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Av. Hidalgo 935, Colonia Centro, C.P. 44100, Guadalajara, Jalisco, México bibliotecadigital@redudg.udg.mx - Tel. 31 34 22 77 ext. 11959 UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA COORDINACIÓN GENERAL ACADÉMICA Coordinación de Bibliotecas Biblioteca Digital La presente tesis es publicada a texto completo en virtud de que el autor ha dado su autorización por escrito para la incorporación del documento a la Biblioteca Digital y al Repositorio Institucional de la Universidad de Guadalajara, esto sin sufrir menoscabo sobre sus derechos como autor de la obra y los usos que posteriormente quiera darle a la misma. Tesis que para obtener el grado de DOCTOR EN CIENCIA DEL COMPORTAMIENTO (ORIENTACIÓN NEUROCIENCIA) presenta Yaira Chamorro Díaz Comité tutorial Dra. María Esmeralda Matute y Villaseñor (Directora) Dra. María de Lourdes Martínez Dueñas (Codirectora) Dra. Julieta Ramos Loyo Dra. Olga Inozemtseva Guadalajara, Jalisco Diciembre de 2017 UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias División de Ciencias Biológicas Departamento de Ciencias Ambientales INSTITUTO DE NEUROCIENCIAS “Asociación entre la inhibición sacádica y un polimorfismo del gen DRD4 en progenitores de niños con Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad.” 2 Agradecimientos A mi familia. Gracias a mis padres por ser grandes ejemplos de vida, las primeras personas que me mostraron el mundo de la investigación. Gracias por enseñarme la importancia de la responsabilidad y el servicio. Gracias infinitas por su cariño, por apoyarme en mis proyectos y por enseñarme a volar. A Ali, mi mejor amiga, muchas gracias por ser parte de una aventura más, por acompañarme con tu compu por toda la ciudad, en cafés y bibliotecas. No lo hubiera logrado sin tu paciencia y apoyo. A mis abuelitas, que siempre me animaron a seguir el camino de la ciencia, sus palabras y cariño siempre será parte mí. A mis directoras, la Dra. Esmeralda Matute, gracias por invitarme a formar parte de su equipo, por todo el tiempo, paciencia y gentileza para guiarme en la investigación en Neuropsicología. Gracias por todas las enseñanzas y oportunidades que me ha brindado, gracias por confiar en mí. Gracias a la Dra. Lourdes Ramírez por presentarme el increíble mundo de la genética, por explicarme pacientemente una y otra vez esos conceptos nuevos, gracias por escucharme y por todo el apoyo que me ha brindado. A mis tutoras que con sus comentarios y preguntas me ayudaron a pulir este trabajo. A la Dra. Olga Inozemtseva, por tus enseñanzas y tu amistad, gracias por tus consejos y tu apoyo. A la Dra. Julieta Ramos gracias por sus observaciones, por las reflexiones y por impulsarme a profundizar en mi trabajo. A todas las personas que hicieron posible este trabajo. Al Lic. Enrique Arana, por acompañarme hasta el otro extremo de la ciudad a conseguir muestras de sangre y por participar en este proyecto siempre en la mejor disposición. A la Dra. Adriana Mendizábal, por encargarse del análisis genético, aun bajo marchas forzadas, es un gusto colaborar con personas que trabajan en otro campo del conocimiento. Al Dr. Mario Treviño por realizar el código para el análisis del movimiento ocular, muchas gracias por tu tiempo y consejos. A las familias que aceptaron participaron en este estudio, por compartir su tiempo, aprendí sobre el esfuerzo que hacen muchos padres para sacar adelante a sus hijos. A mis amigos, a todos, esa familia que uno va eligiendo. Ya sea en el escritorio de lado, o en otra ciudad del país, estuvieron animándome, escuchándome, haciéndome sonreír, aligerando los días pesados. Gracias por su cariño y por la alegría que le imprimen a mi vida. Aunque algunos caminos han tomado cursos diferentes, siempre vale la pena hacer una pausa y compartir la vida con las personas valiosas que han llegado para quedarse. A mis compañeros de laboratorio, alumnos, voluntarios y prestadores de servicio, gracias por los aprendizajes, alegrías y estrés compartidos en los seminarios, congresos, tutoriales, en la hora de la comida y también en la hora del relax; por el café de la mañana, por los consejos, el esfuerzo y la pasión compartida en este proceso. 3 Índice Resumen ................................................................................................................................. 5 Abstract ................................................................................................................................... 6 Introducción ............................................................................................................................ 7 Antecedentes ........................................................................................................................... 9 I. Modelos de asociación genética para el estudio de patologías ............................ 9 Conceptos genéticos ............................................................................................... 11 Métodos de asociación gen-conducta ..................................................................... 13 El modelo de endofenotipos ................................................................................... 15 Estudios con familiares de primer grado ................................................................ 17 I. El Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad - TDAH ....................... 19 Definición y diagnóstico ........................................................................................ 19 Características neuropsicológicas del TDAH ......................................................... 23 Contribución genética en el TDAH ........................................................................ 25 II. La falla en la inhibición de respuesta como endofenotipo del TDAH ............... 29 El control inhibitorio. ............................................................................................. 30 Modelos teóricos del control inhibitorio. ...................................................... 31 La inhibición de la respuesta oculomotora ................................................... 37 El control inhibitorio en personas con TDAH ........................................................ 40 La falla en la inhibición oculomotora como endofenotipo ..................................... 43 III. El estudio de familiares de personas con TDAH ............................................... 47 La inhibición oculomotora en familiares de personas con TDAH ......................... 49 Planteamiento del Problema ................................................................................................. 53 Objetivo General .................................................................................................................. 55 Objetivos particulares ................................................................................................. 55 Hipótesis General ................................................................................................................. 56 Hipótesis particulares .................................................................................................. 56 4 Método .................................................................................................................................. 57 Participantes ................................................................................................................ 58 Materiales .................................................................................................................... 61 Material para la conformación de la muestra......................................................... 61 Material para el estudio .......................................................................................... 62 Variables de estudio .................................................................................................... 68 Equipo ......................................................................................................................... 69 Procedimiento ............................................................................................................. 71 Análisis estadístico ...................................................................................................... 74 Resultados ............................................................................................................................. 78 Discusión .............................................................................................................................. 94 Referencias ......................................................................................................................... 108 Anexos ................................................................................................................................ 116 Anexo 1. Historia clínica .......................................................................................... 116 Anexo 2. Formato de la exploración clínica del movimiento ocular. ....................... 122 Anexo 3. Cuestionario de conductas de TDAH actuales .......................................... 123 Anexo 4. Carta de invitación ..................................................................................... 126 Anexo 5. Consentimientos de participación ............................................................. 127 Anexo 6. Consentimiento Muestra Sanguínea .......................................................... 130 Anexo 7. Historia clínica genética. ........................................................................... 131 5 Resumen Introducción. Diversas investigaciones señalan a la falla en el control inhibitorio como una característica central del TDAH; su evaluación a través de tareas oculomotoras se ha postulado como un posible endofenotipo del trastorno. De ser así, se esperaría que dicha característica se observe en familiares de primer grado de las personas con TDAH y se asocie con genes de riesgo identificados en estudios previos de TDAH. Objetivo: Determinar si la ejecución en tareas de control oculomotor en progenitores de niños con TDAH sugiere en ellos una falla en el control inhibitorio, y si su ejecución se explica por la presencia de un polimorfismo del gen DRD4. Metodología. Mediante tareas prosacádicas y antisacádicas en condición de intervalo y de traslape, evaluamos el control oculomotor en progenitores de niños identificados con TDAH y progenitores de niños que tuvieron un desarrollo típico. Analizamos las respuestas correctas, los errores de dirección, los errores anticipatorios y los tiempos de reacción sacádico. En todos los participantes determinamos la presencia o ausencia del polimorfismo VNTR de 7 repeticiones del gen DRD4 y la presencia de síntomas de TDAH (actuales y en la niñez). Resultados. Se observó una tendencia en el Grupo de Progenitores de Niños con TDAH (PN-TDAH) a realizar más anticipaciones en el bloque prosacádico de intervalo en contraste con un Grupo de Progenitores de Niños con Desarrollo Típico (PN- noTDAH). Entre los padres de niños con TDAH, aquellos que presentaban el polimorfismo de 7 repeticiones del gen DRD4, fueron los que realizaron una menor cantidad de aciertos y una mayor cantidad de errores anticipatorios. Los síntomas de TDAH mostraron asociaciones mínimas con las medidas sacádicas. Conclusiones. La mayor cantidad de las anticipaciones realizadas por el grupo de PN-TDAH, particularmente por los portadores del polimorfismo de 7 repeticiones del gen DRD4, sugiere en ellos una menor habilidad para suprimir el inicio de respuestas en ausencia de referentes de control externo (condición de intervalo) y en tareas con baja carga cognitiva (prosacádica) en comparación con los padres de niños con desarrollo típico. Estos hallazgos abonan a la hipótesis de que las fallas en el control inhibitorio son potenciales endofenotipos del TDAH. Palabras clave: TDAH, progenitores, prosácadas, antisácadas, endofenotipos. 6 Abstract Introduction. The inhibitory control has been proposed as a core characteristic of ADHD and a potential endophenotype of this disorder. If this was the case, one will expect to find this characteristic among first degree relatives of person with ADHD. Objective. The aim of the present study was to determine if the oculomotor inhibitory control of parents with ADHD children suggests a failure in their oculomotor control and establishes associations with a genetic polymorphism of the DRD4 gen, previously identified in ADHD studies. Method. By using prosaccadic and antisaccadic tasks, in gap and overlap conditions, we assessed the oculomotor control oculomotor in parents of children identified with ADHD symptoms and parents of children with typical development. We analyzed the correct responses, direction errors, anticipatory errors and saccadic reaction time. For all participants we determined the presence or absence of the VNTR-7repeats polymorphism in the DRD4 gene, and the presence of ADHD symptoms (in adulthood and childhood). Results. We observed a trend in the saccadic performance of parents with ADHD children to realize more anticipations in the prosaccadic-gap task compared to the parents with control children. Among the parents of ADHD children, those carriers of 7-repeat polymorphism realized a greater number of anticipatory errors. The ADHD symptoms showed minimal associations with the saccadic measures. Conclusions. A greater number of anticipatory errors in the parents of ADHD children, particularly in those with the DRD4 7-repeat polymorphism, suggest in them a failure in the ability to withhold the initiation of responses in the absence of external control references (gap condition) and in tasks with low cognitive load (prosaccadic). Key words: ADHD, parents, prosaccades, antisaccades, endophenotype. 7 Introducción Los estudios de asociación entre factores genéticos y características conductuales, que comprenden al modelo de endofenotipo, permiten ahondar en el conocimiento sobre la etiología de trastornos conductuales complejos. En este tipo de estudios, la evaluación de familiares de primer grado, permite analizar las características comportamentales asociadas a los trastornos, en personas que comparten la susceptibilidad genética, pero no necesariamente presentan el trastorno. El Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad (TDAH), ha sido abordado desde esta perspectiva por su complejidad y por la importante contribución genética en su etiología. Para su estudio, se han postulado distintos endofenotipos, o en otras palabras, procesos que se encuentran en el punto medio entre la expresión comportamental de los trastornos y sus bases genéticas; entre ellos destaca la falla en el control inhibitorio, que además es identificado como una de las características principales del TDAH. Dado el componente genético que implican los endofenotipos, se esperaría que estos se encuentren en personas que comparten la carga genética, aun cuando ellos no presenten el trastorno. En el presente trabajo nos planteamos el objetivo de indagar si la falla en el control inhibitorio como característica distintiva del TDAH se observa en los progenitores de personas con el trastorno y si se relaciona con uno de los polimorfismos de riesgo asociados con el TDAH: 7 repeticiones en tándem de 48 pares de bases en el tercer exón del gen DRD4. De esta forma determinaríamos si lafalla en el control inhibitorio cumple con el requisito de observarse en familiares de personas con TDAH y aportaríamos evidencia sobre su componente genético. Con esta finalidad comparamos evaluaciones la inhibición de la respuesta ocular sacádica entre un Grupo de Progenitores de Niños con síntomas de TDAH 8 (al cual nos referiremos como Grupo PN-TDAH) y un Grupo de Progenitores de niños sin síntomas de TDAH (PN-noTDAH). En la primera parte del trabajo, haremos una revisión de los conceptos básicos relacionados con los estudios de asociación genética, particularmente los endofenotipos, el control inhibitorio de la respuesta oculomotora como un endofenotipo del TDAH y su presencia entre familiares de las personas con TDAH, para confirmar los componentes genéticos. Lo cual conlleva a nuestra pregunta de investigación, así como los objetivos e hipótesis. En la segunda parte del trabajo abordaremos los aspectos metodológicos de la investigación, los resultados y la discusión de los hallazgos. 9 Antecedentes I. Modelos de asociación genética para el estudio de patologías En la actualidad se conoce la causa precisa de algunas patologías de origen genético. Por ejemplo, se sabe que la enfermedad de Huntington es causada por un defecto del gen en el cromosoma 4, que codifica la proteína de la Huntingtina (De Long, 2000). En este caso, la asociación entre la causa genética y la expresión de la enfermedad es de 1 a 1. Existen otros trastornos cuya etiología no se explica por la alteración de un gen particular o por la presencia de un factor específico, sino por la suma de la acción de varios genes y su interacción con distintos factores ambientales, estos padecimientos o rasgos son identificados como de causa o herencia multifactorial (Nussbaum, McInnes, & Willard, 2007). El diagnóstico de este tipo de patologías está basado en aspectos clínicos, esto es, en la identificación de un conjunto de signos y síntomas que se presentan de forma concurrente (Derks, Hudziak, & Boomsma, 2009). Éste es el caso de condiciones comportamentales patológicas como son la Esquizofrenia, el Trastorno Obsesivo Compulsivo, el Trastorno Oposicionista Desafiante y el Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad (Nussbaum et al., 2007). Si los comportamientos asociados a una patología son asumidos como características cuantitativas con una distribución continua, la presencia de dicha patología puede explicarse a partir de un modelo de umbral como el que se representa en la Figura 1. Este modelo indica que la manifestación de una característica de origen multifactorial resulta de la acción conjunta de distintos factores. Por una parte, la acción de varios genes, cada uno de los cuales ejerce un efecto determinado y aditivo que contribuyen de forma individual o en interacción con otros genes desde el momento de la 10 concepción y el desarrollo. Por otra parte, la exposición a factores ambientales que impactan la expresión de los genes y por ende, el desarrollo y funcionamiento de un individuo. La suma de estos factores (genéticos y ambientales) se denomina “predisposición” y varía en cada individuo en sumas únicas que generan una población de una distribución continua fenotípica (Figura 1). Cuando las contribuciones de los factores y sus interacciones alcanzan determinado nivel umbral en el continuo, la manifestación patológica ocurre (Crosbie, Perusse, Barr, & Schachar, 2008). A medida que la cantidad de genes y factores asociados a una patología confluyen en una persona, su vulnerabilidad para presentar dicha condición, aumenta. Por tanto, es importante para el entendimiento de estas patologías, identificar cuáles son los factores de riesgo tanto genéticos como ambientales que en conjunto hacen que una enfermedad se manifieste. Los estudios de asociación genética, buscan determinar la contribución de los factores genéticos a la manifestación de la patología, localizando los genes que incrementan la susceptibilidad de manifestar un trastorno así como investigando el rol que dicho gen juega dentro del sistema biológico asociado a un trastorno en particular (Willcutt, in press). Umbral Personas afectadas con el trastorno Predisposición Figura1. El modelo de umbral para los trastornos multifactoriales. A la izquierda del umbral el trastorno no se expresa, a la derecha del umbral los individuos presentan el trastorno (Tissot & Kaufman, 2013). 11 Identificar el gen o los genes candidatos asociados a una patología, permite clarificar las alteraciones neurofisiológicas que las subyacen. Si logra establecerse una asociación entre un gen y su sitio de acción, es posible elaborar modelos sobre los mecanismos fisiológicos implicados (Doyle et al., 2005). A continuación haremos una breve revisión de los conceptos genéticos básicos que se manejan en los estudios de asociación genética. Conceptos genéticos El DNA contiene la información genética para especificar todos los aspectos de embriogénesis, desarrollo, crecimiento, metabolismo y reproducción de un organismo (Nussbaum et al., 2007). En su forma más simple, un gen puede ser definido como el segmento de una molécula de DNA que contiene el código o la secuencia de aminoácidos necesarios para la producción de un producto funcional, por ejemplo una proteína. Un gen está constituido por secuencias codificantes (exones) y secuencias de nucleótidos adyacentes necesarios para su correcta expresión (intrones o regiones no codificantes). Estas secuencias adyacentes proveen las señales de inicio y fin para la transcripción de determinado gen (Nussbaum et al., 2007) (Ver Fig. 2). Figura 2. Representación clásica de un gen (Tomado de (Speicher, 2010). 12 El genoma contenido en el núcleo de las células somáticas humanas (aquellas que contribuyen a la formación de estructuras corporales) está constituido por 46 cromosomas, dispuestos en 23 pares, de los cuales 22 se denominan autosomas y son semejantes entre hombres y mujeres; el par restante corresponde a los cromosomas sexuales. Los miembros de un par de cromosomas homólogos contienen los mismos genes en la misma secuencia, no obstante, pueden existir distintas versiones de un mismo gen, o de un segmento de él, debido a mutaciones. Las diferentes versiones de un segmento de DNA, en una locación cromosómica específica (locus), son conocidas como alelos. Cuando una persona posee un par de alelos idénticos en un locus particular, se le identifica como homocigota (AA, o la otra versión: aa) para ese gen; cuando los alelos son diferentes se identifica como heterocigota (Aa) (Nussbaum et al., 2007). El genotipo de una persona es el conjunto de alelos que da lugar a su constitución genética, mientras que el fenotipo es la expresión observable de un genotipo con sus características morfológicas, clínicas, celulares y bioquímicas. Para muchos genes, hay una versión o un alelo que prevalece, que está presente en la mayoría de los individuos de determinada población y que es conocida como alelo normal o silvestre (en inglés wild-type). Cuando existen al menos dos versiones o alelos de un locus específico, y este prevalece en más del 1% de los cromosomas de la población, se habla de polimorfismos genéticos. Aquellos alelos que tienen frecuencias menores al 1% son identificados como variantes raras (Nussbaum et al., 2007). Los polimorfismos genéticos pueden ser el resultado de distintos fenómenos, por ejemplo variaciones de un nucleótido sencillo, en el que se sustituye una base por otra (Single Nucleotide Polymorphisms - SNPs), la inserción o la ausencia de una secuencia determinada (Insertion/Deletion Polymorphisms –Indels), repeticiones de secuencias cortas (Short 13 Sequence Repeats – SSRs; CNV; VariableNumber of Tandem Repeats – VNTR), variaciones a gran escala que implican repeticiones de secuencias largas en un número variable de copias (Copy Number Variant – CNV; ), inversiones en la orientación de las secuencias, o combinaciones de algunas de las anteriores (polimorfismos mixtos) (Antonarakis, 2010). El genoma humano es altamente polimórfico. Existen muchas variantes de la secuencia de DNA entre individuos, estas variaciones representan la base molecular para la individualidad genética de cada miembro de nuestra especie. Además, la variabilidad genética es el sustrato molecular de los procesos evolutivos. No obstante, esta misma variabilidad también puede conllevar a fenotipos patológicos o a la predisposición de presentar un trastorno(Antonarakis, 2010). Métodos de asociación gen-conducta En la búsqueda de los componentes genéticos que se asocian a diversas patologías, se han utilizado diferentes métodos de análisis. Cuando se analiza si una conducta o un trastorno está ausente o presente, éste se asume como una medida cualitativa o discreta. En el análisis de medidas cualitativas, generalmente se analiza la concordancia-discordancia entre familiares. Se puede determinar, por ejemplo, el riesgo de un familiar de presentar el mismo trastorno que afecta a un paciente en particular. Así también, se compara la frecuencia de presentación de una característica particular entre individuos afectados con una patología y la población típica. Los comportamientos o trastornos también pueden ser analizados a través de medidas cuantitativas, no sólo como la presencia o ausencia del trastorno (medida categórica), sino por ejemplo, al considerar el número de síntomas que la 14 persona presentó al momento del diagnóstico, o el resultado de la ejecución de una tarea en particular, o de una valoración fisiológica, bioquímica, etcétera. Los métodos de correlación son ampliamente utilizados para analizar este tipo de medidas, a través de ellos se puede evaluar si la variabilidad observada en la medida de un individuo corresponde con la variabilidad de un familiar cercano, así, el análisis de correlación puede ser usado como estimador de la influencia genética sobre una característica cuantitativa, siempre y cuando se asuma que el grado de similitud entre los valores es proporcional al número de alelos que comparten los familiares (Nussbaum et al., 2007). No obstante, la similitud entre medidas de familiares puede reflejar no sólo la carga genética en común, sino también la exposición a los mismos factores ambientales. Por lo tanto, es importante determinar qué características comportamentales son de origen genético y cuáles de origen ambiental. El concepto de heredabilidad (h2) permite determinar qué fracción de la varianza en los valores de una medida es explicada por los factores genéticos (Nussbaum et al., 2007). Esto ha sido determinado en diferentes trastornos a través de estudios con muestras amplias de gemelos monocigóticos y dicigóticos, a través de los cuales se ha determinado la contribución genética para patologías como la Diabetes Mellitus (Poulsen, Ohm Kyvik, Vaag, & Beck-Nielsen, 1999), el Trastorno por Déficit de Atención por Hiperactividad (Biederman, 2005), entre otros. Una vez que se ha identificado que un trastorno o una característica conductual tienen un componente genético importante, lo siguiente es identificar y localizar los genes que están involucrados. Existen dos métodos principales: los estudios de ligamiento y los estudios de asociación (Flint & Willis-Owen, 2010). El análisis de ligamiento, utiliza el estudio de familias para determinar si dos genes están ligados cuando son transmitidos de una generación a otra, o en otras palabras, si se heredan juntos o en “paquete”, se basan en 15 el análisis de la recombinación genética (intercambio de segmentos entre cromosomas homólogos previo a la división celular meiótica del ciclo celular), para identificar si una ubicación o locus genético específico (marcador) recombina con el locus asociado a un trastorno, con una frecuencia menor al 50 por ciento esperado para loci no ligados. En el segundo método, de asociación, se busca identificar si un alelo o gen en específico (gen candidato) se encuentra con una mayor frecuencia entre individuos afectados con un trastorno en comparación con individuos no afectados. La fuerza de la asociación puede ser medida en términos de razón de probabilidades (Odds Ratio o Razón de momios), que se calculan a partir de las frecuencias de un alelo específico en pacientes y controles. Asimismo, diversos métodos se han desarrollado para analizar si existe asociación entre la presencia de alelos específicos y las medidas continuas de una característica comportamental en particular (Nussbaum et al., 2007). Así pues, se han desarrollado diversos métodos y fórmulas para determinar la contribución genética a diversas patologías conductuales, dependiendo de las características de la muestra de estudio y de las medidas analizadas. El modelo de endofenotipos Un tipo de estudio de asociación genética es el modelo del endofenotipo, el cual permite establecer una relación entre genes específicos y la expresión de características comportamentales particulares (Castellanos & Tannock, 2002). El término de endofenotipos fue acuñado e introducido en 1966 por Lewis (citado en Ertekin-Taner, 2011) en sus estudios genéticos sobre la Drosophila, para distinguir entre los fenotipos que son externos (exofenotipos) y los fenotipos que son microscópicos o 16 Genes Proteínas Células Sistemas Endofenotipos Comportamientos Trastornos Neuropsiquiátricos internos (endofenotipos). Posterioremente, el término comenzó a ser empleado en la psiquiatría con la finalidad de identificar características comportamentales objetivamente cuantificables, que superaran la imprecisión y heterogeneidad de los criterios diagnósticos psiquiátricos (Ertekin-Taner, 2011). Así, un endofenotipo puede ser entendido como un constructo interno, no directamente observable, que se ubica en el punto medio de una cadena de relación causa-efecto (Ver Figura 3) o bien, como un fenotipo intermedio (Kamradt, Nigg, Friderici, & Nikolas, 2017). En un extremo de dicha cadena se ubican los síntomas clínicos o síndromes, es decir, la expresión comportamental o fenotipo, mientras que al otro extremo se encuentran los genes asociados o el genotipo (Chan, Gottesman, Ge, & Sham, 2010). Los endofenotipos de patologías conductuales pueden ser procesos bioquímicos, endocrinológicos, neurofisiológicos, neuroanatómicos o neuropsicológicos (Gottesman & Gould, 2003). Al ubicarse entre la causa biológica y la expresión conductual de un trastorno, los endofenotipos contribuyen al entendimiento de los efectos neurobiológicos que tienen los genes y así, a la fisiopatología del trastorno (Doyle et al., 2005). Asimismo, se considera que la arquitectura genética de los endofenotipos es más simple que la de la totalidad de la patología, es decir está asociada con una menor cantidad de genes, al incluir características específicas y no la expresión completa del trastorno (Ertekin-Taner, 2011). Figura 3. De los genes a los trastornos (adaptado de Gould, Husseini & Manji, 2004) 17 Un endofenotipo debe cumplir con algunos criterios para ser considerado como tal. Debe ser una característica común entre individuos afectados (sensibilidad), relativamente exclusivo del trastorno (especificidad) y comparativamente infrecuente en la población en general (Levy et al., 2008). Los endofenotipos son una característica heredable, lo que implica que la variación endofenotípica en la población debería explicarse por la variación genética entre individuos, además pueden estar presentes en familiares de individuos afectados, aun cuando ellos no presenten el trastorno.Esto implica que los endofenotipos tienen la capacidad para detectar portadores genéticos asintomáticos (Crosbie et al., 2008). Así mismo los endofenotipos deben ser independientes del grado de afectación del trastorno y en teoría, deberían ser medidos de forma confiable y replicable a través de múltiples mediciones de los mismos sujetos o muestras (Crosbie et al., 2008; Ertekin-Taner, 2011). Finalmente, es preciso que haya una relación entre las bases fisiológicas de la característica postulada como endofenotipo y las del trastorno. Estudios con familiares de primer grado Al estar relacionado con un componente genético, se espera encontrar al endofenotipo entre personas que comparten la carga genética (consanguíneos de las personas afectadas) en mayor proporción de lo observado en la población general (Gottesman & Gould, 2003). Principalmente en parientes de primer grado (hermanos, gemelos dicigóticos y padres) quienes al compartir una carga genética más alta que cualquier otro familiar (hasta el 50% en los hermanos en progenitores y en hijos, y 100% en gemelos monocigóticos), tienen una mayor probabilidad de presentar dicha característica o endofenotipo (Nussbaum et al., 2007). 18 Predisposición Media Poblacional Media de familiares de primer grado Media de las personas afectadas Esta característica puede verse expresada como una diferencia significativa en la media de alguna medida cuantitativa o una diferencia significativa en la frecuencia de una medida cualitativa en comparación con la población general (ver Figura 4) (Levy et al., 2008). El hecho de que se identifique un endofenotipo en familiares del paciente, no necesariamente significa que ellos también presenten o vayan a desarrollar el trastorno en cuestión. Como se había comentado previamente, las patologías de origen multifactorial, implican la presencia de diversos factores que en conjunto propician el desarrollo de una afectación. Aun cuando los familiares tengan el mismo componente genético predisponente (un polimorfismo o variante de un gen en particular) no necesariamente estuvieron expuestos a todos los factores de riesgo que producen la manifestación del trastorno, pero sí tienen un mayor riesgo de presentarlo en comparación con la población en general (Ver Figura 5) (Nussbaum et al., 2007). Figura 4. Método para calcular el riesgo de recurrencia de un trastorno multifactorial en familiares de primer grado (Tissot & Kaufman, 2013) 19 Umbral Predisposición Poblacional Normal Familiares de primer grado Riesgo de recurrencia Otra característica del endofenotipo es que es independiente del grado de afectación del trastorno (Chan et al., 2010; Gottesman & Gould, 2003), por lo tanto es un rasgo que puede encontrarse en personas con afectaciones leves o severas. Los hallazgos reportados hasta ahora señalan a los endofenotipos como una herramienta útil para identificar y caracterizar la naturaleza de la contribución genética en trastornos complejos (Doyle et al., 2005), un trastorno que destaca por su variabilidad etiológica y de expresión es el Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad (TDAH) y cada vez son más los estudios que abordan al trastorno desde la perspectiva endofenotípica en un esfuerzo por comprender la heterogeneidad en su etiología y expresión. I. El Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad - TDAH Definición y diagnóstico El Manual Diagnóstico de la Asociación Americana de Psiquiatría en su versión actual (DSM-5, American Psychiatric Association, 2013), identifica al TDAH como un trastorno Figura 5. Riesgo de recurrencia de un trastorno multifactorial en familiares de primer grado (Tissot & Kaufman, 2013). 20 del neurodesarrollo que se caracteriza por niveles inadecuados de inatención, hiperactividad e impulsividad, que aparecen, antes de los 12 años de edad, son relativamente crónicos y no son explicados por daño neurológico, por disfunción sensorial, lingüística o motora, por retraso mental o por una afectación emocional severa. Estas dificultades están típicamente asociadas con deficiencias en el seguimiento de reglas así como en el mantenimiento del patrón de ejecución de alguna tarea, de manera consistente a través del tiempo, y afectan múltiples dominios de la actividad diaria, son relativamente estables en el tiempo y pueden persistir en la adolescencia y en la vida adulta en más de la mitad de los casos. Los síntomas típicos de este trastorno se pueden englobar en tres dominios: la incapacidad para mantener la atención, la hiperactividad y la impulsividad (Barkley, 2000). Para su clasificación, en el Manual Diagnóstico (DSM-5, American Psychiatric Association, 2013) los dominios de la hiperactividad e impulsividad se reúnen en una sola presentación (antes llamada subtipo), dando como resultado una clasificación del trastorno en tres presentaciones: predominantemente inatento, predominante hiperactivo-impulsivo y de tipo combinado. El TDAH es considerado uno de los trastornos conductuales más diagnosticados en la niñez (Mill & Petronis, 2008). Se estima que su prevalencia mundial es del 5.39% en población de 6 a 18 años de edad, con un rango del 1% a casi el 20 % (Polanczyk, Silva de Lima, Lessa-Horta, DBiederman, & Rohde, 2007). En población mexicana (de la Zona Metropolitana de Guadalajara) se reporta una prevalencia de 8.9% en niños de edad escolar (Barrios-Amador, 2006). A través de diferentes trabajos se ha observado que la prevalencia es mayor entre niños que entre niñas, con una relación de diez a uno en muestras referidas a clínicas (Gaub & Carlson, en Biederman et al., 2002), y de tres a uno o de dos a uno en muestras de población abierta (Barrios-Amador, 2006; Gaub & Carlson, 1997). Así mismo, 21 el subtipo combinado es el más identificado en poblaciones referidas a clínicas. Se ha reportado también una interacción entre género y presentación, en el que las mujeres suelen ser más propensas a la presentación de inatención, mientras que los hombres presentan con mayor frecuencia el tipo combinado (Biederman et al., 2002). Aunque existen diversas formas de diagnosticar el TDAH, la más utilizada a lo largo del mundo es la aplicación de cuestionarios basados en los criterios propuestos en el DSM (Polanczyk et al., 2007). Como se muestra en la Tabla 1, el primer criterio consiste en determinar si la persona presenta conductas típicas del TDAH y con qué frecuencia. Con esta finalidad, se presenta un listado de 18 comportamientos (9 relacionados con la inatención, 6, con la hiperactividad y 3, con la impulsividad) que se puntúan a través de una escala de tipo Likert de 0 a 3 (nunca=0, casi siempre=3). Se considera que un síntoma está presente cuando fue calificado con las frecuencias más altas (2 ó 3). Posteriormente, se suma el número de síntomas presentes de Inatención (criterio A1) y/o de Hiperactividad- Impulsividad (criterio A2). Si el total de síntomas es de 6 o más en alguno de estos dos apartados se establece el diagnóstico presuntivo de TDAH; predominantemente Inatento si los comportamientos son del Criterio Ay predominantemente Hiperactivo-Impulsivo, si son del Criterio A2. En el caso de que la persona obtenga 6 ó más síntomas en los dos apartados, el diagnóstico se establece como de tipo Combinado. En los 4 criterios siguientes, se establece la edad de aparición de los comportamientos (criterio B), si la afectación se presenta en diferentes ámbitos (Criterio C), si los síntomas interfieren significativamente con el desempeño de la persona en estos ambientes (Criterio D) y si existe otra condición neurológica o psiquiátrica explique la presencia de los síntomas (Criterio E). A1. Inatención. Seis o más de los siguientes síntomas de desatención han persistido porlo menos durante 6 meses a un nivel inconsistente con el nivel de desarrollo y que impactan directamente en sus actividades sociales y académicas/ocupacionales. a. A menudo no presta atención suficiente a los detalles o incurre en errores por descuido en las tareas escolares, en el trabajo o en otras actividades b. A menudo tiene dificultades para mantener la atención en tareas o en actividades lúdicas c. A menudo parece no escuchar cuando se le habla directamente d. A menudo no sigue instrucciones y no finaliza tareas escolares, encargo u obligaciones en el centro de trabajo. e. A menudo tiene dificultad para organizar tareas y actividades f. A menudo evita, le disgusta o es renuente en cuanto a dedicarse a tareas que requieren un esfuerzo mental sostenido (como trabajos escolares para adolescentes y en adultos preparar reportes, completas formas o revisar un gran cantidad de papeles) g. A menudo extravía objetos necesarios para tareas o actividades (como juguetes, trabajos escolares, lápices, libros, herramientas, cartera, llaves, papales del trabajo, lentes, celulares). h. A menudo se distrae fácilmente por estímulos irrelevantes. i. A menudo es descuidado en las actividades diarias A2. Hiperactividad e Impulsividad. Seis o más de los siguientes síntomas de desatención han persistido por lo menos durante 6 meses a un nivel inconsistente con el nivel de desarrollo y que impactan directamente en sus actividades sociales y académicas/ocupacionales. a. A menudo mueve en exceso las manos o los pies o se remueve en el asiento b. A menudo abandona su asiento en la clase o en otras situaciones en las que es inapropiado hacerlo c. A menudo corre o salta excesivamente en situaciones en las que es inapropiado hacerlo (en los adolescentes o adultos puede limitarse a sentimientos subjetivos de inquietud) d. A menudo tiene dificultades para jugar o dedicarse tranquilamente a actividades de ocio e. A menudo ‘está en marcha’ o actúa como si ‘tuviera un motor’ f. A menudo habla en exceso g. A menudo precipita respuestas antes de haber sido completadas las preguntas h. A menudo tiene dificultades para guardar turno i. A menudo interrumpe o se inmiscuye en las actividades de otros B. Algunos síntomas de hiperactividad-impulsividad o de inatención que causaban alteraciones estaban presentes antes de los 12 años de edad. C. Algunas alteraciones provocadas por los síntomas se presentan en dos o más ambientes (p. ej., en casa, la escuela y en casa, o en el trabajo, con los amigos o familiares). D. Debe existir evidencia clara de que los síntomas interfieren o reducen la calidad del funcionamiento social, académico o laboral. E. Los síntomas no aparecen exclusivamente en el transcurso de trastornos como la esquizofrenia u otro trastorno psicótico y no se explican mejor por la presencia de otro trastorno mental (p.ej., trastorno del estado de ánimo, trastorno de ansiedad, trastorno disociativo o a un trastorno de la personalidad). Tabla 1. Criterios diagnósticos para el TDAH de acuerdo al DSM-5 (American Psychiatric Association, 2013). Características neuropsicológicas del TDAH Diversos modelos teóricos abordan las alteraciones cognitivas y comportamentales que caracterizan al TDAH y lo distinguen de otros trastornos. Sergeant, Geurts, Huijbregts, Scheres, & Oosterlaan, (2003) destacan cinco modelos actuales: 1) Modelo de aversión al retraso, 2) Modelo de inhibición/activación, 3) Modelo de Inhibición, 4) Modelo cognitivo- energético, 5) Modelo de funciones ejecutivas. En la Tabla 2 se describen brevemente cada uno de estos modelos y las regiones neurales con las cuales se vinculan. Modelo Descripción Región del SNC comprometida Aversión al retraso (Sonuga-Barke, 1996) Las personas con TDAH no son capaces de contener o retrasar la búsqueda de recompensas o reforzadores. Tienden a elegir recompensas inmediatas aunque sean desventajosas. A partir del modelo se pueden observar dos subtipos de patologías en el TDAH, las relacionadas con la falla en el control inhibitorio y las relacionadas con aspectos motivacionales y fallas en el sistema de recompensas. El primer subtipo se asocia con el sistema meso-cortical que se proyecta hacia la corteza prefrontal. El segundo subtipo se vincula a alteraciones las vías meso- límbicas. Inhibición/activación (Quay, 1988) El déficit en el TDAH no radica únicamente en la supresión de los comportamientos, sino que también presentan una excesiva activación. Esto se explica a partir de la falla de dos sistemas de regulación del comportamiento: el sistema de activación y el de inhibición comportamental. El sistema de activación envía las señales para que el organismo tenga el estado apropiado para responder ante una situación determinada, mientras que las señales de inhibición se han asociado con la capacidad de anticipar el castigos o los reforzadores. La falla en estos sistemas, ocasiona una sobreactivación en las personas con TDAH que un débil sistema inhibitorio no puede regular efectivamente. El Sistema Activador involucra el área septo-hipocampal, y sus conexiones con la corteza prefrontal. Mientras que el Sistema Inhibidor se ha asociado con proyecciones hacia regiones pontinas (locus coeruleus). Inhibición (Barkley, 1997) Las alteraciones comportamentales del TDAH se pueden atribuir por completo a la falla en el control inhibitorio. Este modelo postula al déficit inhibitorio como la falla primaria en el TDAH que además ocasiona las deficiencias en las otras funciones ejecutivas (memoria de trabajo, autorregulación del afecto-motivación-activación, internalización del lenguaje y reconstitución), que por lo tanto, son alteraciones secundarias. De este modo, el Corteza Prefrontal y las redes que forma con otras regiones cerebrales, principalmente el estriado. Tabla 2 Modelos teóricos sobre las características neuropsicológicas del TDAH (adaptado de Seargeant, 2003) 24 modelo ubica al control inhibitorio en la base de todas las Funciones Ejecutivas. Cognitivo- Energético (Sergeant, Oosterlaan & Meere 1999) Los efectos del TDAH se observan en tres niveles: en el nivel cognitivo relacionado con la ejecución de la respuesta, el nivel energético relacionado con la activación y el esfuerzo y el sistema de control asociado al funcionamiento ejecutivo. El modelo buscan integrar los procesos cognitivos y de control ejecutivo (de tipo top-down) con los procesos de activación y regulación de dicha activación (tipo bottom up). Postulan que las fallas en el TDAH provienen de ambos tipos de procesos. Las señales top-down provienen de regiones de la Corteza Frontal ventromedial, Corteza Anterior Cingulada, Área motora suplementaria, corteza prefrontal orbitofrontal y dorsolaterial, Ganglios basales y Tálamo. Núcleo accumbens y amígdala. Disfunción ejecutiva (Smith & Jonides 1999; Bush et al. 1999) Los modelos de funcionamiento ejecutivo, proponen que la causa de las alteraciones en el TDAH no se explican por la falla de un solo elemento ejecutivo, y que las deficiencia observadas en la ejecución de tareas de control ejecutivo pueden explicarse por fallas tanto en control inhibitorio, como en la manipulación y mantenimiento de la información (memoria de trabajo) y el control ejecutivo sobre la atención que permite focalizarla o dividirla sin perder el objetivo planteado. Entre diferentes regiones analizadas, destaca la Corteza Prefrontal Dorsolateral, Corteza Cingulada Anterior (ACC), la Ínsula. Otros modelos sobre el TDAH que Seargeant no considera en su revisión han sugerido alteraciones en los sistemas o redes atencionales, Posner & Petersen (1990) postulan que la atención es un sistema integrado por tres subsistemas: alerta, orientación (o sistema atencional posterior) y control ejecutivo (o sistema atencional anterior). Estas tres redes pueden trabajar de manera independiente,pero también interactúan para dar lugar a la orientación y focalización de la atención. El sistema de alerta, lo vinculan con regiones subcorticales como el locus coeruleus, y con regiones corticales parietal y frontales derechas. El sistema de orientación, lo vinculan con regiones posteriores y temporales del lóbulo parietal, así como con regiones oculares frontales y con los colículos superiores. El sistema ejecutivo lo vinculan con la corteza cingulada anterior, la corteza prefrontal y los ganglios basales. Como puede verse a lo largo de los modelos expuestos, es constante la implicación de las regiones frontales de la corteza cerebral para explicar las alteraciones a nivel 25 ejecutivo, el control inhibitorio y el control atencional emergen como componentes importantes de la neuropsicología del TDAH. Así también, las regiones parietales se han vinculado con las alteraciones de orientación de la atención, y las estructuras pontinas con los procesos de activación y alertamiento. Contribución genética en el TDAH Estudios realizados con hermanos gemelos y hermanos adoptivos de pacientes con TDAH, han reportado una heredabilidad muy alta del trastorno, que sobrepasa el 70% (Biederman, 2005)(Biederman, 2005), lo cual indica que los factores genéticos tienen una importante contribución en la etiología de este trastorno. En la búsqueda de genes candidatos, los estudios de meta-análisis o de revisión, permiten detectar las replicaciones y obtener un panorama más completo. Los hallazgos de los polimorfismos genéticos más replicados en el estudio del TDAH son los relacionados con el sistema dopaminérgico (Levy, Hay, & Bennett, 2006), no obstante, también han sido identificados genes precursores de otros sistemas, por ejemplo adrenérgico y serotoninérgico (Gizer, Ficks, & Waldman, 2009). Así lo reportaron Faraone et al., (2005) en su revisión de distintos estudios que han vinculado distintos genes al TDAH, los autores analizan los datos reportados sobre 7 genes que muestran evidencia significativa de asociación con el TDAH. En su estudio, el polimorfismo VNTR de 7 repeticiones en el exón III del gen DRD4 destaca por tener una mayor cantidad de replicaciones y un mayor Odds Ratio (Ver Tabla 3). En un meta-análisis posterior, Gizer et al. (2009) analizaron estudios de asociación genética y TDAH diagnosticado con los criterios del DSM-IV (American Psychiatric 26 Association, 1994). En su trabajo incluyeron polimorfismos de genes relacionados con el sistema dopaminérgico (DAT1, DRD4, DRD2, DRD5, DRD3, COMT), adrenérgico (DBH, SLC6A2, ADRA2A), serotoninérgico (5HTT, SLC6A4, HTRIB, HTR2A, TPH1, TPH2, MAOA también relacionada con dopamina y noradrenalina) colinérgico (CHRNA4) y factores de desarrollo del sistema nervioso central (SNAP-25 y gen del factor neurotrófico o brain derived neurotrophic factor – BDNF). Los autores reportan que la mayor cantidad de estudios con asociaciones significativas se concentran en polimorfismos de los genes DAT1 (VNTR de 10 repeticiones en la región no codificante 3’), DRD4 (VNTR de 7 repeticiones en el exón 3) y 5HTT (alelo largo de la región promotora 5HTTLPR). Las asociaciones con los diversos genes candidatos muestran magnitudes moderadas, con Odds Ratio entre 1.12 y 1.33. El polimorfismo del gen DRD4 es el que reporta el Odds Ratio más alto (Ver Tabla 3) y el que en general cuenta con una mayor cantidad de estudios que respaldan la asociación con la presencia de TDAH (Bidwell et al., 2011; DiMaio, Grinzenko, & Joober, 2003; Fernandez-Jaen, Fernández-Mayoralas, Calleja-Pérez, Muñoz- Jareño, & López-Arribas, 2012) (Ver Tabla 3). Así pues, el polimorfismo de 7 repeticiones se ha postulado como uno de los candidatos más fuertes para los estudios de asociación genética del TDAH. No obstante, los hallazgos no son concluyentes y de hecho, algunos estudios han reportado un efecto protector con la presencia de este polimorfismo (Hawi et al., 2000). La heterogeneidad metodológica entre los estudios dificulta el cálculo preciso de un tamaño del efecto con el cual comparar los estudios de forma directa. 27 Sistema Genes precursores de Polimorfismo Número de estudios1 OR (I.C. 95%) Dopaminérgico Transportador DAT1 VNTR de 10-rep región 3’UTR 34 1.12 (1.00–1.27)1 1.13 (1.03-1.24)2 VNTR de 3 rep, intrón 8 5 1.25 (0.98–1.58) Alelo G, rs27072, región 3’UTR 7 1.20 (1.04–1.38) Receptor DRD4 VNTR de 7-rep, exón 3 26 1.33 (1.15–1.54)1 1.45 (1.27-1.65)2 Alelo T, región promotora 5 1.21 (1.04–1.41) Receptor DRD5 Alelo 148pb, flanco 5’. 9 1.23 (1.06–1.43)1 1.24 (1.12-1.38)2 Serotoninérgico Transportador 5HTT Alelo largo, 5HTTLPPR, región promotora 19 1.17 (1.02–1.33)1 1.31 (1.09-1.59)2 Receptor HTR1B Alelo G, rs6296, exón 1 9 1.11 (1.02–1.20)1 1.44 (1.14-1.83)2 Colinérgico Subunidad CHRNA4 Alelo T, rs2273506, exón 2 4 1.19 (0.92–1.54) Alelo T, rs6090384, intrón 2 4 1.28 (0.89–1.84) Otros Proteína SNAP* Nrs3746544, 3’UTR 7 1.15 (1.01–1.31)1 1.19 (1.03-1.38)2 Gen del receptor de dopamina D4 (DRD4): El gen DRD4 localizado en el cromosoma 11p15, codifica una proteína transmembranal que constituye el receptor D4 de la familia D2 de receptores inhibitorios de la Dopamina. Este receptor actúa como un autorreceptor y se encuentra tanto a nivel presináptico como postsináptico (Barr, 2001). Los receptores D4 se distribuyen en corteza prefrontal, en estriado, hipotálamo y en el hipocampo, esta distribución hace que su presencia en el cerebro sea un notable blanco de acción de fármacos en el tratamiento de distintos trastornos (Aguirre-Samudio & Nicolini, 2005), es particularmente relevante para el estudio del TDAH porque la Nota: OR=Odd’s Ratio estimado a partir del análisis de distintos trabajos, en inglés se le identifica como ‘Pooled Odds Ratio’); IC=Intervalo de Confianza; rep=repeticiones. 1 Datos tomados del meta-análisis realizado por Gizer et al. (2009) 2 Datos tomados de la revisión realizada por Faraone et al. (2005) Tabla 3 Polimorfismos genéticos asociados al TDAH 28 localización de sus receptores en regiones frontales y prefrontales, vinculadas con la atención y la inhibición, sugiere que este tipo de receptores tienen un papel importante en procesos tales como el funcionamiento ejecutivo y la regulación de la atención (Bidwell et al., 2011; Swanson et al., 1998). El gen DRD4 tiene una región polimórfica, un VTNR de 48 pares de bases en el exón III, con versiones cortas (de 2 a 4 repeticiones) y versiones largas (7 repeticiones o más) que se manifiestan en la tercera asa citoplásmica de la proteína del receptor y generan distintas interacciones con la proteína G (Van Tol et al., 1992). Estudios realizados con animales sugieren que la variante de 7 repeticiones del gen debilita la eficacia del receptor (Arnsten, 2006). En estudios con humanos, la presencia de este polimorfismo se ha asociado con características cognitivas como la inatención (Gizer & Waldman, 2012)(Gizer et al. 2012) y, como ya hemos mencionado, es uno de los polimorfismos cuya asociación con la presencia del TDAH cuenta mayor cantidad de replicaciones en diversos estudios (Bidwell et al., 2011; Cheon, Kim, & Cho, 2007) incluso en población mexicana (Trejo García, 2014). Figura 6. Esquema de la ubicación de los polimorfismos y mutaciones en el gen DRD4 (Tomado de Barr, 2001). 29 Los resultados moleculares obtenidos al momento no son concluyentes, DiMaio et al. (2003) reconocen que es necesario realizar más estudios que respalden las relaciones genotipo-fenotipo previamente reportadas, así como para identificar qué alelos o mutaciones específicas de los genes son responsables de estas asociaciones. Así también, Gizer et al. (2009) refieren que las diferencias metodológicas y las característicasde cada muestra influyen en la posibilidad de detectar asociaciones y dificulta realizar generalizaciones entre los estudios. Como se ha comentado, los factores etiológicos del TDAH incluyen variaciones o mutaciones de varios genes, y la presencia de factores ambientales (Castellanos & Tannock, 2002; Lifford, Harold, & Thapar, 2009). Por esta razón, se considera al TDAH como un trastorno multifactorial, con una gran variabilidad en la expresión (Franke, Neale, & Faraone, 2009). De ahí la importancia del modelo de endofenotipos, que permite “seccionar” el trastorno en características particulares asociadas a una menor cantidad de genes, lo cual permite tener un mayor poder estadístico en los análisis moleculares además de ahondar en el conocimiento sobre fisiopatología del trastorno (Pironti et al., 2009). II. La falla en la inhibición de respuesta como endofenotipo del TDAH En el nivel neuropsicológico se han propuesto distintos endofenotipos para el estudio del TDAH, principalmente vinculados con las funciones ejecutivas. Entre ellas se encuentran las alteraciones en el control ejecutivo de la atención (Fan, Wu, Fossella, & Posner, 2001), en la memoria de trabajo (Castellanos & Tannock, 2002) y en el control inhibitorio (Barkley, 2000; Castellanos & Tannock, 2002; Nigg, Blaskey, Stawicki, & Sachek, 2004). El control inhibitorio, particularmente, ha sido propuesto como la base para el 30 funcionamiento en general ejecutivo y la autorregulación, así como el requisito que permite la internalización de los otros componentes ejecutivos; de tal modo que, un déficit en el control inhibitorio explicaría las alteraciones observadas en las otras funciones (Barkley, 2000). El control inhibitorio El control inhibitorio es un componente de las funciones ejecutivas, puede ser entendido como la capacidad para detener aquellas acciones o pensamientos que resulten inapropiadas en determinado contexto o que interfieran para alcanzar la meta establecida y así poder realizar otras acciones más pertinentes para la situación (Simmonds, Pekar, & Mostofsky, 2008). El control inhibitorio, funge como la base de la autorregulación y además permite la internalización de los otros componentes ejecutivos (Barkley, 2000). Un deficiente control inhibitorio se revela en conductas impulsivas, anticipadas o inadecuadas, por ejemplo, comenzar una tarea antes de que se hayan dado las instrucciones pertinentes o se tenga suficiente información, permitir que la atención sea desviada por estímulos irrelevantes a la tarea, o fallar en corregir respuestas obviamente inapropiadas (Schachar & Logan, 1990). Algunos autores proponen distintos componentes dentro del control inhibitorio, por ejemplo, la inhibición cognitiva y la inhibición motora (Bari & Robbins, 2013) así como la inhibición automática y la voluntaria (Nigg, 2000). Existen diferentes modelos teóricos que buscan explicar estas distinciones, entre ellos destaca el de Logan & Cowan, (1984), el de Barkley, (1997) y el de Nigg (2000). Algunos incluyen aspectos tanto cognitivos como motores, voluntarios y automáticos, y además, permiten identificar los componentes que se evalúan a través de las pruebas neuropsicológicas, que en su mayoría implican respuestas motoras. 31 Modelos teóricos del control inhibitorio. En el modelo propuesto por Logan y Cowan (1984), el control inhibitorio es explicado como el resultado de una competencia entre dos tipos de procesos: los procesos relativos a los pensamientos o acciones que se realizan, y los procesos relativos a atender una señal de alto que indica a la persona que debe detenerse. Los autores postulan que cuando el primer tipo de procesos domina, es decir, cuando la persona hace caso omiso a la señal de detenerse, la respuesta o el pensamiento continúan indefinidamente. Pero si los procesos relativos a la señal dominan, es decir la señal es atendida e identificada adecuadamente, ésta se impone y permite regular las acciones y pensamientos ya sea para interrumpirlos o para corregirlos (Logan & Cowan, 1984). Dado que los tiempos de los dos tipos de procesos pueden variar azarosamente, el resultado de la competencia entre ellos es aleatoria, por lo tanto, en este modelo se asume que la inhibición es una cuestión de probabilidad (Schachar & Logan, 1990). A partir de esta teoría, los autores desarrollaron la tarea “Stop Signal” o “Señal de Alto” con el fin de evaluar la capacidad para interrumpir respuestas en marcha. En ella se solicita a las personas a responder de una forma específica ante una señal auditiva o visual determinada (por ejemplo presionar un botón cuando aparece la letra X en una pantalla) y ocasionalmente aparece una señal distinta (por ejemplo, un sonido), que indica que la respuesta debe ser suprimida. Otro modelo usualmente referido en la evaluación neuropsicológica clínica o experimental es el propuesto por Barkley (1997), quien define al control inhibitorio con base en tres procesos interrelacionados: la supresión de una respuesta inicial preponderante en determinada situación, la retención de una respuesta en marcha y el control de la interferencia. Las respuestas predominantes o preponderantes (en inglés, prepotent responses), son definidas como aquellas respuestas para las cuales el reforzador inmediato 32 (positivo o negativo) está disponible o ha sido previamente asociado con la respuesta. Esta definición se puede entender desde la dinámica de las tareas de tipo Go/ no-Go. En ellas, se establece una respuesta preponderante, entrenando al participante para ejecutar una respuesta (por ejemplo, presionar un botón) ante determinado estímulo que aparece de forma predominante, en una relación de 8 a 2, con relación a los otros estímulos dentro de un bloque de ensayos. Entonces, el primer componente de la inhibición se asocia con la supresión de respuestas cuya ejecución predomina sobre otras (un ejemplo de una falla en este mecanismo inhibitorio sería tomar la ruta de regreso a casa de forma automática, cuando en realidad nos dirigíamos a otro lado, es el acto que hemos automatizado o que realizamos con más frecuencia). El segundo componente, la inhibición de respuestas en marcha, permite suspender una respuesta que ya había iniciado pero que de pronto alguna señal o estímulo le indica a la persona que debe parar (por ejemplo, detener el automóvil ante un peatón que cruza inesperadamente la calle, cuando el automovilista se había puesto en marcha). La tarea de Stop Signal previamente citada, estaría asociada con este componente. Finalmente, el control de la interferencia, Barkley lo identifica como la protección del periodo durante el cual se planean o ejecutan las acciones. Este componente abarca aspectos tanto cognitivos como motores y la supresión de los estímulos distractores que dirigen a la persona a una respuesta diferente, que compite con la respuesta inicial o que interfieren con las operaciones que se realizan ((Nigg, 2000). En su modelo, Barkley postula que el control inhibitorio es el componente central de las funciones ejecutivas, ya que a la vez, permite el correcto funcionamiento de los otros componentes ejecutivos, de tal modo que, una falla en el control inhibitorio ocasiona alteraciones en las otras funciones ejecutivas tales como la memoria operativa o la autorregulación (Barkley, 1997; Goto et al., 2010). 33 Finalmente, el amplio modelo de Nigg (2000) incluye aspectos motores, cognitivos y motivacionales, en un sistema de inhibición dividido en tres grandes grupos: los procesos de inhibición voluntarios, los procesos de inhibición automáticos (en el contexto de la orientación de la atención) y los procesos de motivación implicados en la inhibición. Los procesos de inhibición voluntaria, son los procesos de control intencional o supresión de respuestas que se ejecutanen función de metas de orden superior o a largo plazo, dentro de este componente, Nigg incluye cuatro elementos: a) el control de la interferencia (prevenir la competencia entre estímulos o con una fuente distractora), b) la inhibición cognitiva (o supresión de ideas no pertinentes para proteger las operaciones realizadas en memoria de operativa o atención), c) la inhibición conductual (o supresión de respuestas automáticas o inapropiadas), d) la inhibición oculomotoras (que también implica la supresión de respuestas automáticas e inapropiadas oculomotoras, pero que las ubica en un nivel diferente por la implicación de áreas corticales adicionales). En el grupo de la inhibición automática, Nigg incluye a los procesos relativos a la operación de la atención, en ellos se incluye e) la inhibición hacia estímulos recientemente atendidos (o inhibición de retorno), y f) la inhibición de información en ubicaciones no atendidas (negligencia o extinción). Finalmente, tras una revisión de distintos modelos de personalidad y temperamento, Nigg resalta la importancia de considerar los procesos de inhibición motivacional en el estudio del control inhibitorio, ya que la supresión de una conducta puede suprimirse no sólo por estímulos inmediatos o metas a largo plazo, sino también por miedo o ansiedad ante situaciones sociales, como el miedo al castigo, o la ansiedad ante una situación novedosa. Con ellos, Nigg agrega dos elementos más a su modelo g) la inhibición como respuesta a claves de castigo y h) la inhibición ante la novedad. 34 Paradigmas clásicos para la evaluación del control inhibitorio. Diferentes tareas han sido desarrolladas para evaluar los componentes identificados en el control inhibitorio tanto con fines de investigación como clínicos. Partiendo del modelo de los tres componentes inhibitorios de Barkley, surgen tres paradigmas clásicos: la inhibición de respuestas preponderantes se evalúa a través de tareas denominadas Go/ No-go (Simmonds, et al., 2008); la inhibición de respuestas en marcha con las tareas de Stop Signal o Señal de Alto (Aron et al., 2007) y el control de la interferencia se evalúa a través de la tarea de Stroop (Egner & Hirsch, 2005). En la Tabla 4 se presentan a detalle las características de estos paradigmas. Algunos de estos paradigmas han recibido críticas por no ser tareas “puras” de control inhibitorio que hacen llamado de otras habilidades tales como la memoria operativa, la toma de decisiones e incluso la habilidad lectora. Paradigma Descripción Componente que evalúa Medidas de análisis Go/No-go En esta tarea se presentan dos tipos de estímulos: los “Go” (para responder) y los “No-go” (para suprimir la respuesta). Los participantes son entrenados para responder de forma rápida ante la presentación de los estímulos “Go” y retener dicha respuesta ante los “No-go”. Es mayor la cantidad de estímulos “Go” que se presentan (generalmente el 80%) con la finalidad de crear una tendencia preponderante de ejecutar la respuesta, y una mayor demanda del esfuerzo inhibitorio para suprimir la respuesta ante la aparición esporádica de los estímulos “No-go” (Simmonds, et al., 2008). Con el fin de poder decidir si responden o no, dependiendo de si se trata un estímulo “Go” de los uno “No- go”, la persona debe seleccionar una estrategia (ya sea para responder o inhibir) antes de iniciar la respuesta, motivo por el cual en estas tareas también se ha identificado un componente de toma de decisiones (Alegre et al., 2004)(Alegre, et al., 2004). Capacidad de retener o suprimir una respuesta antes de que esta inicie (Eagle, Bari, & Robbins, 2008)(Eagle, Bari, & Robbins, 2008). Porcentaje de aciertos (respuestas exitosamente suprimidas), errores de comisión (respuestas ante estímulos “No-go”) y errores de omisión (no respuesta ante estímulos “Go”) (Eagle, et al., 2008). Señal de Alto (Stop Signal) En este tipo de tareas también se instruye a la persona para que responda ante un estímulo “Go”. En algunos ensayos, el estímulo “Go” va seguido de una señal visual o auditiva que representa la Señal de Alto, ante esta señal el sujeto debe contener la respuesta. Para realizar esta tarea se instruye a la persona de responder tan rápido como le sea posible en los ensayos “Go”, para inhibir la respuesta cuando aparezca la señal de alto (Aron, et al., 2007) y con ello, suprimir la tendencia a ejecutar la respuesta preponderante aun cuando ya había iniciado (Roberts, Fillmore, & Milich, 2010)(W. Roberts, Fillmore, T., Milich, R., 2010). Cuando el retraso entre la aparición del estímulo “Go” y de la Señal de Alto es corto, la persona puede inhibir mejor su respuesta. Al variar el tiempo de aparición sistemáticamente, se puede computar la variable del tiempo de reacción como un estimado de la velocidad de los procesos involucrados en la inhibición de la respuesta. Capacidad de interrumpir una respuesta u operación mental cuando ésta ya se estaba ejecutando (Eagle et al., 2008)(Eagle, et al., 2008). El tiempo de reacción de la Señal de Alto constituye la principal medida de análisis de esta tarea, el cual es un estimado a partir del tiempo que le tomó a la persona atender, procesar y completar un proceso de inhibición ante una señal de parada (Eagle et al., 2008)(Eagle, et al., 2008). Stroop La persona debe leer una serie de palabras impresas en diferentes colores en una cartilla (las palabras son precisamente nombres de colores: rojo, verde, azul, etc.). El nivel de conflicto es manipulado variando las propiedades de los estímulos relevantes para la tarea: de incongruente(por ejemplo la palabra rojo impresa en tinta verde) a congruentes o neutras (palabra rojo impresa en tinta de color rojo). Se conoce como el “Efecto Stroop” al hecho de que una persona tarda más tiempo y comete más errores cuando tiene que nombrar palabras incongruentes que cuando nombra las congruentes (MacLeod, 1991; Nigg, 2000) lo que es interpretado como que el significado de la palabra está causando interferencia con la acción de nombrar el color de la tipografía. Capacidad para controlar la interferencia de estímulos o de información no relevante para la ejecución de alguna actividad. Tiempo de reacción y el porcentaje de errores (Egner & Hirsch, 2005). Un paradigma que ha cobrado importancia recientemente es el del control del movimiento sacádico, que se define como el movimiento ocular realizado para desplazar la fóvea rápidamente de un punto a otro dentro del campo visual (Duchowsky, 2007). Las denominadas tareas prosacádicas y antisacádicas han sido diseñadas para evaluar la generación automática de sácadas o su supresión, dependiendo de la instrucción. Estos paradigmas proveen beneficios sobre otros procedimientos debido a que los mecanismos cerebrales implicados en el control de las sácadas están ampliamente documentados, lo cual ha permitido profundizar en el conocimiento de la fisiopatología de distintos trastornos entre los cuales se encuentra el TDAH. Asimismo, las sácadas proveen información que no sólo implica los procesos directamente relacionados con funciones superiores, tales como la inhibición, sino también arrojan información sobre las métricas y las dinámica del control oculomotor, tales como la velocidad, la amplitud y la duración de los movimientos sacádicos, lo cual permite tener un entendimiento más preciso de los mecanismos implicados en su ejecución (Rommelse et al., 2008). Si bien, estas tareas podrían situarse en el componente de la inhibición de respuestas preponderantes del modelo de Barkely (1997), el modelo de Nigg ofrece una categoría especial para este tipo de supresión motora dentro del componente voluntario de la inhibición que se ejecuta en función de una orden superior (por ejemplo, la instrucción de no realizar el movimiento automático y realizar uno alternativo) debido a quela supresión de estos movimientos demanda áreas corticales especializadas en el movimiento ocular, como son los campos oculares frontales y suplementarios. Asimismo, la respuesta oculomotora no corresponde exactamente a la definición de las respuestas preponderantes, puesto que no debe ser entrenada en laboratorio; la respuesta que se suprime (la tendencia de dirigir la mirada hacia los estímulos visuales) ya es una respuesta automática en las personas aunque de cierta forma 37 fue entrenada a lo largo de la vida de un individuo. De hecho Roberts, Fillmore, & Milich, (2011) refieren que esta característica, le da ventaja a la respuesta oculomotora frente a otras modalidades de respuesta para evaluar el control inhibitorio, los participantes no tienen que aprender la respuesta, puesto que ya son naturalmente automáticas. No obstante, la propuesta de Barkley sobre el control inhibitorio como el eje central de las funciones ejecutivas y la base para explicar las fallas de impulsividad, es pertinente para este estudio si además consideramos las teorías que postulan la falla en el control inhibitorio como una de las principales características neuropsicológicas del TDAH. La inhibición de la respuesta oculomotora El análisis de los movimientos oculares se ha convertido en una herramienta muy útil para la evaluación neuropsicológica en general. Los movimientos oculares sacádicos permiten cambiar de manera rápida la ubicación foveal de un punto a otro en el campo visual, la fóvea es la región de mayor agudeza visual de la retina y su reubicación permite llevar a cabo un análisis visual detallado de determinado punto dentro del campo visual (Duchowsky, 2007; Goldberg, 2000). Las sácadas son los movimientos oculares más frecuentes y son consideradas como manifestaciones de la intención de cambiar voluntariamente el foco de atención (Duchowsky, 2007). El movimiento ocular es el resultado de la acción de los seis pares de músculos que se encuentran unidos a los globos oculares, cuatro rectos (superior, inferior, medial y lateral) y dos oblicuos (superior e inferior). Estos músculos están inervados por neuronas motoras cuyos axones constituyen los pares craneales III, IV y VI (Goldberg, 2000), dichas neuronas están conectadas a neuronas premotoras localizadas en regiones mesencefálicas, 38 pontinas y medulares de la formación reticular, las cuales constituyen el circuito generador de sácadas del tallo cerebral, a su vez este circuito recibe señales de los colículos superiores, el cerebelo y distintas regiones de la corteza cerebral, para dar inicio, detener o corregir un movimiento sacádico (Leigh & Zee, 2006). El inicio de las sácadas reflexivas, o automáticas involucra las regiones occipitales y parietales de la corteza cerebral, así como sus proyecciones a los colículos superiores, y de éste hacia el tallo cerebral y el cerebelo. Los procesos de la supresión de las sacadas reflexivas y la programación de sacadas voluntarias han sido vinculados con actividad en la corteza prefrontal dorsolateral, los campos oculares frontales y suplementarios, y sus proyecciones a ganglios basales (especialmente a sustancia nigra) y de allí hacia colículos superiores y al circuito premotor del tallo cerebral (Munoz, Armstrong, Hampton, & Moore, 2003). El amplio conocimiento sobre las bases neurales implicadas en el control sacádico ha permitido diseñar e interpretar experimentos de funciones cerebrales superiores (Crevits & Vandierendock, 2005), entre ellas se encuentran las tareas prosacádicas, las antisacádicas, la inhibición de regreso, el retraso de la respuesta, la captura oculomotora, entre otras. Las tareas prosacádica y antisacádica, están particularmente ligadas con el control flexible sobre el comportamiento. En la tarea prosacádica, diseñada para evaluar la ejecución de las sacadas reflexivas, el participante debe dirigir su mirada de un punto de fijación a un estímulo objetivo que aparece repentinamente. En la tarea antisacádica, encaminada a evaluar las sácadas voluntarias, los movimientos oculares deben ser realizados en la dirección opuesta al estímulo objetivo. Para esto, la respuesta automática de dirigir la mirada hacia el estímulo externo debe ser suprimida y una respuesta alternativa,en sentido opuesto, debe ser realizada (Dafoe, Armstrong, & Munoz, 2007). 39 Un aspecto importante del control ejecutivo es que permite que el comportamiento no siempre sea desencadenado por los estímulos externos sino también por representaciones internas (por ejemplo, la intención de apegarse a una instrucción previamente dada). Este aspecto es el que convierte a las tareas antisacádicas en una prueba de funciones ejecutivas, ya que en su ejecución, la respuesta automática dirigida a la ubicación del estímulo debe ser inhibida y en su lugar una respuesta alternativa debe ser realizada, con una dirección incompatible a la ubicación del estímulo y sin un punto de referencia, por lo tanto, la ejecución de la respuesta debe ser controlada internamente, basada en la percepción del estímulo y apegándose a la instrucción dada (Klein, Fischer Jr., Fischer, & Hartnegg, 2002). Debido a que una prosácada errónea o un error de dirección en la tarea antisacádica es interpretado como una falla para inhibir la respuesta automática, una gran cantidad de errores se asume como un deterioro en la inhibición de respuestas inapropiadas (Van der Stigchel et al., 2007). Otro aspecto que evalúa la regulación conductual endógena, es la presencia o ausencia del punto de fijación durante la aparición del estímulo objetivo. Se ha observado que al remover el punto inicial de fijación antes de la aparición del estímulo (condición de intervalo) el tiempo de reacción de la sácada es menor y las personas son más propensas a cometer errores anticipatorios y de dirección (el denominado Gap effect), en comparación a cuando el punto de fijación permanece visible (condición de traslape) (Munoz et al., 2003). De acuerdo a estos autores, en la condición de intervalo el comportamiento es controlado por componentes endógenos, mientras que en la condición de traslape un estímulo externo (el punto de fijación) activa procesos neurales que mantienen la fijación hasta que el movimiento es requerido (Machado & Rafal, 2000). Por lo tanto, se considera que la 40 condición de intervalo, demanda un mayor control ejecutivo del comportamiento (Klein et al., 2002). El control inhibitorio en personas con TDAH La presencia de conductas impulsivas y perseverativas, observadas a través de los distintos paradigmas, ha respaldado el modelo postula al déficit en el control inhibitorio como una falla central de este trastorno (Barkley, 1997). En diferentes estudios se han reportado ejecuciones menos precisas en personas con TDAH en comparación con los grupos controles al ejecutar los paradigmas clásicos de control inhibitorio como las tareas tipo Go/ No-go (Epstein et al., 2007; Uebel et al., 2010; Wieserma & Roeyers, 2009), y la tarea de Señal de Alto (Alderson, Rapport, Sarver, & Kofler, 2008; Schachar et al., 2007; Tillman, Thorell, Brocki, & Bohlin, 2008). Esta pobre ejecución proviene de los resultados de diversas medidas; una mayor cantidad de errores es interpretada como una incapacidad para suprimir o cancelar respuestas inapropiadas; una mayor variabilidad en sus ejecuciones refleja la incapacidad para mantener un nivel de ejecución constante a lo largo del tiempo. En la evaluación con tareas de control oculomotor, se ha reportado de forma consistente que las personas con TDAH tienen una incapacidad para inhibir las respuestas automáticas o preponderantes puesto que comenten una gran cantidad de errores en las tareas antisacádicas (Armstrong & Munoz, 2003; Klein, Raschke, & Brandenbusch, 2003; Munoz et al., 2003). En la ejecución de las tareas
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