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� E – 26-007-E-10 Fisiología del dolor L. Plaghki, A. Mouraux, D. Le Bars Los conocimientos sobre la fisiología del dolor han progresado de forma notable en las últimas décadas y, en particular, en los campos de la biología molecular y de la neuroi- magen funcional (electroencefalografía y resonancia magnética). Se tratará de sintetizar estas nuevas adquisiciones, aunque sin dejar de lado los fundamentos de la fisiología y así tomar sus datos más sólidos. Cabe señalar que la traducción en medios terapéuti- cos de estos nuevos conocimientos, a menudo adquiridos con modelos animales, sigue siendo decepcionante. En la primera parte se analizarán los medios de exploración del sistema del dolor en el ser humano y en el animal. En la segunda se presentarán los mecanismos periféricos del sistema nociceptivo y sus profundas transformaciones con la inflamación. En la tercera parte se considerarán los mecanismos espinales en condición fisiológica e inflamatoria. Las recientes contribuciones de la neuroimagen exigen el des- arrollo de un parágrafo adicional para describir los mecanismos cerebrales implicados en el dolor. Se evaluará la especificidad de una red de estructuras cerebrales implicada en la percepción del dolor. Un quinto y último parágrafo está dedicado a los mecanismos de control de la actividad espinal nociceptiva, con especial atención al paradigma de modulación que condiciona el dolor. Este artículo se completa con anexos centrados en temas específicos como la analgesia por estimulación somatosensorial, las técnicas de neuroimagen funcional, el concepto de «matriz del dolor» y la clasificación mecanicista de los síndromes dolorosos. © 2018 Elsevier Masson SAS. Todos los derechos reservados. Palabras clave: Fisiología del dolor; Mecanismos periféricos; Mecanismos centrales; Sistemas de control del dolor Plan ■ Introducción 1 ■ Aspectos psicofisiológicos 2 Estímulo nociceptivo 2 Sensaciones nociceptivas y percepción de dolor 3 Sensaciones y reacciones 3 ■ Mecanismos periféricos de la nocicepción 3 Nociceptores 4 Principales receptores que tapizan la membrana de los nociceptores 5 Canales de sodio dependientes de voltaje 6 Influencia de la inflamación 6 Conclusión sobre la primera neurona 6 ■ Mecanismos espinales de la nocicepción 6 Proyecciones espinales de las fibras periféricas 6 Particularidades del sistema trigeminal 7 Liberación de los neuromediadores en la médula 7 Tríada: neuronas, células inmunitarias y glía 9 Neuronas espinales implicadas en la transmisión de la información nociceptiva 9 Suma espacial y temporal de las informaciones 10 Convergencia de las informaciones nociceptivas 10 Actividades reflejas o transferencia espinal 10 Transferencia hacia el encéfalo 11 ■ Mecanismos cerebrales involucrados en la nocicepción 12 Relevo en el tronco cerebral 12 Relevos diencefálicos 13 Relevos corticales 14 ■ Mecanismos de control de la actividad de las neuronas espinales implicadas en la nocicepción 15 Controles segmentarios 17 Controles de origen supraespinal 17 Control del dolor y control de la termorregulación 17 Controles inhibidores difusos nociceptivos (CIDN) 18 ■ Conclusión 20 � Introducción El dolor solía definirse por comparación con el placer, dado que estos dos estados corresponden a emociones opuestas. Este enfoque del dolor ha evolucionado en el siglo XIX a partir de la idea de que se trataba de una sensa- ción que podía estudiarse como tal con los métodos de la fisiología sensorial [1]. Fue Sherrington [2] quien, a comien- zos del siglo siguiente, introdujo el término y desarrolló EMC - Kinesiterapia - Medicina física 1 Volume 39 > n◦1 > febrero 2018 http://dx.doi.org/10.1016/S1293-2965(18)88603-0 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor el concepto de «nocicepción» (del latín nocere: dañar). Los estímulos «nociceptivos» tienen en común la propiedad de amenazar la integridad del cuerpo y activar un dis- creto conjunto de órganos sensoriales, los «nociceptores». Desencadenan una seria variada, pero limitada, de res- puestas reflejas y conductuales que pueden, aunque no de manera obligatoria, asociarse a la percepción de un dolor. En este caso se trata del dolor físico y, con el propó- sito de evitar cualquier confusión con otras nociones, se evita el término «sufrimiento», no tan bien definido y de significado más amplio. Los sistemas sensoriales informan al cerebro sobre el estado del medio ambiente y del medio interno del orga- nismo. La nocicepción y su expresión más elaborada en el plano cognitivo, el dolor, constituyen una señal de alarma que protege al organismo: desencadenan reacciones cuya finalidad es disminuir la causa que las produjo y así limitar las consecuencias. Sin embargo, el dolor ocupa un lugar muy particular entre las sensaciones, y para entenderlo, o más bien comprender los distintos aspectos de su diver- sidad, hay que tener en cuenta una serie de factores. Al respecto, en la elaboración de una percepción identifi- cada como dolor, el cerebro entrelaza sensación, emoción y cognición [3]. Para enfatizar esta complejidad, la Inter- national Association for the Study of Pain (IASP) define el dolor como «una sensación desagradable y una expe- riencia emocional en respuesta a una lesión tisular real o potencial, o descrita en estos términos» [4]. De hecho, el estudio del dolor se vuelve difícil por una serie de fac- tores cuya complejidad es superior a la de los fenómenos propiamente biológicos: dependen del estado afectivo, así como de la motivación de la persona y de factores cog- nitivos como la experiencia vivida, las expectativas y el contexto. Sin duda, es útil afirmar desde el principio que el «dolor» no es el resultado del funcionamiento de un sis- tema circunscrito y bien individualizado. El «sistema del dolor» se inserta en un conjunto de subsistemas (sensorial, motor, vegetativo, emocional, motivacional, etc.) que el enfoque científico, reduccionista por naturaleza metodo- lógica, no puede estudiar de forma global. Captarlo en su totalidad probablemente sea durante mucho tiempo un objetivo inalcanzable. � Aspectos psicofisiológicos En el ser humano se describen cinco sentidos (vista, oído, tacto, gusto y olfato), pero también pueden definirse otras modalidades sensoriales. Así, la sensibilidad corpo- ral o somestesia se divide en grandes funciones, cada una de ellas constituidas, a su vez, por varias sensibilidades elementales: • la función exteroceptiva (cutánea, musculoesquelética, visceral), que comprende las sensibilidades al tacto, la presión y las vibraciones (mecanocepción), la sensibi- lidad térmica (termorrecepción) y la sensibilidad a los estímulos nocivos (nocicepción); • la función propioceptiva, que informa al sistema ner- vioso central acerca de la posición y el movimiento de los segmentos corporales y del cuerpo en el espacio; • la función interoceptiva, que informa al sistema ner- vioso central sobre el estado del medio interno, por ejemplo de la presión arterial o de la concentración de CO2 en la sangre. La interfase entre la energía física del estímulo y un sistema sensorial está formada por estructuras celula- res especializadas llamadas receptores sensoriales. Estos receptores se asocian a la primera neurona en el orden jerárquico de un sistema sensorial. Normalmente, cada receptor sólo puede conducir una forma de energía (mecá- nica, térmica,química, electromagnética, etc.) y en una amplitud limitada de ésta (por ejemplo, los recepto- res visuales sólo son sensibles a las longitudes de onda comprendidas entre 375-750 nm del espectro electromag- nético, de manera que no pueden percibirse con los ojos los rayos ultravioletas ni los infrarrojos). Este proceso de conversión se denomina transducción sensorial y se efec- túa en el lugar de transducción del receptor, mediante la producción de un potencial generador denominado «potencial de receptor» que, si es suficiente, se convertirá en una serie de impulsos eléctricos (potenciales de acción) gracias a un proceso denominado codificación neuronal, situado en el lugar generador del receptor. De esta forma, el mensaje sensorial se codifica en una modulación de frecuencia de los potenciales de acción. La naturaleza de los potenciales de acción es idéntica en todo el sistema nervioso y en particular para todas las modalidades sen- soriales. Por tanto, el tipo de información sensorial que codifican depende del tipo de receptor y de las vías ner- viosas y los lugares de proyección a los que se asocian. El código neuronal puede considerarse desde el punto de vista de la actividad de una sola neurona, expresándolo como la frecuencia de los impulsos engendrados por el receptor. La codificación suele depender de la intensidad del estímulo específico. Sin embargo, debe considerarse con la perspectiva de un conjunto de neuronas, dado que un estímulo activa usualmente a varios receptores senso- riales. La distribución espacial y temporal de los receptores activados constituye en sí misma una información que el sistema sensorial puede utilizar. De esta forma, un estí- mulo más intenso incrementa la frecuencia de descargas de los receptores y el número de receptores activados (reclutamiento espacial). Por tanto, la intensidad del estí- mulo no depende sólo de la actividad neuronal elemental, sino también del tamaño de la población de recepto- res estimulados. El mensaje que elaboran los receptores sensoriales viaja hacia el sistema nervioso central donde, gracias a su paso por una serie de neuronas interconec- tadas de forma jerarquizada y a menudo recurrente, sufre grandes transformaciones antes de convertirse en una res- puesta del tipo, por ejemplo, de una percepción sensorial. El concepto de integración define este doble proceso de transmisión y modulación de los mensajes. Ésta es una forma biológica de tratar la información. La relación entre la respuesta sensorial (R) y la inten- sidad del estímulo (E) suele ser monotónica creciente y descrita por la función psicométrica o función E-R. Se caracteriza por un umbral absoluto, una pendiente a menudo sigmoide y un máximo. La diferencia entre el umbral absoluto y la respuesta máxima define el rango dinámico del sistema sensorial. En una misma modalidad sensorial, este rango puede variar de un receptor a otro de manera significativa. Sin embargo, más que alterar la dis- criminación de un sistema sensorial, esta variabilidad en la población de receptores extenderá el rango dinámico de la codificación sensorial de este sistema. Estímulo nociceptivo El sistema nociceptivo puede ser activado por una gran variedad de energías (mecánica, electromagnética, eléc- trica, térmica, química, etc.) cuyo carácter común parece ser a priori la fuerte intensidad que constituye una ame- naza para la integridad del cuerpo y puede provocar una lesión tisular. Si estos estímulos nociceptivos desenca- denan además una percepción de dolor, se denominan algógenos. Si son nocivos, provocan una lesión que se acompaña de una reacción inflamatoria caracterizada por los signos cardinales clásicos: dolor, rubor, calor, tumefac- ción (edema). El dolor puede surgir entonces en ausencia de estímulo físico («dolores espontáneos»), un estímulo normalmente indoloro puede provocar sensaciones dolo- rosas («alodinia») y el dolor provocado puede amplificarse («hiperalgesia»). Desde el punto de vista semántico pue- den discutirse algunos términos relativos al dolor. Así como la aplicación de mentol excita los receptores de frío sin ser un estímulo térmico, la capsaicina produce sensación de ardor en ausencia de lesión tisular. Se trata 2 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 de un estímulo nociceptivo en sentido estricto (activa los nociceptores), algógeno (desencadena el dolor), pero no nocivo. No es sólo un debate semántico: una esti- mulación térmica o mecánica será nociva o no según la duración de su aplicación. Por lo tanto, aunque los térmi- nos «nociceptivo», «algógeno» y «nocivo» se deben usar de forma apropiada, el enfoque reduccionista no siem- pre permite hacerlo con discernimiento. Es útil recordar también los fenómenos que enriquecen la complejidad sintomatológica y semiológica del dolor como el «dolor referido», el dolor espontáneo y el dolor del miembro fantasma. Además, es difícil transferir el concepto de estímulo nociceptivo al campo visceral. En efecto, una lesión tisular incluso amplia puede ser totalmente indolora (infarto de miocardio «silencioso», perforación de órganos huecos, procesos neoplásicos, etc.), mientras que la simple dis- tensión de un órgano hueco desencadena un dolor atroz (cólico nefrítico por litiasis ureteral). Los cirujanos que operan con anestesia local de la pared abdominal saben que una lesión de las vísceras (quemadura o incisión) será indolora si es provocada en órganos sanos. En cambio, desencadena un dolor típicamente visceral si el órgano está inflamado. En resumen, un estímulo nociceptivo no puede defi- nirse únicamente sobre la base de una forma específica de energía, ni siquiera por una característica común de distintas formas de energía como, por ejemplo, la intensi- dad. Por esto y por definición, el carácter nociceptivo de un estímulo se define sólo por sus consecuencias (lesión tisular verdadera o potencial), mientras que su carácter algógeno (doloroso) se define sólo por la percepción que desencadena. Estas particularidades colocan al observador en una situación difícil. Sensaciones nociceptivas y percepción de dolor El dolor es más que una experiencia sensorial discrimi- nativa que permite conocer la intensidad, la localización, la duración, etc., de un estímulo nociceptivo. Además, se caracteriza por un estado emocional adverso (afecto de valencia negativa) que da lugar a una acción (motivación). Esta emoción es una parte fundamental e indisociable de la experiencia del dolor, y no una reacción a su com- ponente sensorial (Fig. 1). El dolor es intrínsecamente «desagradable» y posee una enorme capacidad para cap- tar la atención, interferir en cualquier actividad que se esté realizando y movilizar los recursos y las estrategias de defensa. Además, algunos lo consideran como la señal de un «estado de necesidad» corporal (como la sed, el hambre), que prepara para la acción dirigida a evitar la causa, organizar la reparación y la recuperación de una posible lesión. Así, el dolor se distingue claramente de otros sistemas sensoriales porque en la elaboración de una percepción que se identifica como un dolor están íntimamente relacionadas la sensación, la emoción y lacognición. Sensaciones y reacciones La falta de comunicación verbal es un obstáculo insalvable para evaluar el dolor en el animal: frente al polimorfismo del dolor descrito por el ser humano como sensación, el del animal se estima sólo por sus reacciones. Ésta es la misma dificultad que afronta el médico (pediatra, neurólogo, psiquiatra, etc.) ante un paciente incapaz de comunicarse verbalmente. Sólo es posible la observación de las reacciones, suponiendo que éstas expresan la percepción de sensaciones desagradables tras un estímulo que un paciente capaz de comunicarse describiría como doloroso. Ahora bien, la existencia de una reacción no implica forzosamente la presencia Despertar Factores sensoriales Percepción de dolor Factores cognitivos Factores emocionales- motivacionales Sistema nociceptivo Estímulo nociceptivo Psicología Mundo físico Psicofisiología Mundo social y cultural Reacciones vegetativas Reacciones somatomotoras Neurofisiología Figura 1. En la percepción dolorosa participan tres factores. El sistema sensorial nociceptivo informa a la persona sobre la intensidad, la extensión, la localización, la duración y la cali- dad (presión, calor, frío, etc.) del estímulo. Estas informaciones constituyen el factor sensoriodiscriminativo que despierta al indi- viduo y desvía sus recursos atencionales hacia el estímulo, que entonces prevalece sobre cualquier actividad que esté realizando. El dolor motiva las reacciones de defensa o fuga inmediatas que se traducen por reflejos somatomotores y reacciones neu- rovegetativas. Se acompaña de una sensación desagradable que refuerza la motivación a la acción, igualmente importante para la supervivencia del individuo. Este componente, indisociable e interdependiente de la experiencia subjetiva, constituye el fac- tor afectivo-motivacional. Los factores sensoriales y afectivos son interpretados en el seno del contexto presente, de la experiencia pasada e incluso de las proyecciones en el futuro (deseo, expec- tativa, etc.), a través de códigos y de significados que impregnan el medio sociocultural. El conjunto de estos «procesamientos centrales» de la información sensorial y afectiva constituye lo que usualmente se conoce como factor cognitivo de la percepción del dolor. Estos tres factores, sensoriodiscriminativo, afectivo- motivacional y cognitivo, se influyen mutuamente para elaborar una propiedad emergente del sistema nervioso central: la expe- riencia subjetiva de una percepción de dolor. concomitante de una percepción [5], situación por demás bien conocida en anestesia. En sentido estricto, sólo hay dolor cuando cierta infor- mación (exógena y/o endógena al cerebro) se vuelve consciente, es decir, cuando alcanza la corteza (cf infra). También se plantea la cuestión del dolor animal que, de hecho, sólo se puede abordar con referencias antropo- mórficas. Sin embargo, no se pueden negar las diferencias entre el ser humano y el animal, vinculadas a las parti- cularidades de las estructuras cerebrales, en particular el grado de desarrollo cortical [6]. � Mecanismos periféricos de la nocicepción Las fibras periféricas se clasifican en tres categorías. Las fibras A� poseen una gruesa vaina de mielina (diá- metro: 6-20 �m), conducen rápidamente el impulso nervioso (30-120 m/s), codifican y transmiten las infor- maciones táctiles y propioceptivas. Los otros dos grupos codifican y transmiten las informaciones nociceptivas y térmicas. Se trata de las fibras A�, poco mielinizadas (diá- metro: 1-5 �m), que conducen el impulso nervioso a EMC - Kinesiterapia - Medicina física 3 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor I V VI IV IIo III IIi Mastocito Histamina Nociceptores C no peptidérgicos (IB4+) Nociceptores C peptidérgicos (sP+, CGRP+) Fibroblastes, kératinocytes, cellules de Schwann Nociceptores Aδ peptidérgicos (CGRP+) ATP Glía C-Ret P2X3 Na+ Na+, Ca2+ Nav1,9 Fibroblastos, queratinocitos, células de Schwann GDNFNGF TrkA Trpv1 Nav1,8 Nav1,9 Na+, Ca2+ Na+ sP CGRP Vasodilatación, aumento de la permeabilidad vascular Nav1,8 Nav1,9Na + CGRP NT-3 TrkC Trpv2 Na+, Ca2+ Figura 2. Nociceptores «peptidérgicos» y «no peptidérgicos». Los nociceptores no mielinizados pueden dividirse en dos grupos. El primero expresa péptidos, en particular la sustancia P (sP), y es sensible al factor de crecimiento nervioso (NGF) (origen: fibroblastos, queratinocitos, células de Schwann). Es responsable de la inflamación neurógena desencadenada por los péptidos vasoactivos, ya sea de forma directa, o bien de forma indirecta mediante la desgranulación de los mastocitos que a su vez liberan histamina (parte izquierda de la figura). Estas fibras se proyectan en las capas más superficiales I y IIo (outer) del asta posterior de la médula (parte derecha de la figura). El segundo grupo, denominado «no peptidérgico» porque no expresa la sP ni el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), es sensible a uno de los cuatro factores neurotróficos derivados de las células gliales (GDNF, origen: células de Schwann) a través de su receptor específico común, la tirosina cinasa RET. Además, estas fibras expresan una subclase de receptores purinérgicos (P2X3) cuyo ligando natural es el adenosintrifosfato (ATP). Se caracterizan por una fuerte densidad de canales de sodio insensibles a la tetrodotoxina Nav1.8. En cambio, no tienen Trpv1. Se proyectan de manera exclusiva en la capa IIi (inner) del asta posterior de la médula (parte derecha de la figura). El tercero es un grupo mielinizado, aunque débilmente, y contiene CGRP. Su membrana expresa receptores de las neurotrofinas de la familia del NGF (TrkA, TrkB, TrkC) y de un receptor de las temperaturas elevadas (Trpv2). Estas fibras se proyectan hacia la capa I y las capas más profundas del asta dorsal de la médula (parte derecha de la figura). una velocidad media (4-30 m/s), y de las fibras C, no mielinizadas (0,3-1,5 �m de diámetro), que conducen len- tamente el impulso nervioso (0,4-2 m/s). Los mensajes nociceptivos son generados en las terminaciones libres que forman arborizaciones plexiformes en los tejidos cutá- neos, musculares y articulares. Después, los mensajes son transmitidos por las fibras reunidas en los nervios y viajan hacia la médula espinal, donde se efectúa el primer relevo. Nociceptores Un conjunto de receptores asociados a fibras de diámetro pequeño es activado de manera exclusiva o pre- ferente por estímulos de gran intensidad. La estimulación selectiva de estas fibras por microestimulación eléctrica intraneural desencadena una percepción de dolor. La latencia de la sensación de pinchazo breve y bien loca- lizada, asociada a una ráfaga aferente en las fibras A�, es corta (200-300 ms). En cuanto al dolor desencadenado por una ráfaga aferente en las fibras C, es más tardío (del orden de 1 segundo) y se presenta como un ardor prolongado y difuso. La existencia de estas dos categorías de fibras, A� y C, permite explicar el fenómeno de doble dolor desen- cadenado por la aplicación de un estímulo nociceptivo breve pero intenso. Entre las fibras C, que constituyen el 60-90% de todas las fibras aferentes cutáneas y de casi todas las fibras afe- rentes viscerales, el grupo principal es indudablemente el de los nociceptores polimodales [7–10]. Éstos responden a estímulos nociceptivos de diversa naturaleza (térmica, mecánica y química), pero muchos de ellos, ya sean somá- ticos o viscerales, también son activados por intensidades de estimulación no dolorosas, con independencia de que el estímulo sea térmico o mecánico. La especificidadde estos «nociceptores» es, por tanto, muy relativa. Además, cabe señalar que sus campos periféricos (superficie: 0,01- 1 cm2) se superponen entre sí muy ampliamente. Quizás haya que considerar a las fibras C en su conjunto como un órgano sensorial que «ausculta» sin descanso todo el cuerpo. Por lo demás, la densidad promedio de termina- ciones libres en la piel nunca es inferior a 600/cm2. Los músculos y las articulaciones también poseen recep- tores polimodales A� y C [11]. Es probable que el dolor provocado por los calambres musculares sea desencade- nado por la isquemia que activa las fibras de diámetro pequeño tras la liberación de sustancias algógenas. En cuanto a las fibras aferentes viscerales, están cons- tituidas totalmente por fibras C [12, 13]. En ausencia de fenómenos inflamatorios que alteran la sensibilidad de los receptores, las vísceras son insensibles a los estímulos mecánicos o térmicos, pero el dolor puede ser desencade- nado por tracción o distensión (cólico biliar o nefrítico, etc.). Al igual que los calambres musculares, es probable que el dolor de la angina de pecho esté desencadenado por la isquemia [14]. Las terminaciones libres se encuentran en casi todos los territorios orofaciales, en particular en la pulpa dental [15]. Las fibras aferentes A� y C de la pulpa dental están en gran parte conectadas a nociceptores polimodales. Desde un punto de vista clínico, el dolor pulpar es similar al dolor visceral por ser de carácter sordo y difícil de localizar. Las fibras C amielínicas pueden clasificarse en dos sub- poblaciones según su perfil neuroquímico [16, 17] (Fig. 2). Las primeras, denominadas «peptidérgicas», sintetizan 4 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 Ca2+ Queratinocitos Trpv1 TrkA NGF Na+Na+ Sustancia P Neurocinina A CGRP Opioides (μ)PGE2 (EP2) PGI2 (IP) 5-HT (5HT4) Adenosina (P1Y2) Vainilloides (capsaicina) PGE2 (EP1) PGI2 (IP) 5-HT (5HT2) Bradicinina (B2) Histamina (H1) Calor Na+ Na+ Calcineurina (fosfatasa 2B) Despolarización local H+ GTP GDP GDP GTPAMPc ATP AC + - ADP ATP +PKA GDP GTP + +PIP2 ADP ATP PKC DAG IP3 TTXr NaV1.9 5 6 1 3 2 7 4 TTXr NaV1.8 TTXs PLC Ca2+-calmodulina SNC PO4 PO4 PO4 PO4 Figura 3. Receptor de la capsaicina (potencial receptor transitorio de la subfamilia vainilloide 1 [Trpv1]). El Trpv1 es una proteína canal que se abre por acción del calor. El umbral de esta abertura está determinado por el calor y el entorno bioquímico. El receptor es sensibilizado directamente por el pH extracelular y los vainilloides, e indirectamente por diversas sustancias inflamatorias. Al ser «sensibilizado», el receptor puede responder al calor del ambiente. Esta propiedad permite explicar los efectos favorables del frío para aliviar algunos dolores (como el alivio que proporciona un cubito de hielo después de probar una comida muy picante). La entrada de calcio provoca una cadena de reacciones que no tiene nada de específica respecto a los nociceptores: 1. amplificación del fenómeno por fosforilación del receptor a través de proteína cinasas A (PKA); 2. inactivación debida a su desfosforilación desencadenada por la calcineurina, a su vez dependiente del complejo Ca++-calmodulina; 3. exocitosis, en particular de péptidos. Una propiedad es más típica de los nociceptores: el calcio citosólico es esencialmente de origen extracelular, ya que no existe retículo endoplasmático en las terminaciones libres. Cuando alcanza un nivel suficiente, la despolarización local desencadena la abertura de los canales de sodio, sensibles o no a la tetrodotoxina (4). Estos mecanismos básicos pueden ser profundamente modulados por segundos mensajeros intracelulares capaces de fosforilar Trpv1, ante todo proteínas cinasas A y C. Las PKA dependen de receptores metabótropos (parte inferior de la figura) relacionados con proteínas G estimuladoras «Gs» (5) o inhibidoras «Gi» (6) de la adenilciclasa (AC). Las proteínas cinasas C (PKC) son activadas por una fosfolipasa C (PLC) (7), a su vez dependiente de receptores metabótropos y de tirosinas cinasas, como TrkA, receptor de alta afinidad del factor de crecimiento nervioso (NGF) (parte superior izquierda de la figura). ADP: adenosindifosfato; ATP: adenosintrifosfato; GDP: guanosindifosfato, GTP: guanosintrifosfato; PG: prostaglandina; TTXs: tetrodotoxina sensible; TTXr: tetrodotoxina resistente; EP1, IP: receptores específicos de las PG; SNC: sistema nervioso central. sobre todo la sustancia P y el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), son sensibles al factor de crecimiento nervioso (NGF) y expresan los recepto- res específicos de éste. Estas fibras son responsables de la inflamación neurógena. Las segundas, denominadas «no peptidérgicas», ya que no expresan la sustancia P ni el CGRP, también se definen por la presencia del protoon- cogén RET (receptor de tirosina cinasa), receptor de otra familia de factores de crecimiento, la del factor neurotró- fico derivado de células gliales (GDNF), y de una subclase de receptores purinérgicos (P2X3). Estas dos subpoblacio- nes de fibras nociceptivas cutáneas se proyectan de forma distinta en el asta posterior de la médula: las fibras pepti- dérgicas en las capas más superficiales I y IIo, y las fibras no peptidérgicas, en la capa IIi. Las fibras nociceptivas A� contienen a menudo CGRP, pero su papel en la inflamación no se ha determinado. Sus proyecciones espinales no se limitan a las capas superfi- ciales. La tercera categoría de fibras aferentes, las fibras A�, son sensibles a estímulos mecánicos de baja intensidad como los producidos por la fricción de la piel. Principales receptores que tapizan la membrana de los nociceptores Los desarrollos de la biología molecular han permitido identificar algunos receptores especializados en la mem- brana de las fibras aferentes primarias [18, 19]. Algunos son transductores, es decir, capaces de transformar un estí- mulo físico en una corriente despolarizante. El mosaico de estos receptores de membrana especializados es responsa- ble del carácter polimodal de la mayoría de los nocicepto- res y de su «plasticidad». Se describen brevemente los tres siguientes. El receptor ionótropo vainilloide no selectivo (potencial receptor transitorio V1 [TRPV1]) (Fig. 3) responde cuando su temperatura alcanza o supera los 48 ◦C. Es activado por una familia de sustancias irritantes naturales extraídas del pimiento picante, entre las que destaca la capsaicina (responsables del sabor «picante» de las especias) [20–22]. Su aplicación en la piel desciende el umbral de activación del receptor y el calor del ambiente basta para activarlo. Esto provoca una sensación de quemadura. Activa básicamente EMC - Kinesiterapia - Medicina física 5 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor las fibras C polimodales, sean éstas cutáneas, musculares, articulares o viscerales. Los receptores de la acidez, denominados canales ióni- cos sensibles al ácido, pertenecen a la superfamilia de los canales de sodio bloqueados por la amilorida [23]. Se acti- van tan pronto como el pH alcanza 6,9 para que el más leve fenómeno inflamatorio o lesional se acompañe de una activación de estos receptores. Los receptores purinérgicos, ionótropos (P2X) o meta- bótropos (P2Y) ligan el adenosintrifosfato (ATP) [24]. El más interesante es, sin duda, el receptor P2X3, que sólo es expresado por las neuronas «no peptidérgicas» (Fig. 2). El ATP es rápidamentehidrolizado en adenosina, a su vez capaz de actuar de forma sinérgica fijándose al receptor P1 («receptor purinérgico 1»). Canales de sodio dependientes de voltaje [25, 26] Sea cual sea la neurona, la abertura de sus canales de sodio dependientes de voltaje desencadena potenciales de acción cuando su membrana está suficientemente des- polarizada. En general, son canales de bajo umbral con cinética de inactivación rápida y sensibles al bloqueo con tetrodotoxina (canal sensible a TTX o TTXs). Están presentes en la membrana de las terminaciones de las fibras aferentes primarias, estén o no mielinizadas. Las fibras nociceptivas amielínicas presentan, además, la sin- gularidad de expresar canales de sodio insensibles a la tetrodotoxina (canal resistente a TTX o TTXr). Su umbral es elevado y su cinética de inactivación es lenta. En el ser humano, las mutaciones de los genes SCN9A y SCN11A son responsables de insensibilidad al dolor, probable- mente por bloqueo funcional de estos canales [27, 28]. Influencia de la inflamación [29–36] Además de su capacidad para reaccionar a variaciones mecánicas y térmicas, otro carácter común a la mayoría de los nociceptores es ser quimiorreceptores. Esta función es determinante para causar dolor inflamatorio. Asimismo, las terminaciones nerviosas de las fibras sen- soriales están protegidas por una barrera, el perineuro, que aísla el tejido endoneural impidiendo el paso de las grandes moléculas y de las moléculas hidrófilas como los péptidos. Durante la inflamación, la ruptura de esta barrera facilita la difusión de las moléculas. De este modo, la inflamación vuelve hipersensibles a los nociceptores hasta el punto de activarlos mediante estímulos de baja intensidad, como el roce de la sábana sobre la piel des- pués de insolación. Por lo demás, algunos nociceptores denominados «silenciosos» no suelen responder a ningún estímulo, pero son «despertados» durante los procesos inflamatorios [37]. La sensibilización de los nociceptores constituye un sistema de alarma secundario, encargado de informar a los centros superiores acerca del estado de deterioro de un territorio corporal. Su constante de tiempo es superior a la del sistema de alarma primario. La inflamación es el resultado de la liberación de diver- sas sustancias, de las cuales muchas son neuroactivas (Fig. 4). Estas sustancias pueden clasificarse en tres grupos en función de su origen: las células dañadas, las células de la serie inflamatoria y los propios nociceptores. La lesión tisular es responsable de la liberación de ATP y de ion H+, que son las únicas sustancias excitadoras en sentido estricto. Los iones hidrógeno activan el receptor ASIC-1 y sensibilizan el receptor TRPV-1. La unión de estos dos receptores, así como el del ATP (P2X3), con sus dos ligandos respectivos, se expresa por la abertura de canales catiónicos que despolariza la terminación libre de la fibra. Las células del sistema inmunitario (mastocitos, macrófagos) liberan una gran cantidad de sustancias neu- roactivas: bradicinina, histamina, serotonina, citocinas (factor de necrosis tumoral [TNF], interleucina 1 [IL-1], IL- 6, IL-8) y neurotrofinas (NGF). Además, la síntesis de las prostaglandinas se desencadena en las células expuestas a agentes proinflamatorios (citocinas, mitógenos, endo- toxinas). Estas sustancias se unen a receptores específicos para fosforilar proteínas cinasas que: • aumentan la eficacia de canales de sodio TTXr; • disminuyen el umbral de los receptores-transductores como TRPV-1. El tercer grupo de sustancias neuroactivas es liberado por los propios nociceptores. Son péptidos como la sus- tancia P, el CGRP y la neurocinina A. La amplificación del mensaje está asegurada no sólo por su liberación en el foco inflamatorio, sino también por un reclutamiento adicional de fibras adyacentes activadas o sensibilizadas, en particular por reflejo axonal. Esto se denomina infla- mación neurógena [38, 39] (Fig. 5). Algunas moléculas tienen la capacidad de provocar desde la periferia cambios de síntesis proteica en los núcleos de las neuronas sensoriales primarias de los gan- glios raquídeos. Es el caso del NGF, que, una vez liberado, se une a los receptores de alta afinidad TrkA. Luego, el complejo NGF-TrkA se internaliza y transporta hasta el núcleo de la neurona para actuar sobre la transcripción genética, activando una cadena de señales intracelulares. Estos cambios se traducen en un aumento de la síntesis de canales iónicos y de precursores de algunos péptidos, que después serán transportados de forma retrógrada hacia las terminaciones periféricas y/u ortógrada hacia las termina- ciones centrales. De este modo, al final podrá observarse un aumento: • del número de canales iónicos (TRPV1, Na-TTXr) y de la concentración de péptidos (sustancia P, neurocinina A, CGRP) en la periferia; • de la concentración de factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) a nivel central. Al modificar el fenotipo, estos mecanismos hacen que tanto la inflamación como la hiperalgesia primaria y secundaria persistan a largo plazo. Conclusión sobre la primera neurona Se destaca la multiplicidad de los mecanismos modula- dores elementales que se ejercen sobre esta neurona. En caso de traumatismo tisular, los nociceptores son activa- dos y sensibilizados no sólo por las sustancias liberadas en el foco inflamatorio, sino también por un recluta- miento adicional de fibras adyacentes, en particular por reflejo axonal. Estas interacciones neuroquímicas sutiles proporcionan el sustrato de la hiperalgesia. Los «círculos viciosos» no están confinados a la periferia. Ejemplos de ello son los retrocontroles positivos que ejercen los receptores N-metil-D-aspartato (NMDA), las prostaglandi- nas y el óxido nítrico sobre las terminaciones centrales presinápticas (cf infra). Estas consideraciones invitan a relativizar el origen «periférico» o «central» de los fenó- menos de sensibilización. En efecto, el «nociceptor» es un sistema bidireccional de señalización. La mayoría de las proteínas sintetizadas por el soma se distribuye hacia las terminaciones centrales y periféricas. No es una neurona «clásica» en la que puede distinguirse sin ambigüedad la función de recepción (las dendritas) de la función de transmisión (el axón). � Mecanismos espinales de la nocicepción Proyecciones espinales de las fibras periféricas La gran mayoría de las fibras aferentes primarias alcanza el sistema nervioso central por las raíces raquídeas poste- riores o sus equivalentes de los nervios craneales. 6 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 sP NK A CGRP 324 PKA Na+ TTXs TTXr (NaV1.8) TTXr (NaV 1.9) Terminación libre de una fibra C Ca2+ Na+ Trpv1 Lesión e inflamación Bradicinina Histamina 5-HT Na+ Ca2+ Na+ B2 H1 BLT 5-HT2A 5-HT4 5-HT3 EP2 IP IL1 TrkA H+ ATP Flujos axonales Soma de las neuronas ganglionares ASIC1 ASIC3 P2X3 SNC Na+ Na+ 1 Fosfolípidos de membrana Ácido araquidónico Leucotrienos LTB4 Desgranulación de los mastocitos NGF PGE2 PGI2 TNF-α IL-1β IL-6 IL-8 K+ Tromboxano(TXA2) Endoperóxidos Fosfolipasa A2 Glucocorticoides 5 lipooxigenasa Agregación plaquetaria Ciclooxigenasa 2 (COX-2) AINE - - - Mecanorreceptor - PAF Estímulo nociceptivo Figura4. Esquema simplificado de las relaciones entre los nociceptores y la inflamación. Entre los factores capaces de activar (flechas llenas de color rojo oscuro) y/o de sensibilizar (flechas punteadas de color rojo oscuro) los nociceptores, se distinguen tres grandes grupos. Los primeros (1) están directamente relacionados con la lesión tisular y activan a los nociceptores. Se trata de los iones hidrógeno (H+) y del adenosintrifosfato (ATP) procedentes de las lesiones tisulares. Los iones hidrógeno actúan sobre el receptor ASIC1 (canales iónicos sensibles al ácido) y sensibilizan al receptor Trpv1 (potencial receptor transitorio de la subfamilia vainilloide 1). La unión de estos dos receptores, así como la del ATP (P2X3) con sus ligandos respectivos se expresa por la abertura de canales catiónicos que despolariza la terminación libre de la fibra. Los segundos (2, 3) están relacionados con los procesos inflamatorios: se trata de la bradicinina que, además de sus capacidades para aumentar la permeabilidad capilar, es uno de los más potentes agentes algógenos conocidos, así como de las prostaglandinas (PG), los leucotrienos, las citocinas proinflamatorias y el factor de crecimiento nervioso (NGF) que, aparte de sus acciones propias, sensibilizan los receptores a la acción de otras sustancias. Son responsables de la hiperalgesia primaria. Puede añadirse la histamina, que es pruriginosa y a concentración más elevada dolorosa, procedente de los gránulos de los mastocitos, y la serotonina (5-HT), procedente de la desgranulación de los mastocitos y de la agregación de los trombocitos. Algunas de estas sustancias (2) se unen a receptores específicos para fosforilar proteínas cinasas (PKA, PKC) que van a aumentar la eficacia de los canales de sodio insensibles a la tetrodotoxina (TTXr) y a disminuir el umbral de los receptores-transductores como Trpv1. Otros (3), como el NGF que se une al receptor de alta afinidad TrkA para constituir el complejo NGF/TrkA, son internalizados y transportados hacia el soma de la neurona ganglionar raquídea para modificar allí la síntesis proteica, en particular aumentar la de los canales de sodio TTXr. Éstos son transportados por el flujo axonal retrógrado para potenciar las terminaciones libres. Los últimos (4) están representados por la sustancia P (sP) y el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP). Se trata de sustancias liberadas por los propios nociceptores, capaces de activar o de sensibilizar a estos últimos de forma directa o indirecta. A estas reacciones locales se agregan influencias noradrenérgicas (y del neuropéptido Y, colocalizado) procedentes de las fibras posganglionares simpáticas. Podrían estar favorecidas por algunas citocinas, en particular interleucina 8 (IL-8), y algunos aminoácidos excitadores. No se incluyen aquí por razones de claridad del esquema. Los glucocorticoides bloquean la fosfolipasa A2 y, por lo tanto, el metabolismo de los leucotrienos y de las PG, mientras que los antiinflamatorios no esteroideos (AINE) bloquean preferentemente la ciclooxigenasa 2 (COX-2). SNC: sistema nervioso central; NKA: neurocinina A; EP2, IP: receptores específicos de las PG. Las fibras A� envían sus axones en parte hacia la sustan- cia gris medular del asta posterior (capas III-V pero con el centro en IV) (Fig. 6), cuyas terminaciones se extienden por varios segmentos, y en parte por los cordones posterio- res hacia los núcleos correspondientes situados en la parte caudal del bulbo (núcleos grácil y cuneiforme) (Fig. 7A). Las neuronas de estos núcleos envían sus axones hacia el tálamo lateral por el lemnisco medial, previo cruzamiento en el bulbo. Las neuronas del tálamo lateral se proyectan luego hacia la corteza somestésica primaria (SI). Éste es un sistema muy rápido de comunicación: la información relativa a la localización en el cuerpo (somatotopía), la intensidad y la duración del estímulo alcanzan la corteza cerebral después de sólo dos relevos. Las fibras A� y C, a su vez, se dividen en una rama ascendente y otra descendente, que emiten colaterales hacia algunos segmentos adyacentes del asta posterior de la médula. Se verifica una convergencia anatómica de las aferencias nociceptivas cutáneas, musculares y viscerales en las capas I y V. También se observa la dispersión rostro- caudal de las aferencias. Particularidades del sistema trigeminal [15] La sensibilidad de la cara y de las cavidades bucal y nasal depende esencialmente de los tres ramos del nervio trigé- mino (V), que se agrupan en el ganglio de Gasser, que encierra los cuerpos celulares de las fibras aferentes. En el tronco cerebral, las fibras se separan en un contingente que viaja por la «raíz ascendente» para alcanzar el núcleo principal, y otro que lo hace por una «raíz descendente» para emitir colaterales hacia el núcleo espinal al que se adosa. El núcleo principal transmite los mensajes táctiles orofaciales, y el núcleo espinal, las informaciones térmicas y dolorosas. Liberación de los neuromediadores en la médula (Fig. 8) La transmisión de los mensajes nociceptivos peri- féricos hacia las neuronas espinales depende de dos EMC - Kinesiterapia - Medicina física 7 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor Histamina Estimulación eléctrica Fibra C AAumento de la permeabilidad vascular, vasodilatación Mastocitos sP CGRP Neurocinina A SNC Tejido sano alrededor de la lesión Tejido lesionado Mediadores de la inflamación Hist Hist Hist Hist Hist Reflejo axonal SNC SNC sP sP sP sP B Figura 5. Inflamación neurógena. A. Inflamación neurógena «artificial». La estimulación del extremo distal de una raíz posterior o de un nervio periférico provoca una activación antidrómica de las fibras y una de las consecuencias es la liberación de sustancia P (sP) por las terminaciones libres amielínicas. La sP es directamente responsable de vasodilatación, aumento de la permeabilidad vascular y desgranulación de los mastocitos. Esta última es la causa de la liberación de la histamina, que amplifica los procesos vasculares y sensibiliza a los nociceptores. El péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP) y la neurocinina A tienen propiedades análogas. Estos mecanismos son clínicamente observables en el caso de una irritación radicular que se expresa por liberación periférica limitada al dermatoma. SNC: sistema nervioso central. B. Esquema simplificado de una inflamación neurógena relacionada con una lesión tisular. En la parte baja de la figura se resumen los procesos que se desarrollan en el tejido lesionado y dan origen a la hiperalgesia primaria. Estos procesos son responsables de la activación directa o indirecta de los nociceptores que envían sus mensajes nociceptivos no sólo hacia el sistema nervioso central (SNC), sino también hacia la periferia a través de los reflejos axonales. El resultado de esta activación antidrómica es la liberación de sustancia P (sP) por las terminaciones libres amielínicas. Por medio de su receptor específico NK1, la sP es directamente responsable no sólo de vasodilatación y aumento de la permeabilidad vascular (y, por lo tanto, de fuga plasmática), sino también de desgranulación de los mastocitos. El resultado es la liberación de histamina (Hist) que amplifica los procesos vasculares y activa y sensibiliza a los nociceptores. Estos mecanismos conciernen no sólo a los territorios adyacentes lesionados, creando un verdadero círculo vicioso ya mencionado (Fig. 5A), sino también a los territorios no lesionados, con el resultado de una hiperalgesia a la que algunos autores denominan secundaria o en «mancha de aceite» (parte superior de la figura). Este esquema no tiene más ambición que ilustrar un principio, basándose sólo en un número limitado de actores. Enrealidad, la inflamación neurógena concierne a una gran cantidad de sustancias (p. ej., adenosintrifosfato [ATP], factor neurotrófico derivado del cerebro [BDNF], CGRP, glutamato, neuropéptido Y, somatostatina, etc.) [38, 39]. grupos principales de sustancias: los aminoácidos exci- tadores, que son los neurotransmisores propiamente dichos, y los neuropéptidos, que modulan los efectos de aquéllos. Su liberación por exocitosis de las vesícu- las sinápticas depende, ante todo, de la concentración del calcio presináptico, a su vez determinada por las corrientes cálcicas que recorren los canales específicos dependientes de voltaje de alto umbral. Estos mecanis- mos son regulados por receptores presinápticos. Entre los receptores «pronociceptivos», se citan los receptores P2X (y el ATP), los receptores 5-HT3 (y la serotonina) y los receptores EP (y las prostaglandinas). Entre los receptores «antinociceptivos», se mencionan GABAB (y GABA), �2 (noradrenalina), 5-HT1A y 5-HT1B (serotonina) y, por orden de importancia, los receptores opioides � >> � > �. Los receptores del glutamato y del aspartato se dividen en tres grandes familias (Fig. 9). Las dos primeras tienen un canal iónico que regula la entrada de los cationes en la célula. Se distinguen, según sus ligandos, los recepto- res amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxalona (AMPA)/kainato y los receptores NMDA. La tercera está compuesta por receptores metabótropos. El receptor NMDA ha atraído particularmente la aten- ción, pues se le atribuye un papel principal en la hiperalgesia de origen central y en la evolución del dolor hacia la cronicidad. Los receptores metabótropos se acoplan a una cadena de segundos mensajeros que conducen al aumento de calcio citosólico y a la ampli- ficación de los efectos de los receptores ionótropos del glutamato. La sustancia P modula la transmisión sináptica, a través de una proteína cinasa C, por fosforilación de los receptores NMDA. Sin embargo, como el complejo ligando-receptor sustancia P/NK1 se internaliza muy rápi- damente, la fugacidad de sus efectos no sorprende. 8 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 I V X Cordones posteriores A Fibras Aβ Fibras Aδ Fibras C IX VIII VII VI IV II III 1 2 Fibras Aβ Fibras C B C Fibras Aβ Fibras C Figura 6. Esquema de las proyecciones centrales de las fibras aferen- tes de origen cutáneo. A. Distribución sagital. Las fibras periféricas cutáneas entran en el sis- tema nervioso central por las raíces posteriores para distribuirse en la médula y el encéfalo. Su cuerpo celular (células «en T») se encuentra en el ganglio raquídeo correspondiente (o el ganglio de Gasser para el sistema trigeminal). La sustancia gris medular se subdivide en 10 capas: las cinco primeras corresponden al asta posterior, las capas VI-VII a la zona intermedia, las capas VIII-IX al asta anterior y la capa X a la zona periependimaria. Las capas I y II a veces se denominan zona marginal y sustancia gelatinosa. Las fibras mielinizadas de diámetro grande A� se dividen en dos contingentes: el primero en los cordones posteriores para activar el sistema lemniscal responsable de las sensibilidades tác- tiles y propioceptivas (cf Fig. 20A); el segundo se bifurca para entrar sobre varios segmentos rostrales y caudales en la sustancia gris medu- lar y terminar en las capas III-IV y, aunque en menor medida, II y VI. Las fibras mielinizadas de diámetro pequeño A� sólo se proyectan hacia las capas I, V y, en menor medida, II del asta posterior. Las fibras no mie- linizadas C, después de haber pasado sobre algunos segmentos en el tracto de Lissauer, se proyectan básicamente hacia las capas I y II si su origen es cutáneo y también V-VII y X si es visceral (líneas de puntos). 1. Ganglio raquídeo; 2. raíz posterior. B. Distribución rostrocaudal. Las fibras A� forman dos ramas colatera- les primarias en la médula: una se dirige hacia los cordones posteriores para alcanzar el bulbo y la otra desciende a lo largo de unos pocos segmentos. De estas dos colaterales parten, en los cinco a seis seg- mentos adyacentes que siguen a su entrada en la médula, colaterales secundarias (gráfico de la izquierda). Las colaterales primarias de las fibras aferentes A� y C abarcan unos cuatro segmentos adyacentes de médula en el tracto de Lissauer y emiten colaterales secundarias (grá- fico de la derecha). C. Convergencia espacial de las fibras hacia la médula. Cuando se con- sidera la distribución de las aferencias hacia un solo segmento medular, se comprueban enormes posibilidades de convergencias de influencias excitadoras o inhibidoras procedentes de aferencias adyacentes. Tríada: neuronas, células inmunitarias y glía [39–41] (Fig. 10) Alrededor del 50% de las células del sistema nervioso central no son neuronas sino células gliales. El tejido glial está compuesto por la microglía y la macroglía (astroci- tos y oligodendrocitos). Además de asegurar las funciones de sostén y nutrición, participan en la transmisión sináp- tica. En una lesión del sistema nervioso central, la glía se transforma y prolifera. Estos procesos desempeñan un papel fundamental en la activación y la cronificación de los dolores neuropáticos por: • la liberación de citocinas proinflamatorias como las interleucinas y el TNF-�; • una nueva forma de potenciación a largo plazo (PLP «gliogénica»). Neuronas espinales implicadas en la transmisión de la información nociceptiva De los estudios electrofisiológicos dedicados al asta posterior se desprenden dos categorías principales de neuronas que responden a estímulos nociceptivos: las primeras son específicamente activadas por estos estímu- los («neuronas nociceptivas específicas») y las segundas responden a ellos de manera preferente, pero no exclusiva («neuronas convergentes»). Sus campos receptores exci- tadores (zona corporal que desencadena una actividad neuronal) son relativamente limitados y están bien loca- lizados. Las neuronas nociceptivas específicas se localizan básicamente en la capa I de la médula. Las neuronas convergentes se localizan principalmente en la capa V de Rexed, pero también en las capas más superficiales. Su campo receptor cutáneo presenta un gradiente de sensibi- lidad: en la parte central, cualquier estímulo, nociceptivo o no, activa a la neurona; en una zona más periférica, sólo desencadenan una actividad neuronal los estímulos nociceptivos que involucran a fibras A� o C (Fig. 11A). Dada la superposición de los campos de excitación, la organización espacial de la convergencia desempeña un papel esencial en la elaboración del mensaje propio de esta clase de neuronas [43–45]. Aplicado en un territorio determinado, un estímulo no nociceptivo sólo activa un número limitado de las neuronas en las que el centro del campo de excitación se encuentra en este territorio. En cambio, un estímulo nociceptivo aplicado en el mismo territorio activa no sólo estas mismas neuronas, sino tam- bién los márgenes de muchas otras (Fig. 11B). Por tanto, para tratar de entender el papel de estas neuronas no hay que razonar sólo en simples términos de actividad EMC - Kinesiterapia - Medicina física 9 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor neuronal, sino también en términos de poblaciones neu- ronales y de interacciones dinámicas, no sólo excitadoras, sino también inhibidoras (Fig. 11C). Suma espacial y temporal de las informaciones Pensar este sistema en términos de redes dinámicas es inevitable si se considera queel tamaño de los campos de excitación de estas neuronas puede modificarse. La convergencia anatómica de los impulsos de origen peri- férico en una misma neurona es, en realidad, mucho más extensa de lo que se observa a primera vista. En condicio- nes fisiológicas normales, un estímulo nociceptivo activa no sólo a un grupo de neuronas (que emiten potencia- les de acción), sino también de manera subliminar a una franja de neuronas adyacentes [46]. Una sensibilización de los mecanismos excitadores o un déficit de los mecanismos inhibidores (cf infra) se expresa por un aumento de la actividad y de la población de neuronas. Este mecanismo («sensibilización central») apoyaría entonces los mecanismos periféricos de recluta- miento adicional de fibras adyacentes en el foco primario, basados en el reflejo axonal. Además, el déficit de los mecanismos inhibidores se puede traducir en el desenca- denamiento de una considerable actividad neuronal por estímulos anodinos. Esta información, elaborada en la médula y luego transmitida al cerebro, puede ser desco- dificada en forma de alodinia. Estos fenómenos de suma espacial se completan con otros de suma temporal. En el campo experimental, cuando un estímulo nociceptivo breve (eléctrico o pin- chazo) se repite con una frecuencia rápida (> 0,3 Hz), la respuesta neuronal aumenta de un estímulo al siguiente y continúa tras la interrupción de la estimulación debido a un proceso electrofisiológico conocido como fenómeno de sensibilización central. Dado el papel de los receptores NMDA en este fenómeno, algunos le han atribuido a este mecanismo un papel potencial en el dolor crónico [47, 48]. Convergencia de las informaciones nociceptivas Las neuronas activadas por estímulos nociceptivos aplicados en la piel son a veces sensibles también a los estímulos viscerales [12, 49, 50] o musculares [51]. Estas convergencias permiten explicar el fenómeno de dolor proyectado (irradiación dolorosa hacia el miembro supe- rior izquierdo en la angina de pecho, dolor testicular del cólico nefrítico, dolor escapular derecho de la litiasis vesi- cular, etc.), a menudo fundamental para el diagnóstico de algunas afecciones. Actividades reflejas o transferencia espinal Los reflejos exteroceptivos abarcan todas las actividades motoras desencadenadas por los mensajes aferentes pro- cedentes de la piel o del tejido subcutáneo y proyectados Cordones posteriores A Mesencéfalo Bulbo Puente Diencéfalo Telencéfalo Fricción, toque ligero Corteza somestésica Tálamo lateral Núcleos de los cordones posteriores Le m ni sc o m ed ia l Músculo Cuadrante anterolateral B Mesencéfalo Bulbo Puente Diencéfalo Telencéfalo Corteza somestésica Tálamo lateral Formación reticularEstímulonociceptivo Neurona posganglionar adrenérgica MotoneuronaNeurona preganglionar Tálamo medial Estructuras límbicas Figura 7. Vías somestésicas ascendentes. A. Sistema lemniscal. B. Vías espinorreticular y espinotalámica (sistema extralemniscal que recorre el cuadrante anterolateral). 10 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 Músculo Cuadrante anterolateral C Mesencéfalo Bulbo Puente Diencéfalo Telencéfalo Hipotálamo Estímulo nociceptivo Neurona posganglionar adrenérgica MotoneuronaNeurona preganglionar Amígdala (central) SGPA PB RVM CVLM NTS RVLM Gi Mensajes nociceptivos que no siguen las vías espinotalámica y espinorreticulotalámica Figura 7. (continuación) Vías somestésicas ascendentes. C. Otras vías que terminan en el tronco cerebral. CVLM: médula cau- dal ventrolateral; Gi: núcleo gigantocelular; NTS: núcleo del tracto solitario; PB: núcleo parabraquial; RVLM: médula rostral ventrolateral; RVM: médula rostral ventromedial (bulbo rostral ventromedial); SGPA: sustancia gris periacueductal. a la médula (Fig. 12). En el perro, por ejemplo, un reflejo de retirada de una pata trasera sólo puede obtenerse con estímulos nociceptivos de la almohadilla plantar de la pata. Este reflejo de flexión corresponde a una reacción de protección del organismo frente a un estímulo potencial- mente peligroso para su integridad. El movimiento reflejo es el resultado de la contracción de un grupo de músculos flexores y de la relajación de un grupo correspondiente de músculos extensores. Además, la activación de los músculos extensores («antigravitatorios») y la inhibición de los músculos flexores, observados en estación vertical, son reforzadas por la transferencia del peso de una pierna a la otra durante el movimiento. En general, los «reflejos nociceptivos de retirada» se organizan de forma «modular»: sean flexores, extensores o de otro tipo (supinadores, pronadores, etc.), los músculos de un miembro se contraen tras la estimulación nociceptiva de un área bien definida de la piel. Así, cada músculo posee un «campo receptor cutáneo nociceptivo» organizado de tal modo que se escapa del estímulo nociceptivo por el movimiento que desencadena. Esta organización está lejos de ser innata: la representación es primero difusa, con inclusión de muchas relaciones inoportunas (responsables de movimientos desordenados), y después se construye de forma progresiva durante el desarrollo [52]. Los estímulos nociceptivos también son capaces de desencadenar reflejos vegetativos organizados en la médula (Fig. 13). Las neuronas nociceptivas específicas de la capa I activan a las neuronas preganglionares situa- das en la columna intermediolateral de la sustancia gris, que a su vez controlan a las neuronas posganglionares de los ganglios simpáticos (cadena paravertebral y ganglio cervical superior, estrellado, celíaco y mesentéricos). Transferencia hacia el encéfalo [53, 54] Observaciones anatomoclínicas (síndrome de Brown- Séquard, siringomielia, síndrome cordonal posterior), realizadas hace mucho tiempo en el ser humano (Fig. 14), han permitido afirmar que la mayoría de los mensajes nociceptivos cruza la línea media a la altura de la comi- sura gris anterior, tras ser retransmitida por las neuronas del asta posterior, y luego sigue las vías ascendentes ante- rolaterales. En particular, la lesión de la parte superficial del cuadrante anterolateral provoca una analgesia contra- lateral de larga duración. Sin embargo, es probable que otros haces medulares ascendentes sustituyan, en algunos casos, al contingente anterolateral. En volumen, es la formación reticular bulbar que recibe la mayoría de las proyecciones procedentes del cuadrante anterolateral. De forma esquemática (Fig. 7B, C), las neuronas nociceptivas se proyectan principalmente hacia la formación reticular, el mesencéfalo y el tálamo, pero también hacia el núcleo del fascículo solitario y el bulbo ventrolateral. Aunque no participan de forma directa en la percepción dolorosa, estos últimos intervienen en las reacciones neurovegetativas asociadas, en particular el aumento de la frecuencia cardíaca y de la presión arterial (Fig. 13). El haz espinotalámico reúne a las neuronas que siguen el cuadrante anterolateral de la médula, del lado contra- lateral a su lugar de origen. Las neuronas procedentes del asta posterior (haz neoespinotalámico, según la antigua denominación) se proyectan sobre el tálamo lateral (núcleo ventral posterolateral y grupo posterior). Las neuronas procedentes de las capas VII y VIII del asta anterior (haz paleoespinotalámico,según la antigua EMC - Kinesiterapia - Medicina física 11 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor 3 24 Na+ Ca2+ Ca2+ Na+ 1 Ácido araquidónico ms mV Contribución de los receptores AMPA, NMDA, NK1 en el PPSE Astrocito Glutamate Receptores periféricosAferencia presináptica Glutamina Glutamato Potenciales de acción GABA GABAB-r Glutamate Glutamine BDNFsP 6 7 8 Ca2+ PGE NO Citrulina Arginina NK1-r NK1-r TrkB-r NMDA-r mGlu-r AMPA-r Internalización Ca2+ Cox-2 NO sintetasa NO EP-r Neurona postsináptica Ca2+ 5 Na+ N-r, P/Q-r PKC 9 NMDA-r PKC PKA - Figura 8. Liberación de los neuromediadores y neuromoduladores por las terminaciones centrales de las fibras aferentes primarias. La aparición de potenciales de acción en las membranas de las terminaciones provoca la abertura de canales de calcio dependientes del voltaje (1). El aumento de la concentración de calcio desencadena la liberación de algunos mediadores, entre ellos el glutamato. Éste interactúa con tres tipos de receptores postsinápticos que, de derecha a izquierda, son: receptor ionótropo ácido amino-3-hidroxi-5- metil-4-isoxazol propiónico (AMPA)/kainato («AMPA-r») que abre un canal de sodio (2); receptor metabótropo («mglu-r») que sensibiliza al receptor AMPA/kainato con una proteína cinasa A y al receptor N-metil-D-aspartato (NMDA) con una proteína cinasa C (3); receptor NMDA que abre un canal aniónico, preferentemente cálcico (4). Además, el glutamato liberado en la hendidura sináptica se fija a receptores presinápticos para favorecer su propia liberación o ser capturado por transportadores activos situados en las membranas de la terminación y astrocitos que la rodean (5). Los péptidos, en particular la sustancia P (sP), también son liberados (6). El complejo ligando-receptor sP/NK1 se internaliza rápidamente para ser reciclado. Bajo la influencia del factor de crecimiento nervioso (NGF), el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) es sobreexpresado por los fenómenos inflamatorios periféricos (7). Se une al receptor de alta afinidad TrkB para fosforilar al receptor NMDA por intermedio de una proteína cinasa C (PKC). Estos fenómenos, determinados ante todo por la concentración de calcio presináptico, dependen de numerosos mecanismos que favorecen o inhiben la liberación de neuromediadores y neuromoduladores (cf texto). Aquí están representados sólo por el receptor GABAB (8) a efectos de no sobrecargar la figura. Por último, el calcio citosólico del elemento postsináptico activa la producción de óxido nítrico y de COX-2. En colaboración con los receptores NMDA presinápticos, prostaglandinas (PGE) y óxido nítrico (NO) favorecen la entrada de calcio en el elemento presináptico (9). Recuadro: contribuciones relativas de los receptores al potencial postsináptico excitador (PPSE). denominación) terminan en las regiones medias del tálamo (núcleo central lateral). Un contingente particular procedente de la capa I se proyecta hacia el núcleo sub- medio (Sm) y la parte posterior del núcleo ventromedial (VMpo). Las mismas regiones de la sustancia gris medular dan origen a neuronas espinorreticulares cuyos axones tam- bién viajan por el cuadrante anterolateral. Las áreas diana del haz espinorreticular son los núcleos gigantocelular y reticular lateral, así como una región muy caudal deno- minada subnúcleo reticular dorsal [55]. Los haces espino(ponto)mesencefálicos se proyectan básicamente sobre dos estructuras del tronco cerebral: la sustancia gris periacueductal (SGPA) y, sobre todo, el área parabraquial, situada en la región dorsolateral del puente. El área parabraquial recibe informaciones de la capa I de la médula a través de fibras que viajan por el funículo posterolateral. � Mecanismos cerebrales involucrados en la nocicepción Se ha destacado la multiplicidad de vías ascendentes aptas para conducir los mensajes nociceptivos hacia el cerebro. El nivel mejor estudiado es, sin lugar a dudas, el tálamo, donde se encuentran los relevos principales de todas las informaciones sensoriales que viajan hacia la corteza cerebral. Así pues, los mensajes que generan las sensaciones táctiles y propioceptivas se relevan en el tálamo lateral (núcleos ventrales posterolateral [VPL] y posteromedial [VPM] para el cuerpo y el área tri- geminal, respectivamente) para proyectarse de manera somatótropa hacia la corteza somestésica. En cuanto a los mensajes nociceptivos, alcanzan el tálamo de forma directa (vías espinotalámicas) o indirecta, previo relevo en la formación reticular (vías espinorreticulotalámicas). Los relevos bulbares y pontomesencefálicos son, sin embargo, estructuras ampliamente involucradas en el tratamiento de la información nociceptiva. Relevo en el tronco cerebral La formación reticular contiene muchas neuronas activadas por estimulación nociceptiva y por otras modalidades sensoriales. Sin embargo, el subnúcleo reti- cular dorsal, situado en la parte caudal del bulbo, podría desempeñar un papel específico en el dolor [53, 55]. Sus neu- ronas se proyectan de forma masiva sobre el tálamo medio y constituyen, por consiguiente, el enlace intermedio de 12 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 Glutamato Citrulina Arginina NMDA-r mGlu-r AC PIP2 ADPATP DAG Núcleo Citosol NO Ca2+ Na+ α+ +β Na+ K+K+ 2 1 3 ADP ATP IP3 GTP GMPc AMPA-r PKA ATP AMPc Retículo endoplasmático 4 NO sintetasa Proteína G GDPGTP Ca2+ Guanilato ciclasa Mg2+ Src PKC PLC Adenilato ciclasa Glicina PO4 PO4 + Figura 9. Liberación de los neuromediadores y neuromoduladores por las terminaciones centrales de las fibras aferentes primarias: focos en los receptores glutamatérgicos. El glutamato se une con tres tipos de receptores que, de derecha a izquierda, son: el receptor ionótropo ácido amino-3-hidroxi-5-metil-isoxazol propiónico (AMPA)/kainato («AMPA-r») que abre un canal de sodio; el receptor metabótropo («mGlu-r») que activa a una proteína G y el receptor ionótropo N-metil-D-aspartato (NMDA) que abre un canal aniónico, preferentemente cálcico. La función de la proteína G del receptor metabótropo es doble. Por una parte, activa a una adenilato ciclasa (1) y ésta activa a una proteína cinasa A (PKA) que, en última instancia, sensibiliza al receptor AMPA-r por fosforilación. Por otra parte, activa (de derecha a izquierda) a una fosfolipasa C (PLC), responsables de la formación de diacilglicerol (DAG) (2) y de inositol trifosfato (IP3) (3) a partir del fosfatidilinositol bifosfato (PIP2). El DAG activa a una proteína cinasa C (PKC), responsable de la fosforilación del receptor NMDA. El IP3 moviliza las reservas de calcio intracelular contenidas en el retículo endoplasmático. La alta concentración de calcio intracelular activa a la NO-sintetasa, fuente de una producción de NO intracelular a partir de la arginina (4). El NO aumenta localmente la concentración de guanosinmonofosfato cíclico (GMPc) mediante la activación de guanilato ciclasa. Además, es muy difusible y puede alcanzar elementos presinápticos, células gliales o el núcleo de la neurona. Contribuye a modificar la expresión de algunos genes. En reposo, el receptor NMDA está bloqueado por un ion Mg++. La unión al receptor de dos moléculas de glutamato y dos moléculas de su coagonista, la glicina, expulsa al magnesio del canal. Éste, «dependiente del voltaje», puede abrirse entonces si el potencial de membrana de la neurona ha alcanzado un nivel suficiente. GDP: guanosindifosfato; GTP: guanosintrifosfato; ADP: adenosindifosfato; ATP: adenosintrifosfato; AMPc: adenosinmonofosfato cíclico. Neurona postsináptica ATP BDN F Mastocitos Glut ama to sP CGR P PG 5-HT IL-1 IL-6 TNF α Aferencia presináptica MicroglíaMacrófagos Linfocitos Astrocitos Figura 10. Papel de la glía. En su forma activada, la glía libera numerosos mensajeros extracelulares (por ejemplo, adenosintri- fosfato [ATP], factor neurotrófico derivado del cerebro [BDNF], glutamato, sustancia P [sP], péptido relacionado con el gen de la calcitonina [CGRP], prostaglandinas [PG], 5-HT, interleucina 1 [IL-1], IL-6, factor de necrosis tumoral alfa [TNF-�], etc.) que se difunden ampliamente en el medio extracelular y en los procesos inflamatorios se enriquecen de proteínas del sistema del comple- mento y de motivos moleculares asociados a los daños celulares (DAMP), sin contar los mastocitos y los linfocitos T. las vías espinorreticulotalámicas. Además, emiten axones hacia todos los segmentos de la médula y, por tanto, cumplen una función primordial en los mecanismos espinobulboespinales de regulación (cf infra). Sin embargo, los núcleos reticulares no son los úni- cos en recibir informaciones nociceptivas que también alcanzan el bulbo ventrolateral, que controla a las neuro- nas preganglionares simpáticas y al núcleo del fascículo solitario, fuentes principales de regulación del sistema parasimpático a través de los núcleos ambiguo y motor dorsal del vago [53, 56, 57]. En resumen, el bulbo es el lugar de un íntimo entrelazamiento de los sistemas nociceptivos y vegetativos (Fig. 13). En el puente y el mesencéfalo pueden registrarse neu- ronas que responden a los estímulos nociceptivos en la sustancia gris periacueductal y, sobre todo, el área parabraquial lateral que recibe de forma directa las infor- maciones procedentes de la capa I del asta posterior de la médula [58, 59]. Los principales objetivos de la proyección de estas neuronas son el núcleo central de la amígdala y el núcleo ventromedial del hipotálamo. Relevos diencefálicos [60, 61] De forma esquemática, hay dos tipos de relevos con características funcionales distintas: • las vías que terminan en el tálamo lateral donde se preserva algo de somatotopía. Se admite clásicamente que el componente sensorial discriminativo del dolor se expresa gracias a las neuronas de los núcleos VPL para el cuerpo y VPM para el área trigeminal; • las vías que terminan en el tálamo medial, básica- mente en los núcleos intralaminares, pero también en el núcleo submedio. Las propiedades de las neuronas EMC - Kinesiterapia - Medicina física 13 E – 26-007-E-10 � Fisiología del dolor 1 A Cerebro Cerebro 1 34 2 1 34 2 1 Cerebro Cerebro B 1 Cerebro Cerebro C 1 34 2 1 34 2 1 34 2 Figura 11. Organización espacial de los campos cutáneos de las neuronas convergentes [42]. a. Campo cutáneo individual; b. superpo- sición de campo cutáneo. A. Condiciones fisiológicas. Situación basal. a. Un estímulo nociceptivo aplicado sobre cualquier parte del campo excitador (representado en azul) activa a la neurona, pero el centro (oscuro) también es sensible a los estímulos no nociceptivos (condiciones experimentales estándar: registro de una sola neurona 1); b. en realidad, los campos excitadores se superponen unos a otros de manera que un estímulo nociceptivo activa no sólo al centro de algunos campos receptores (representado por la neurona 1), sino también a los márgenes de muchos otros (representados por las neuronas 2, 3, 4). Aplicado sobre una superficie dada (aquí en el centro del campo 1), un estímulo nociceptivo activará entonces a muchas neuronas convergentes (aquí cuatro neuronas), mientras que un estímulo no nociceptivo activará mucho menos (aquí una sola neurona). B. Superficie excitadora potencial. Expansión de los campos. a. La superficie potencial del campo receptor de una neurona es más amplia que la observada en condiciones fisiológicas. Basta con despolarizar ligeramente su membrana (por ejemplo, por aplicación de un aminoá- cido excitador) para verificar un aumento del campo receptor excitador (línea de puntos blancos). Esto sucede en condiciones inflamatorias; b. si se consideran las cuatro neuronas mencionadas en A, se comprueba que un estímulo no nociceptivo aplicado en el centro del campo azul 1 activa también a las neuronas de color rojo 2, amarillo 3 y violeta 4. La población neuronal es sensibilizada por la extensión de sus campos periféricos. C. Influencia de los campos inhibidores. a. En la periferia de su campo excitador, las neuronas presentan un campo inhibidor (zona blanca); b. los campos inhibidores de una población de neuronas adyacentes se superponen de forma considerable. Así, se comprueba la esti- mulación mecánica del centro del campo de la neurona roja 2 y, por el contrario, la inhibición de las neuronas amarilla 3 y violeta 4. La estimulación táctil de una gran superficie concierne no sólo a los centros de campos excitadores para producir una señal potencialmente nociceptiva, sino también a campos inhibidores, con el resultado de una atenuación de la respuesta global. registradas en estos núcleos, en particular su campo receptor periférico difuso, son comparables a las de las neuronas de los núcleos ventromedial y parafascicular que no reciben fibras aferentes directas desde la médula, sino indirectas a través de la formación reticular (vías espinorreticulotalámicas) [62]. Se admite que participan en el componente afectivo y motivacional del dolor. Relevos corticales [63–67] Representación cortical del dolor exteroceptivo transitorio El registro de las respuestas cerebrales provocadas por el estímulo nociceptivo se efectúa básicamente con dos tipos de técnicas: una basada en la electroencefalografía (EEG) o la magnetoencefalografía (MEG) y otra en la tomografía por emisión de positrones (PET) o la resonancia magné- tica funcional (RMf). Esta última se basa en la variación de la señal BOLD (imágenes de contraste dependientes de la concentración de oxígeno en la sangre) en el volu- men cerebral activado por un estímulo. En comparación con los potenciales provocados cerebrales, la neuroima- gen funcional tiene la ventaja de una resolución espacial mucho mayor y una menor incertidumbre en cuanto a las regiones cerebrales que generan la respuesta evocada. Sin embargo, estos enfoques no invasivos también tienen des- ventajas, a saber, su baja resolución temporal y el hecho de representar una medida neuronal indirecta en relación con el acoplamiento neurovascular. Con el fin de activar los nociceptores cutáneos de manera selectiva, a menudo se usa la estimulación con láser infrarrojo. Esta fuente radiactiva puede producir rampas de calentamiento muy empinadas (> 1.000 ◦C/s) para activar las terminaciones libres de los nociceptores localizados en la epidermis en algunos milisegundos y generar una ráfaga aferente nociceptiva altamente sincró- nica y estancada en el tiempo. 14 EMC - Kinesiterapia - Medicina física Fisiología del dolor � E – 26-007-E-10 A Estímulo nociceptivo Cerebro Motoneuronas Actividad refleja electromiográfica - + B Estímulo nociceptivo Neurona posganglionar adrenérgica Cerebro Neurona preganglionar Figura 12. Actividades reflejas. Los mensajes nociceptivos transmitidos por fibras A� y C siguen las raíces posteriores después de haber pasado por los nervios. Van a activar neuronas del asta posterior que tienen la función de transferir estas informaciones hacia el encéfalo (línea continua) y hacia neuronas medulares (línea de puntos) para participar en reflejos somáticos (A) y vegetativos (B). A. Los reflejos somáticos. La activación de las motoneuronas por las neuronas del asta posterior se efectúa por una vía polisináptica. Esta activación desencadena una actividad en un grupo de músculos capaces
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