Receptor Glutamatérgico N-Metil-Aspartaro (NMDA)

Los receptores de N-metil-D-aspartato (NMDA) se localizan en las células del asta posterior de la médula espinal (ME), después de la sinapsis, son los encargados de mediar la reacción generada por la descarga polisináptica de fibras aferentes primarias nociceptivas. La activación de los receptores NMDA se relaciona con la transmisión en fibras aferentes nociceptivas, posiblemente fibras A delta y C (1).

Los receptores NMDA están asociados con los procesos de aprendizaje y memoria, el desarrollo y la plasticidad neural, así como con los estados de dolor agudo y crónico. Intervienen en el inicio y mantenimiento de la sensibilización central, asociada a daño o inflamación de los tejidos periféricos (2-14).

La estimulación repetitiva de fibras C origina un aumento del tamaño de los campos receptivos y de la respuesta de las neuronas nociceptivas espinales a los estímulos adecuados. Este fenómeno, denominado "wind-up", está mediado por la liberación de glutamato y sustancia P (SP) por aferencias primarias de tipo C, que actúan sobre receptores NMDA y neurocinina1 (NK1). La vía final común de la activación del receptor NK1 y NMDA es el incremento de calcio intracelular libre ionizado, que puede explicar la hiperexcitabilidad neuronal persistente. La activación de estos receptores puede activar la proteín-cinasa C por la vía de la cascada de inositoles. La activación de estos receptores produce la síntesis de prostaglandinas y de óxido nítrico. La facilitación lenta y conservada, depende de la correlación de neurocininas, especialmente la SP y aminoácidos excitadores (AE), que actúan sobre los receptores NMDA. La facilitación es bloqueada por antagonistas de los NMDA y antagonistas específicos del receptor de NK1, que se postula es el principal lugar de unión de la SP (2,6,15-23).

Las neuronas que expresan c-fos presentan una distribución diferencial, de acuerdo a la distribución somatotópica de las aferencias sensitivas al asta medular dorsal o al núcleo del trigémino (24,25). También existen diferencias en la distribución temporal y numérica del c-fos según el estímulo utilizado, así el número de neuronas que expresan el c-fos en la lámina III-IV es mayor comparado con la lámina I-II, al utilizar un estímulo mecánico versus el térmico o químico. No todas las neuronas se activan simultáneamente, existiendo varias ondas de reclutamiento (26). El aumento de intensidad del estímulo en una región determinada aumenta el número de neuronas que expresan el c-fos de forma exponencial. En ausencia de estímulo doloroso el número de células que expresan inmunorreactividad para el c-fos es mínimo (27,28). La administración de glutamato, NMDA y ácido alfa-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionato (AMPA) induce la expresión de c-fos en neuronas tanto in vitro (29) como in vivo (30). Estas propiedades han sido ampliamente utilizadas para evaluar la posible eficacia terapéutica de fármacos analgésicos.

GLUTAMATO

El glutamato es un aminoácido relacionado con distintas funciones fisiológicas: la memoria, el aprendizaje y mecanismos fisiopatológicos como la epilepsia. El L-glutamato puede actuar sobre diversos receptores, como los receptores AMPA, NMDA, kainato y AP4. El glutamato es el principal aminoácido excitatorio en el SNC, puede participar en los procesos de transmisión nociceptiva en la ME, siendo el principal responsable de la transmisión sináptica rápida. La acción del glutamato en las vías del dolor está mediada en su mayor parte a través de receptores ionotrópicos (AMPA, NMDA y kaínicos) los cuales se encuentran ligados a canales de calcio, y en menor medida por receptores metabotrópicos (grupos I, II y III), acoplados a la proteína G (1).

Se han identificados receptores glutamatérgicos en las terminaciones periféricas y centrales de neuronas nociceptivas, coexistiendo en la terminal periférica con la SP (31-34). A nivel central se ha identificado una alta densidad de receptores NMDA, AMPA, kaínicos y metabotrópicos de Glu (mGluR) a nivel de la lámina I y II del Sp5C (35). En el ganglio del trigémino se ha detectado el RNAm de receptores NMDA pero no su proteína (36). Siguiendo un patrón similar, en la ME los receptores NMDA, AMPA y kainato se expresan en células del asta posterior (37) y en células ganglionares dorsales correspondientes a las fibras tipo C y A delta (38,39).

La activación de las fibras aferentes nociceptivas tipo-C produce la liberación de glutamato y SP en la primera sinapsis, los dos principales neurotransmisores en las vías del dolor (40).

La activación repetida de las aferencias primarias puede liberar glutamato en el asta posterior de la ME, que actúa sobre receptores NMDA. A través de estos receptores, también actúa en algunos núcleos cerebrales con la liberación de dopamina, condicionada por una respuesta emocional. La activación de los receptores NMDA juega un papel importante en la neurotransmisión excitatoria y la plasticidad sináptica en el SNC (1).

El glutamato o sus agonistas (NMDA, AMPA o ácido kaínico) están involucrados en los procesos de generación y mantenimiento de los estados de hiperalgesia (respuesta exacerbada al estímulo nocivo) y alodinia (disminución del umbral doloroso) (41). Mediante microdialización Bereiter & Benetti (1996) mostraron que la estimulación dolorosa facial producía la activación de las fibras-C trigeminales con la consiguiente secreción aguda de glutamato y aspartato en el núcleo caudal del trigémino (Sp5C) (42). En la ME, los receptores NMDA median la liberación de glutamato y SP en la lámina I y II del asta posterior medular (43).

La infusión intrarraquídea de NMDA reproduce los cambios morfológicos permanentes, observados en lesiones tisulares produciendo no sólo dolor, sino la internalización masiva del receptor, para la SP en las neuronas del asta posterior medular, probablemente reflejando el aumento de secreción del neuropéptido P (44). Esto sugiere que los receptores NMDA presinápticos, en las terminaciones de las fibras pobremente mielinizadas, facilitan y prolongan la transmisión de información nociceptiva a través de la liberación de la SP y glutamato (45).

Por otro lado los receptores NMDA no sólo están involucrados en la primera sinapsis, sino también a niveles superiores del procesamiento nervioso (45,46). Utilizando un modelo de dolor basado en el comportamiento, se ha visto que la administración intratalámica de D-APV, un antagonista del receptor NMDA, reduce significativamente la respuesta hiperalgésica a la estimulación mecánica y térmica en la rata, involucrando a los receptores NMDA talámicos en el desarrollo y mantenimiento de la hiperalgesia secundaria a la inflamación (47). Así el estímulo a alta frecuencia de las fibras tipo C produce un aumento marcado y prolongado de la excitabilidad neuronal, expresado como un aumento progresivo de los potenciales de acción generados por motoneuronas e interneuronas, proceso conocido como "action potential windup", este fenómeno se ve reducido a sus niveles basales con la administración de antagonistas NMDA (48).

ANTAGONISTAS DE LOS RECEPTORES NMDA

El efecto analgésico de los antagonistas de los receptores de NMDA ha sido puesto de manifiesto por numerosos trabajos, principalmente en modelos animales de conducta (47,49,50). Así por ejemplo, MK-801 (antagonista específico de los receptores NMDA) previene la hiperalgesia táctil cutánea y muscular inducida por la lesión de las fibras-C (51). La disminución significativa de neuronas que expresan el c-fos en la ME o en el núcleo caudal de trigémino de forma dosis dependiente pone, nuevamente, de manifiesto la importancia de los receptores NMDA en la transmisión de la información dolorosa (1).

La activación de los receptores NMDA influye en la expresión de determinados genes (c-fos) y la síntesis de proteínas específicas fos, consideradas como terceros mensajeros. Estas proteínas participan en la regulación de la expresión de diversos genes, entre los que se encuentran el de la proencefalina y el de la prodinorfina. La estimulación nociceptiva puede causar cambios génicos, con las consecuencias correspondientes (40).

Normalmente la presencia de un ión magnesio en el canal bloquea el receptor NMDA. Tras un estímulo nocivo intenso o repetitivo, la despolarización de la neurona abre el canal iónico y se produce la entrada masiva de calcio al interior de la célula, lo que acelera la despolarización. La acción del glutamato sobre los receptores AMPA despolariza a las neuronas, desaparece el bloqueo del magnesio y la actividad del glutamato sobre los receptores NMDA se hace eficaz. Esto permite la entrada de calcio al interior de la neurona postsináptica, lo que activa a su vez diversos sistemas de segundos mensajeros que dan lugar a cambios bioquímicos y moleculares en dichas neuronas a largo plazo. Estos cambios fisiológicos originan modificaciones importantes, dando lugar a fenómenos de hiperexcitabilidad de la neurona del asta posterior, manifestado por un aumento del tamaño del campo receptor de las neuronas y una disminución del umbral. Las neuronas adquieren actividad espontánea. Es posible que la alodinia y la hiperalgesia, relacionadas con lesiones de los nervios, reflejen cambios mediados por los receptores NMDA a largo plazo, en la modulación neuronal del asta posterior.

Los receptores NMDA con sus múltiples sitios reguladores y sus subunidades con diferente perfil farmacológico, resultan una diana muy atractiva para el diseño de nuevos fármacos analgésicos. Sin embargo, fármacos potenciales como el MK-801 son de limitado uso debido a los efectos secundarios que presentan (52).

Los receptores NMDA pueden ser bloqueados por la ketamina, abriendo una nueva vía al tratamiento del dolor neuropático. El óxido nítrico, producido tras la activación de los receptores NMDA por la óxido nítrico-sintetasa neuronal del asta posterior de la ME, puede potenciar otros mecanismos de sensibilización central, que activan numerosos procesos bioquímicos postsinápticos y posiblemente presinápticos. El óxido nítrico puede modificar los lípidos de membrana o las proteínas, participando en la eliminación de radicales libres, algunas modificaciones genómicas y, quizás, en la activación de genes de expresión inmediata. El óxido nítrico atraviesa con facilidad las membranas y tiene una vida media muy corta. Se ha demostrado en modelos experimentales que la inyección intratecal de donantes de óxido nítrico inducen hiperalgesia, mientras que los inhi-bidores de la síntesis de óxido nítrico (L-NAME, L-NMMA) previenen la hiperalgesia, inducida en ratas, mediante la inyección subcutánea de formalina o intratecal de antagonistas de glutamato y SP (3,5,6,16, 18,19,21,53-57).

Los receptores de glutamato tipo AMPA se han involucrado en el establecimiento de los niveles basales de nocicepción, transmitiendo de forma precisa la intensidad y duración del estímulo periférico, sin que este sea considerado nocivo (58). Esta transmisión basal se ejerce a través de fibras nerviosas finas con umbrales de excitación bajos (59). Los canales asociados con el receptor NMDA se encuentran habitualmente bloqueados por magnesio, de tal forma, que los estímulos son transmitidos al SNC a través de los receptores AMPA, estableciéndose una vía de transmisión basal de la información dolorosa. Si el estímulo nocivo persiste, el acúmulo de péptidos produce despolarizaciones que eliminan el bloqueo de magnesio del canal ligado al receptor NMDA. Esta activación del complejo NMDA conlleva una despolarización masiva neuronal que se añade a la activación basal ya existente. Se cree que este mecanismo desempeña un papel primordial en los estados de algesia prolongada (60). La amplia distribución de receptores AMPA a lo largo del SNC ha limitado la utilización de los antagonistas de este receptor como arma terapéutica.

El papel que desempeñan los receptores metabotrópicos en las vías del dolor es menos conocido o más complejo. El grupo de receptores metabotrópicos, compuesto por 8 tipos diferentes, está subdividido en 3 grupos de acuerdo a la homología de su secuencia de aminoácidos y sus propiedades farmacológicas: grupo I (mGluRs1/5), grupo II (mGluRs2/3) y grupo III (mGluRs4/6/7/8) (61). Los mGluR acoplados a la proteína G regulan la excitabilidad neuronal en el SNC a través de la modulación de una serie de canales iónicos.

En la ME existen múltiples receptores metabotrópicos cuya función es la de regular la aferencia de información nociceptiva al asta posterior de la médula (62). De los tres grupos de receptores parece que el implicado en los mecanismos nociceptivos es el grupo I (mGluR1/5) aunque no exclusivamente (63,64). En la inflamación causada por la administración de formalina o carragenina intraplantar los antagonistas de los mGluR prolongan la latencia de la respuesta de comportamiento ante el estímulo nocivo o inhiben la respuesta de las neuronas dorsales al estímulo causado por el aceite mostaza (65,66). Por otro lado los agonistas de los receptores del grupo I aumentan la excitabilidad de las neuronas del asta posterior y facilitan la activación de los receptores de NMDA y AMPA. La administración de agonistas mGluR1/5 interaccionan con los receptores NMDA (y/o AMPA), incrementando la respuesta dolorosa tras la administración intradérmica de formalina y al estímulo sensitivo nocivo (67,68).

El receptor de glicina interviene aumentando la conductancia del cloro a través de las membranas neuronales. La estricnina y el toxoide tetánico son antagonistas del receptor de glicina. La glicina tiene un efecto facilitador sobre los receptores NMDA (69).

La TRH facilita la transmisión nociceptiva en el asta posterior de la ME, mediante una modulación positiva selectiva de la transmisión en los receptores mediados por NMDA (70,71).

Los fenómenos de tolerancia y dependencia están fuertemente relacionados, existiendo numerosos sistemas relacionados con los péptidos opioides endógenos (POE), en el desarrollo de tolerancia y dependencia. Se ha visto relación, en los fenómenos de tolerancia, con la dopamina y la oxitocina que bloquea la aparición de tolerancia frente a beta-endorfinas y encefalinas. Los NMDA bloquean la aparición de la tolerancia, por una interacción con los receptores mu o delta, estando relacionada también con fenómenos de dependencia. En fenómenos de tolerancia y dependencia de los POE se han visto implicados los alfa y beta-adrenérgicos (72-74).

Estudios recientes sugieren que los receptores NMDA y CCKB median la tolerancia a opiáceos por una vía convergente de segundo mensajero óxido nítrico. Los antagonistas de la NMDA y los inhibidores de la síntesis del óxido nítrico bloquean el desarrollo de tolerancia a la morfina o la revierten. El precursor de óxido nítrico, L-arginina, acelera la aparición de tolerancia y un inhibidor de la síntesis del óxido nítrico impide la acción de la L-arginina, mostrando su especificidad. Parece ser que el óxido nítrico juega un papel modulador en la sensibilidad termoalgésica. El óxido nítrico participa en el mantenimiento de los signos compartimentales del dolor neuropático y está implicado en el mantenimiento de diferentes modalidades de dolor, como la alodinia mecánica y la alodinia al frío (5,23,72,75,76).

Ketamina

Es un agente anestésico, utilizado para este fin desde hace más de treinta años. Su interés dimana de una nueva indicación clínica, el tratamiento del dolor crónico con dosis subanestésicas (77). En modelos experimentales de dolor crónico, la ketamina disminuye la hiperalgesia mecánica y térmica, así como la alodinia (78).

La ketamina tiene una afinidad del sitio de la fenciclidina en el canal iónico asociado con el receptor NMDA, significativamente mayor que otros antagonistas no competitivos de los receptores NMDA (dextrometorfano o amantadina) (78).

Sus mecanismos de acción están mediados por la interacción con receptores opiáceos, monoaminérgicos y muscarínicos, la interacción con canales de calcio voltaje-dependientes, un efecto de tipo anestésico local y su efecto antagonista sobre los receptores NMDA, AMPA, kainato y ácido aminobutírico (79). También inhibe la recaptación de serotonina y dopamina y los canales de sodio y potasio. La reversión de la tolerancia de los opioides mediante ketamina, se cree es debido a la interacción entre los receptores NMDA, el óxido nítrico y los receptores opioides mu (80,81).

La dosis subanestésica de ketamina disminuye eficazmente el dolor nociceptivo agudo en seres humanos, analgesia que no es antagonizada por la naloxona, antagonista de los receptores opioides (81).

La efectividad de la ketamina por vía oral y parenteral ha sido estudiada en el dolor disestésico central (nivel de evidencia II) (Tabla I), el dolor neuropático en el síndrome de cola de caballo traumático (nivel de evidencia IV) y la alodinia y la hiperalgesia (80). La ketamina oral parece que produce pocos efectos secundarios, posiblemente por los menores niveles plasmáticos (80). La asociación de midazolam con ketamina no elimina completamente los efectos psicomiméticos, pero los minimiza (81).

Fuente