anticonvulsivos, actualmente se realizan investigaciones clínicas y experimentales en modelos animales de epilepsia, lo que constituye un punto de encuentro relevante entre neurocientíficos de diversas disciplinas, incluyendo, farmacólogos, sociólogos y psicólogos (Portellano et al., 1991). En trabajos recientes, para el descubrimiento de nuevos agentes terapéuticos, Talevi et al., (2007) mediante técnicas computacionales de relación estructura química-actividad biológica, seleccionaron aquellos compuestos que presentaran mayor posibilidad de poseer actividad anticonvulsivante. Los autores reportaron la actividad anticonvulsivante de los parabenos (Pbens) metilparabeno (MePben) y propilparabeno (ProPben), utilizando el método de MES en ratones, sin presentar efectos neurotóxicos. Reportes recientes han señalado que el ProPben bloquea los canales de Na+ dependientes de voltaje y disminuye la excitabilidad neuronal in vitro. Considerando que los canales de Na+ participan en la generación de impulsos nerviosos que desencadenan la liberación de NT tales como glutamato, los autores señalaron que el ProPben mediante este mecanismo podría inducir efectos inhibidores en el cerebro (Lara-Valderrábano et al., 2016). Datos recientes reportados por Santana et al., (2017) han demostrado que el ProPben administrado de manera aguda y subcrónica en rata Wistar es capaz de reducir el SE inducido por pilocarpina cuando se combina con diazepam (DZP). Este efecto protector del ProPben reduce los niveles de glutamato extracelular en el hipocampo de manera aguda y su administración subcrónica reduce la excitabilidad del hipocampo y la liberación de glutamato interictal, produciendo neuroprotección en el giro dentado. Las evidencias acerca de las propiedades anticonvulsivas del ProPben mencionadas anteriormente indican que este grupo de fármacos podría constituir una nueva estrategia terapéutica para reducir las consecuencias de la actividad convulsiva (Santana et al., 2017). Por lo que el estudio de los efectos anticonvulsivos de otros parabenos es de gran interés. 27 Antecedentes 3.1 Parabenos Los parabenos (Pbens) son ésteres derivados del ácido para-hidroxibenzoico (APHB), que se emplearon por primera vez a mediados de 1920 como conservadores en productos farmacéuticos y actualmente se siguen usando como conservadores en productos alimenticios, cosméticos y en algunos fármacos (Haman et al., 2015). Su uso como conservantes en cosméticos y artículos de tocador surgió debido a su amplio espectro de actividad antimicrobiana, biodegradabilidad, bajo costo y baja toxicidad que dio lugar a su aceptación por las autoridades sanitarias reguladoras a nivel mundial (Soni et al., 2002). Estos ésteres difieren entre sí en el grupo alquilo que esterifica al ácido para-hidroxibenzoico (APHB) y los más ampliamente utilizados son los derivados: metil (MePben), etíl (EtPben), propíl (ProPben), butíl (ButPben), isobutil (IsobuPben) y bencil (BzPben). Se utilizan para administración oral y/o tópica. En 1974, el Comité Mixto de Expertos en Aditivos Alimentarios de la FAO/OMS aprobó la ingesta diaria total aceptable de hasta 10 mg/kg de peso corporal para la combinación de MePben, EtPben y ProPben (Sun et al., 2016). Los Pbens se absorben rápida y completamente a través de la piel y del tracto gastrointestinal, tanto sus ésteres como sus metabolitos se biotransforman por vía hepática teniendo en común el metabolito ácido para- hidroxibenzoico y sus conjugados con glicina, ácido glucurónico y sulfatos, que son excretados por vía renal a través de la orina (Derache y Gourdon, 1963). Su toxicidad aguda y a largo plazo ha sido extensamente estudiada sin embargo, es controversial. Por un lado, algunos autores apoyan su uso argumentando su alta eficacia y seguridad señalando que son relativamente no irritantes, estables en rangos de pH fisiológicos y suficientemente solubles en agua para producir la concentración eficaz antimicrobiana en fase acuosa, con baja toxicidad y carcinogenicidad en animales de laboratorio (Soni et al., 2002).Por otra parte, en los últimos años se han descrito tanto de los Pbens como de su metabolito el ácido p-hidroxibenzoico, sus efectos estrogénicos en ratones cuando se administran en dosis altas lo que se considera un riesgo para la población ya que está expuesta de manera constante a ellos (Lemini et al., 1997; Dabre y Harvey, 2014). Cabe aclarar, que la respuesta estrogénica provocada por los Pbens está en correlación directa con la longitud de la cadena alquílica del grupo éster unido al APHB (ButPben > ProPben > MePben (figura 8); sin embargo, estos resultados no pueden extrapolarse directamente a los seres humanos (Lemini et al., 2004). Recientemente se han realizado estudios de evaluación de las concentraciones de los Pbens en diferentes poblaciones en humanos para determinar su riesgo, recientemente Kang et al., (2016) señalan que los parabenos son eliminados en mayor proporción en la orina, siendo el MePben el de mayor concentración, lo que indica que no se almacenan en el organismo. 28 Antecedentes Figura 8. Los parabenos son una familia de alquil-ésteres del ácido parahidroxibenzoico. Los ésteres más empleados son metil-, etil-, propil-, butil- y bencilparabeno. Son ampliamente utilizados dadas sus óptimas características, ya que son moléculas inoloras, incoloras, no volátiles, eficaces en un amplio margen de pH y económicas (imagen modificada de Díaz et al., 2006). Por otra parte, se ha reportado que el mecanismo de acción antimicrobiana de los Pbens se debe a sus efectos inhibitorios sobre el transporte de membrana, por la inhibición del flujo de Ca2+ intracelular y su capacidad de aumentar la permeabilidad membranal parasitaria (Soulioti et al., 1989). Se ha descrito que los ácidos débiles como el benzoico, y el p-hidroxibenzoico (metabolito de los parabenos), alteran el potencial eléctrico y la permeabilidad membranal bloqueando la generación de energía (Leranoz, 2002). Estos mecanismos de acción son interesantes ya que coinciden con los de algunos anticonvulsivos (ver anexo A) y que ejercen su efecto anticonvulsivante inhibiendo también las corrientes de Ca2+ alterando la permeabilidad de la membrana. Justificación 29 4. JUSTIFICACIÓN En los pacientes con epilepsia, los fármacos antiepilépticos se prescriben de forma crónica y de por vida con el objetivo de prevenir las crisis epilépticas. La mayoría de estos pacientes presentan complicaciones que pueden estar asociadas a epilepsias (Lopes et al., 2016) o surgen de los efectos colaterales que producen estos fármacos. En prácticamente todos los tratamientos se produce sedación y ataxia (véase anexo B), la dosis se ajusta hasta que las crisis sean controladas y los efectos secundarios se manifiestan con mayor severidad y en algunos casos son intolerables y pueden conducir a cambios en el esquema de tratamiento (Lullmann et al., 2010). Para reducir las reacciones adversas, debe preferirse el tratamiento con un solo fármaco. Si no se eliminan las convulsiones con concentraciones plasmáticas adecuadas del medicamento inicial, se sustituye al primer fármaco por un segundo, sin embargo, frecuentemente en los tratamientos se utilizan dos agentes anticonvulsivos, que actúen por mecanismos distintos. Este abordaje terapéutico aumenta posibles interacciones farmacológicas y efectos secundarios, que se presentan en el 14% de los casos, donde los pacientes se controlan con un segundo o tercer fármaco (McNamara, 2012). Por otra parte, siguen existiendo varias necesidades clínicas no satisfechas, en alrededor del 30% de los pacientes con epilepsia los efectos adversos de la terapia reducen su calidad de vida, contribuyendo un 40% del fracaso terapéutico. Se requiere de tratamientos preventivos para impedir el desarrollo de la epilepsia en pacientes con riesgo de lesión cerebral, la disponibilidad de una terapia que prevenga o retrase el desarrollo de la epilepsia o las comorbilidades cognitivas asociadas representaría un avance sustancial en el manejo general de la epilepsia (Löscher, 2016). Una de las necesidades mayores es el tratamiento de pacientes refractarios o resistentes a los fármacos antiepilépticos, en la actualidad existen casos de epilepsias refractarias cuyo tratamiento no es farmacológicamente posible. En estos pacientes se llevan a cabo procedimientos extremos invasivos como lobectomía, callosotomía o hemisferectomía (Calixto, 2007) por lo que es necesario contar con nuevas opciones para el tratamiento de la epilepsia, con fármacos anticonvulsivantes alternativos que proporcionen mayor seguridad y eficacia para mejorar la calidad de vida de estos pacientes. La epilepsia requiere un abordaje multidisciplinario porque no solo se compromete el estado neurológico del paciente, sino también la esfera mental lo que afecta su nivel de funcionamiento biopsicosocial (Nieto y Mantilla, 2004). La esperanza de poder entender y tratar óptimamente los diversos tipos de epilepsia es un aspecto importante para el tratamiento de este padecimiento; hay que considerar que el tratamiento de estos pacientes no puede completarse sin la participación de la sociedad; se ha satanizado al paciente epiléptico calificándolo de peligroso, agresivo, incapaz o débil mental, por lo que con este rechazo el manejo farmacológico será insuficiente en la medida en que el individuo no pueda reinsertarse en la sociedad (Brailowsky, 1995). Justificación 30 McNamara (2012) recientemente ha señalado que “el anticonvulsivo ideal suprimiría todas las convulsiones, sin generar efectos adversos de ninguna clase”; los fármacos de uso actual logran el control de la actividad convulsiva en algunos pacientes y en la mayoría de los casos causan efectos no deseados que varían en gravedad desde trastornos leves a moderados del sistema nervioso central (SNC) hasta la presentación de anemia aplásica o insuficiencia hepática que pueden conducir al deceso del paciente. Los especialistas consideran que la alta prevalencia de la enfermedad, así como la ausencia de un tratamiento antiepileptógeno para muchos pacientes, señala la necesidad de realizar nuevos estudios y crear modelos experimentales, que nos permitan comprender los mecanismos básicos fisiopatológicos para identificar tratamientos eficaces (García et al., 2010). Los trabajos pioneros de Talevi et al., (2007) demostraron la actividad anticonvulsivante del MePben y ProPben sólo en el modelo de MES. Posteriormente, solo se ha profundizado en el estudio del efecto anticonvulsivo del ProPben por lo que es importante investigar si otros compuestos relacionados poseen actividad anticonvulsiva. Estos estudios son necesarios y podrían ser de gran utilidad principalmente en los casos de epilepsias refractarias e intratables al tratamiento farmacológico disponible, ya que las alternativas actuales son agresivas y en algunos casos incapacitantes. El metilparabeno (MePben) es un conservador que ha sido usado en una amplia gama de productos por sus características, inoloras, incoloras, no volátil y con eficacia antibacteriana en un amplio margen de pH, además de ser muy económico (Soni et al., 2005). Por lo que este trabajo fue dirigido a evaluar la posible actividad anticonvulsiva del MePben, ampliando las dosis y muestra en el modelo de MES además de realizarla en los modelos experimentales de PTZ y PILO validados y reconocidos para el cernimiento farmacológico de nuevos agentes anticonvulsivantes. Asimismo se evaluó el efecto ansiolítico del MePben en el LEC para establecer su potencial ansiolítico y posible utilidad en el tratamiento de los trastornos epilépticos. Objetivos e Hipótesis 31 5. OBJETIVOS 5.1 Objetivo General Evaluar en ratones CD1 el efecto anticonvulsivo delMePben, en tres modelos experimentales validados de inducción de convulsiones: el Método de Electroshock Máximo (MES), el inducido por Pentilentetrazol (PTZ) y el inducido por Pilocarpina (PILO) con el fin de valorar la viabilidad de MePben como posible agente anticonvulsivante. 5.2 Objetivos Específicos Estudiar la relación dosis-respuesta mediante la elaboración de curvas dosis-respuesta de MePben en los modelos: De inducción de convulsiones MES. En el modelo de inducción de convulsiones mediante PTZ. En el modelo de inducción de convulsiones por PILO. Evaluar la conducta locomotora y posibles efectos ansiolíticos del MePben mediante la prueba de LEC. 6. HIPÓTESIS Hipótesis alterna (H1): La administración de MePben producirá efectos anticonvulsivantes en los modelos experimentales MES, PTZ y PILO. H1: 1 2 3 4 32 Materiales y Métodos 7. MATERIALES Y MÉTODOS 7.1 Substancias Metilparabeno (MePben), pentilentetrazol (PTZ), ácido valpróico (AV), difenilhidantoina (DFH), pilocarpina (PILO), Moleculsol (MS), y escopolamina se adquirieron de Sigma Chemical Company (St Louis, MO, USA). Los disolventes propilenglicol (PG), cloruro de sodio (NaCl) se obtuvieron de J. T. Baker Co (México). 7.2 Materiales y equipo Jeringas de 1 ml, cronómetros, balanza, agitador magnético, vasos de precipitado, guantes, etanol, sanitas, cajas acrílicas, etiquetas, lápiz. Electro estimulador ECT Unit 780/ECT-LOOP KO-11 UGO Basile, Laberinto Elevado en Cruz. 7.3 Sujetos Experimentales Se utilizaron ratones macho CD1 adultos (25-35g) provenientes del bioterio de la Facultad de Medicina, UNAM, los cuales se alojaron en condiciones estándar de bioterio (ciclo luz/oscuridad de 12hx12h, y temperatura de 22- 25°C), con alimento (Purina Chow) y agua ad libitum. Los modelos animales que se utilizaron en el presente proyecto cumplen los criterios de validez descritos para el uso de modelos animales en la investigación, así como con las disposiciones bioéticas para el cuidado y manejo de los animales de experimentación de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana para Animales de Experimentación (NOM-062-Z00-1999). 7.4 Diseño experimental __________ Se utilizaron los modelos de epilepsia experimental, MES, PTZ y PILO descritos anteriormente para evaluar el efecto anticonvulsivo del MePben en ratones macho CD1 adultos; así como el modelo de LEC para evaluar sus posibles efectos ansiolíticos y efectos sobre la actividad locomotora de estos roedores. Se utilizaron grupos independientes, donde los animales fueron identificados mediante la clave del laboratorio y asignados en diferentes grupos experimentales mediante el método de Cuadrados Latinos basado en su peso corporal. A los diferentes grupos de animales, (cada grupo con n ≥ 8 animales) se asignaron tratamientos de una sola administración por vía intraperitoneal (i.p.) de MePben en las dosis de 10, 50, 100, 200 mg/kg. En cada bioensayo se utilizó el grupo control que solo recibió solución salina (SS), propilenglicol (PG) como vehículo y un grupo control positivo como agente anticonvulsivante de referencia establecido en el modelo experimental utilizado 11mg/kg de difenilhidantoina (DFH) o 250 mg/kg de ácido valpróico (AV) ya que se ha descrito que estos agentes son efectivos en los modelos clásicos de fármacos antiepilépticos (FAE), en crisis epilépticas inducidas por MES, PTZ y PILO (Carrazana y King-Stephens, 2004). Las variables de cada experimento se muestran en la tabla 2. Al término del experimento y observación, los animales fueron sacrificados por dislocación cervical. Cada experimento se realizó al menos dos veces en el mismo horario (9 am- 2 pm). 33 Materiales y Métodos Tabla 2. Variables utilizadas en la evaluación de MePben en los modelos. Modelo Variable Dependiente Variable Independiente MES Porcentaje de respuesta (ausencia/presencia de convulsión) Porcentaje de letalidad 30 minutos y cuatro horas después de la inducción de convulsiones por electrochoque. MePben: administración intraperitoneal (i.p.) de las dosis de 10, 50, 100, 200 mg/kg Control (-): solución salina al 0.9% (10 ml/kg) Control (-): propilenglicol (PG; 10 ml/kg) Control (+): difenilhidantoína (DFH; 11 mg/kg) Evaluación: 30 minutos después de la administración Evaluación: 4 horas después de la administración PTZ Latencia en seg de: Inicio de actividad Presencia de cola de Straub Actividad tónico clónica (ATC). Duración de ATC Porcentaje de letalidad (%) MePben: administración i.p. de las dosis de 10, 50, 100, 200 mg/kg Control (-): solución salina al 0.9% (10 ml/kg) Control (-): propilenglicol (10 ml/kg) Control (+): ácido valpróico (AV) (250 mg/kg) PILO Latencia y duración en min de: Acinesia Temblor Status epilépticus (SE) Porcentaje de letalidad (%) MePben: administración i.p. de las dosis de 10, 50, 100 mg/kg Control (-): solución salina al 0.9% (10 ml/kg) Control (-): propilenglicol (10 ml/kg) Control (+): ácido valpróico (AV) 250 mg/kg LEC Tiempo de permanencia en seg: Brazos Abiertos (BA) Brazos Cerrados (BC) Distancia en metros (m) en: Brazos Abiertos (BA) Brazos Cerrados (BC) Distancia total (DT) MePben: administración i.p. de las dosis de 50 y 100 mg/kg Control (-): Moleculsol al 10% Evaluación: 30 minutos después de la administración Evaluación: 4 horas después de la administración 34 Materiales y Métodos 7.4.1. Modelos Para evaluar agentes anticonvulsivos Evaluación de actividad anticonvulsiva mediante el método de MES A siete grupos diferentes de ratones (n= 9-10) se les administró una sola dosis de 10 mg/kg (n=9), 50 mg/kg (n=10), 100 mg/kg (n=10) o 200 mg/kg (n=10) de MePben utilizando siempre en cada bioensayo los controles SS (n=10) y PG (n=10) y el control positivo DFH (n=10), que ha demostrado la abolición de la fase tónica característica del modelo de MES. Se llevaron a cabo dos aplicaciones del estímulo de electroshock de alta frecuencia, una después de 30 minutos y otra 4 horas posteriores a la administración del MePben (véase figura 9). Cada animal recibió en la parte externa de las orejas, previamente humedecida con solución salina una descarga eléctrica mediante un electro estimulador (ECT Unit 780/ECT-LOOP KO-11 UGO Basile) de 50 mA de voltaje, con 100 pulsos/seg de frecuencia, con un pulso de 0.6 mseg, y duración de 0.2 segundos. En cada experimento se evaluó el número de animales que no presentaron la extensión de los miembros posteriores como indicador protector de efecto anticonvulsivante. Figura 9. Esquema utilizado para la inducción de convulsiones generalizadas tónico-clónicas por el método de MES. La observación de los animales se mantuvo 30 minutos después del último electrochoque. El MES evalúa si existe protección del fármaco mediante la presencia o ausencia de convulsiones. Se considera que la abolición de la fase de extensión tónica (los miembros posteriores no deben formar un ángulo de más de 90 grados con el tronco) si esto ocurre es una indicación de que el fármaco previamente administrado protege de la convulsión. En estos experimentos también se determinó la letalidad como un índice de protección. 35 Materiales y Métodos Evaluación de actividad anticonvulsiva mediante el método de PTZ A siete diferentes grupos de ratones se les administró una sola dosis de 10 mg/kg (n=10), 50 mg/kg (n=10), 100 mg/kg (n=11) o 200 mg/kg (n=10) de MePben utilizando siempre en cada bioensayo los controles SS (n=12) y PG (n=10) y como control positivo ácido valproico,
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