Relación del efecto analgésico de fentanilo agudo con la regulación a la alta de los receptores 5-HT1A cerebrales en la rata

Los agonistas 5-HT1A presentan efecto analgésico. El efecto analgésico de los agonistas µ puede ser bloqueado por antagonistas selectivos 5-HT1A. Para determinar el mecanismo de producción del sinergismo observado entre los receptores µ y serotoninérgico 5-HT1A en relación con su efecto antinociceptivo, determinamos el efecto analgésico de fentanilo tras estímulo nociceptivo de tipo térmico y mecánico en la rata relacionándolo con la afinidad y la densidad máxima de los receptores 5-HT1A de trece áreas cerebrales mediante técnicas de autorradiografía. Fentanilo presentó un efecto analgésico dosis y tiempo dependiente ante los dos estímulos nociceptivos. Paralelamente a la aparición del efecto analgésico, fentanilo originó una regulación a la alta de los receptores 5-HT1A al incrementar de forma dosis-dependiente su densidad sin modificar su afinidad. La dosis mayor de fentanilo (12,8 µg.kg-1) originó un incremento de la densidad de los receptores 5-HT1A estadísticamente significativo y que se correlacionó de forma positiva con su efecto analgésico en las áreas terminales corticales fronto-parietal externa (+64%), interna (+69%) y piriforme (+113%), las regiones del hipocampo CA1 (+111%) y DGm (+60%), los núcleos amigdalinos PMCo (+101%) y AHiAL (+91%) y el hipotálamo (+127%). El efecto analgésico de fentanilo en tratamiento agudo se explicaría, al menos, por dos mecanismos. Su capacidad de estimular la neurotransmisión opiácea actuando directamente sobre los receptores opiáceos µ. Y porque, al incrementar los niveles de 5-HT a nivel central y al regular a la alta los receptores 5-HT1A de zonas cerebrales terminales, se facilitaría la estimulación de estos receptores. Dado que los receptores 5-HT1A postsinápticos actúan como heteroreceptores de efecto inhibidor sobre neuronas no serotoninérgicas originando una hiperpolarización neuronal, fentanilo, al facilitar el estímulo de estos receptores originaría una inhibición de la actividad neuronal en todas estas áreas terminales impidiendo la transmisión del estímulo nociceptivo. Esto explicaría la disminución del efecto analgésico de los agonistas opiáceos µ que originan los antagonistas selectivos 5-HT1A y el mayor efecto analgésico observado al coadministrar agonistas m y fármacos capaces de incrementar los niveles de 5-HT como los ISRS. Se necesitan estudios posteriores que determinen con exactitud el mecanismo por el que el estímulo de los receptores µ origina la regulación a la alta de los receptores 5-HT1A postsinápticos y el papel de cada una de las áreas cerebrales en la percepción del estímulo nociceptivo.

El principal resultado obtenido en este estudio es que fentanilo mostró su efecto analgésico asociado a un incremento dosis-dependiente de la densidad máxima de los receptores 5-HT1A (regulación a la alta) sin originar modificaciones en la KD de estos receptores que supongan cambios funcionalmente destacables en su afinidad (Tablas I y II y Fig. 4). Esta regulación a la alta se correlacionó positivamente con el efecto analgésico del fármaco en las tres áreas corticales estudiadas, en las áreas mediales de hipocampo (CA1 y DGm), en los principales núcleos amigdalinos (PMCo y AHiAL) y en el tálamo. El tratamiento agudo con fentanilo favorece por tanto la neurotransmisión 5-HT1A originando un posible efecto sinérgico en relación con la producción de analgesia a nivel central mediado por los receptores m y 5-HT1A. Ambos receptores junto al efecto analgésico, presentan una amplia co-localización tanto en cerebro humano como de rata, especialmente en las regiones corticales y límbicas, y comparten sistemas biológicos acoplados (7,18).

La literatura recoge que parte del efecto analgésico de los opiáceos es realizado a través de la activación de neuronas serotoninérgicas (19-22). En este sentido la administración de agonistas opiáceos µ como morfina, incrementa la síntesis, la mayor liberación y producción de metabolitos de 5-HT (23,24). Esta estimulación del turn-over de 5-HT incrementa los niveles de 5-HT en diferentes áreas del sistema nervioso central originando analgesia (18). Igualmente se ha observado que la co-administración de ISRS con agonistas opiáceos potencia el efecto analgésico de estos últimos a nivel experimental (25) y clínico (26). Este sinergismo puede originar también reacciones adversas. Este es el caso, tanto clínico como experimental, del síndrome serotoninérgico originado por la asociación de IMAOs y meperidina que aparece debido al efecto inhibidor de la recaptación de 5-HT de meperidina en presencia de un inhibidor de su metabolización. El incremento de los niveles de serotonina cerebrales originado por ambos induce la sintomatología que aparece mediada, entre otros, por receptores 5-HT1A postsinápticos (27,28).

En sentido inverso, como se mencionó anteriormente, la inyección intratecal de 5-HT origina analgesia mediada por receptores m (1), y se ha comprobado también que la depleción experimental de 5-HT con paraclorofenilalanina a nivel central disminuye el efecto analgésico de morfina (29,30).

Ni la literatura, ni trabajos previos in vitro de nuestro grupo aportan en ningún caso la existencia de capacidad de unión de fentanilo a los receptores 5-HT1A por lo que se puede descartar un efecto directo del fármaco sobre el receptor.

Para explicar este efecto sinérgico se pueden sugerir varias posibilidades considerando la posible localización de los receptores 5-HT1A a nivel pre y postsináptico dado que sus características y funciones son diferentes. A nivel presináptico, la principal localización de los receptores 5-HT1A es en los núcleos del rafe, actuando como autorreceptores somatodendríticos inhibitorios de neuronas serotoninérgicas. La estimulación de estos receptores disminuye la concentración de 5-HT en zonas terminales cerebrales de proyección (31), mientras que la administración de antagonistas selectivos como WAY 100635, facilita la función de estas células e incrementa los niveles de 5-HT en zonas terminales (28,32). Los receptores 5-HT1A se pueden también localizar a nivel presináptico en otras áreas cerebrales, entre ellas la sustancia gris periacueductal, en la que estos receptores se comportan como heterorreceptores al localizarse en interneuronas GABAérgicas. A nivel postsináptico, los receptores 5-HT1A se localizan en neuronas no serotoninérgicas en las que actúan como heterorreceptores de efecto inhibidor. Por este motivo el incremento de los niveles de 5-HT o los agonistas como el 8-OH-DPAT producen inhibición de la actividad neuronal en todas estas áreas terminales hipocampo, córtex y otras regiones cerebrales cuando se administran mediante iontoforesis in vivo, resultando en una hiperpolarización neuronal. Este efecto inhibitorio es bloqueado por la administración de antagonistas del receptor 5-HT1A, no selectivos, como el agonista parcial buspirona, y selectivos, como WAY 100635 (28). La corteza, el hipocampo, la amígdala y el hipotálamo se consideran áreas terminales o de proyección de las neuronas serotoninérgicas del rafe.

Si el sinergismo entre los receptores m y 5-HT1A ocurriera a nivel pre-sináptico se podría originar una disminución de la función interneuronas gabaérgicas localizadas en la sustancia gris periacueductal. Estas neuronas proyectan sus axones hasta neuronas espinales secretoras de sustancia P y glutamato disminuyendo la producción-liberación de ambos neuro-transmisores de efecto pro-nociceptivo (33). En condiciones basales, estas neuronas se encuentran inhibidas por el GABA por lo que la liberación de sustancia P y glutamato se produce en función de la existencia o no de estimulación nociceptiva. La estimulación de cualquiera de estos receptores 5-HT1A y/o µ que funcionan como autorreceptores presinápticos en estas interneuronas, inhibiría la liberación de GABA a nivel de las neuronas de la sustancia gris periacueductal (34,35) quedando estas neuronas des-inhibidas. Su control inhibitorio sobre las neuronas glutamérgicas y productoras de sustancia P se incrementaría entonces originando una disminución de la producción de glutamato y de sustancia P, lo que produciría analgesia (7). A nivel presináptico, ambos receptores están acoplados a canales de potasio a través de proteínas G sensibles a toxina pertusi. La estimulación de estos receptores abriría los canales originando una inhibición por hiperpolarización neuronal, en cualquier localización (36-39). Los agonistas de estos receptores disminuirían la función neuronal y su capacidad de transmitir información. Este podría ser también el punto común sobre el que se podría producir la interacción positiva. En ambos casos, si como se ha demostrado los agonistas opiáceos originan un incremento del recambio de serotonina (23,24), cabría la posibilidad de que junto al efecto estimulador opiáceo de los receptores m, la propia serotonina endógena sintetizada y liberada en exceso por efecto de los agonistas opiáceos estimulara a los receptores 5-HT1A incrementando bien la acción inhibitoria a nivel GABAérgico bien la acción hiperpolarizante. Si unimos a este efecto el incremento de los niveles de 5-HT originado por inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina, se podría explicar el efecto sinérgico de ambos tipos de fármacos observado tanto a nivel experimental (25) como clínico (26). Otros estudios, sin embargo, muestran relaciones opuestas entre estos receptores a nivel presináptico. En este sentido se ha comprobado que la asociación de tramadol, opiáceo agonista m e inhibidor de la recaptación de serotonina y de otras monoaminas, a pindolol, antagonista adrenérgico B1 y 5-HT1A/1B, origina una potenciación del efecto analgésico de tramadol. Por el contrario, la asociación del agonista selectivo 5-HT1A 8OH-DPAT a tramadol disminuye su efecto analgésico (40). Esto nos indica que el bloqueo pre-sináptico 5-HT1A facilita la producción de analgesia, mientras que el estímulo de estos receptores disminuiría el efecto analgésico de agonistas opiáceos µ.

Considerando la localización post-sináptica de los receptores µ y 5-HT1A, la regulación a la alta de los receptores 5-HT1A en áreas cerebrales directamente relacionadas con la percepción del dolor y con la transmisión del estímulo nociceptivo, originada por el tratamiento agudo con el agonista opiáceo fentanilo, observada en este estudio, permite contemplar otro mecanismo de acción capaz de explicar la existencia de este sinergismo. La literatura recoge que la estimulación de los receptores 5-HT1A presenta efecto analgésico a nivel central (9,41). Podríamos explicar que parte del efecto analgésico de los opiáceos se realice a través del sistema serotoninérgico, primero, por el incremento de los niveles de 5-HT que origina. Y, segundo, incrementando la densidad de los receptores 5-HT1A, que al realizar un efecto heterorreceptor inhibitorio de otros sistemas neuronales, podrían inhibir el proceso de transmisión del estímulo nociceptivo originando el efecto analgésico a nivel central.

Este efecto nos permite explicar también estudios experimentales que describen como antagonistas 5-HT1A, que no muestran afinidad por los receptores opiáceos m, pueden disminuir el efecto analgésico de morfina y de otros agonistas µ (2). En este caso, el bloqueo de los receptores 5-HT1A impediría de un lado la acción de la serotonina y de otro, la realización del control inhibitorio de neuronas no serotoninérgicas.

Igualmente, este efecto de fentanilo nos permitiría explicar también la potenciación del efecto analgésico presentado por la asociación de opiáceos con los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina al unirse al efecto analgésico de ambos fármacos por separado, el mayor efecto de la serotonina endógena no recaptada actuando sobre una mayor cantidad de receptores 5-HT1A post-sinápticos.

Debería considerarse también una posible participación de los receptores 5-HT1A en la aparición de tolerancia y de adicción a agonistas opiáceos m. En relación con el papel de serotonina en la aparición de adicción y de tolerancia a opiáceos, se ha demostrado que niveles altos de 5-HT parecen acelerar el desarrollo de tolerancia tras tratamientos con opiáceos, mientras que los niveles reducidos tendrían un efecto contrapuesto (42).

Como anteriormente se apuntó, los agonistas opiáceos, y de ellos morfina sobre todo, incrementan los niveles de 5-HT al facilitar su turn-over (23,24). Se ha comprobado que el tratamiento agudo con morfina origina de forma dosis-dependiente un incremento de los niveles de 5-hidroxitriptófano en hipocampo (+17-25%), córtex (+24-36%), hipotálamo (+14-25%) y estriado (+22-35%), una disminución generalizada de los niveles de 5-HT en todas las áreas cerebrales y un incremento de los niveles de 5-HIAA. Estas modificaciones se podrían deber al efecto de morfina que al incrementar la liberación de 5-HT facilitaría su metabolización (43). En este mismo trabajo se recoge como la administración de 8OH-DPAT en dosis baja y capaz de actuar preferentemente a nivel de los receptores presinápticos del rafe disminuye la síntesis de hidroxitriptófano y de 5-HIAA en todas la áreas estudiadas en los animales dependientes de morfina y con síndrome de abstinencia, revirtiendo el efecto de morfina, mientras que en animales no dependientes a morfina carece de efecto (43). Se ha comprobado que los receptores 5-HT1A presinápticos de las neuronas del núcleo dorsal de rafe realizan un control inhibitorio de la actividad de la enzima triptófano hidroxilasa, responsable directo de la síntesis de 5-hidroxitriptófano, y, a través de él, del inicio de la síntesis de serotonina (44,45). Como tras el tratamiento agudo se observa un incremento de los niveles de 5-hidroxitriptófano, cabe suponer que estos receptores no están realizando su efecto inhibitorio del sistema enzimático. Dado que la administración de 8OH-DPAT revierte este efecto, es de suponer que la falta de función de estos receptores se debe a una falta de estímulo de estos receptores por serotonina debido a una disminución de los niveles del neurotransmisor a este nivel. Los receptores, ante esta falta del neurotransmisor endógeno desarrollan un estado de incremento de su sensibilidad que se demuestra por el rápido efecto de 8OH-DPAT revirtiendo los cambios originados por morfina. Pero ni este trabajo ni otras referencias de la literatura aportan datos sobre la función de los receptores del rafe.

La literatura refiere la existencia de una regulación a la baja en los receptores 5-HT1A en hipotálamo de ratas con síndrome de abstinencia por morfina que, sin embargo, no presentaban cambios en otras áreas como hipocampo, amígdala, núcleo estriado, cerebro anterior y núcleos del puente (46). Esto podría hacernos suponer que en condiciones de tolerancia-dependencia o no habría modificaciones de los receptores 5-HT1A en zonas terminales o se podría producir una regulación a la alta de estos receptores. Pero no hemos encontrado antecedentes en la literatura que corroboren, maticen o invaliden esta afirmación. Igualmente se desconoce si el desarrollo de tolerancia-adicción a fentanilo se desarrolla en estas mismas condiciones, dada su más corta vida media en relación con morfina. No hay referencias en la literatura que describan modificaciones de los receptores 5-HT1A en áreas cerebrales específicas en relación con la dependencia a opiáceos y concretamente a fentanilo. Desconocemos igualmente, los niveles de 5-hidroxitriptófano, de 5-HT y de 5-HIAA en los animales tratados de forma aguda en este trabajo. Igualmente carecemos de datos sobre las características de los receptores 5-HT1A del rafe de los animales tratados en este estudio y también desconocemos la posible evolución de los cambios receptoriales detectados en tratamientos más prolongados que queda pendiente de estudios posteriores.

Aunque resulta mucho más atractiva la relación de la modificación de los receptores 5-HT1A con el efecto analgésico de fentanilo, sobre todo tras comprobar la existencia de correlaciones positivas entre el efecto analgésico y el incremento de la densidad de los receptores 5-HT1A en varias de las áreas cerebrales estudiadas. No podemos descartar, siendo realistas, la posibilidad de que este efecto se relacione con la aparición de tolerancia y dependencia al estímulo opiáceo. En este sentido, recordar que ya ha sido descrito el autocontrol de la expresión de genes por opiáceos tras tratamiento prolongado y que ha sido relacionado con la aparición de tolerancia, dependencia y síndrome de abstinencia (47-51). En relación con fentanilo se ha observado su capacidad de originar una autorregulación a la alta en sólo 6 horas de MOR mRNA, el RNAm que codifica la síntesis del receptor opiáceo µ (52).

Dado que los receptores µ y 5-HT1A comparten sistemas de transducción como el AMPc dependiente de protein kinasa y proteínas Gi/o acopladas a varios canales iónicos, los cuales modulan también la expresión de genes, se podría aventurar que fentanilo podría de forma directa o indirecta también modificar, en este caso activándolo, la expresión de genes relacionados con la expresión de los diferentes componentes de los receptores 5-HT1A originando de esta forma la regulación a la alta observada. En contra de esta opción está el escaso tiempo transcurrido entre la administración del medicamento y el sacrificio y determinación de los receptores del animal, sólo 30 minutos, tiempo tal vez insuficiente para que se produzca la expresión genética, sea operativa y se manifieste en forma de un incremento del número de receptores.

El análisis de estos datos y de la literatura científica deja pendiente de trabajos en vías de realización y futuros, entre otros, la caracterización del efecto de fentanilo en tratamiento crónico en relación con su posible capacidad de modificar los receptores 5-HT1A centrales. Así como de relacionar más exhaustivamente estas modificaciones con la secuencia de aparición del efecto analgésico del fármaco o con el desarrollo de tolerancia y la incidencia de dependencia y de otras reacciones adversas. Todos estas cuestiones están siendo objeto de otros trabajos o lo serán en su futuro, dentro de este grupo de investigación.

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