Análisis de Esclerosis del Hipocampo en Epilepsia Temporal: CA1 y CA3., Monografías, Ensayos de Psicología

¡Descarga Análisis de Esclerosis del Hipocampo en Epilepsia Temporal: CA1 y CA3. y más Monografías, Ensayos en PDF de Psicología solo en Docsity! Artículos de revisión Estela López-Hernánde AOS Resumen La epilepsia del lóbulo temporal es la forma más común de epilepsia que padece el ser humano. El sustrato fisiopatoló- gico que la caracteriza es la esclerosis del hipocampo, que se distingue por pérdida neuronal, gliosis y disminución del volumen del hipocampo y áreas vecinas como la amígdala, el giro parahipocámpico y la corteza entorrinal. Lo anterior ocasiona atrofia y esclerosis del hilus del giro dentado y de las áreas CA1 y CA3 del hipocampo. Además se establece cierta reorganización de las vías neuronales que favorecen la neoespinogénesis, la morfogénesis, la neosinaptogéne- sis y la neurogénesis, con desarrollo aberrante de células y fibras, que contribuyen a la formación de un foco cuyo componente neuronal muestra un significativo aumento en la excitabilidad. Elinterés por entender el proceso de la epileptogénesis ha motivado al diseño de modelos de este tipo de epilepsia en animales de experimentación. La epileptogénesis evoluciona en el tiempo y muestra que la reorganización dinámica de las vías neuronales establece una red neuronal con cam- Laboratorio de Neurofisiología. Departamento de Anatomía Facultad de Medicina. UNAM. México, DF. Correo electrónico: hugosoleservidorunam.mx Recibido: 20-05-2011. Aceptado: 27-03-2012 Revista de la Facultad de Medicina de la UNAM bios funcionales y anatómicos muy significativos. En este trabajo se realiza una revisión de la información obtenida por estudios electrofisiológicos que combinan el marcaje celular mediante el registro intra o extracelular en el hipocampo y en particular de las áreas CA1 y CA3 involucradas estrecha- mente con la epileptogénesis. Palabras clave: epilepsia del lóbulo temporal, registro intrace- lular, marcaje celular, áreas CAT y CA3 del hipocampo, hiperex- citabilidad. Temporal lobe epilepsy and hippocampal neurons from areas CA1 and CA3 Abstract Temporal Lobe Epilepsy is the most common form of hu- man epilepsy. Hippocampal sclerosis, neuronal loss, gliosis and hippocampal volume reduction are the representative changes of this pathology. Also some other near areas like amygdala, gyrus parahipocampal and entorrinal cortex are affected. Furthermore the neural circuits undergo activity- dependent reorganization during epileptogenesis. This brain circuits remodeling include neuronal loss (acute and dela- yed), neurogenesis, gliosis, plasticity (axonal and dendritic), inflammation and molecular reorganization. Two significant changes are evident, aberrant sprouting of granule cell axons in the dentate gyrus and hilar ectopic granular cells. Becau- se temporal lobe epilepsy commonly develops after brain injury, most experimental animal models involve use of this factor. The pilocarpine-induced status epilepticus rat mo- del may be the most widely used model of temporal lobe epilepsy. In the present work, we review the experimental support for seizure-induced plasticity in neural circuits, and then turn to evidence that seizure-induced plasticity occurs in human temporal-lobe. Key words: temporal lobe epilepsy, intracellular recording, labe- led neurons, CA1 and CA3 hipocampal areas, hyperexcitability. INTRODUCCIÓN La epilepsia es la enfermedad más común de las afec- ciones cerebrales graves. Es un problema global que afecta a personas de todas las edades, razas y cla- ses sociales. Tiene fuertes consecuencias biológicas, psicológicas y económicas no sólo para el paciente y su familia, sino también para la sociedad en ge- neral. La discriminación y el estigma afectan por igual a todos los que la padecen'”?. Se estima que 50 millones de personas tienen epilepsia, de las cuales cerca de 5 millones viven en Latinoamérica y el Caribe. Los informes reportan que de las per- sonas quienes sufren epilepsia, por lo menos entre el 60 y 80% no son diagnosticadas o no reciben tratamiento pese a ser altamente efectivo, aunque a veces muy agresivo por los efectos secundarios?4. En México se ha estimado una prevalencia de 10.8 220 por cada 100,000 habitantes”. El término epi- lepsia no se refiere a una enfermedad específica sino a un conjunto heterogéneo de trastornos neurológicos que representa una reacción anormal del encéfalo a ciertos tipos de agresión. En América Latina y el Caribe los más afec- tados son los niños y los adultos jóvenes, posi- blemente debido a las deficiencias en la atención perinatal, al acceso a los servicios de salud y a los medicamentos de un porcentaje importante de la población, así como a una mayor incidencia de desnutrición, traumas craneanos, enfermedades in- fecciosas y parasitarias del sistema nervioso central (SNC)! La manifestación clínica de la epilepsia son las crisis convulsivas. Entre el 60 y 70% de las epilepsias focales complejas refractarias al tratamiento corres- ponden a epilepsia del lóbulo temporal (ELT), por E. López-Hernández, H. Solís lo que se considera una de las formas más comu- nes de epilepsia en el humano”. La anormalidad anatómica que caracteriza a la ELT es la esclerosis del hipocampo (EH) o esclerosis mesial temporal (EMT), por lo que se considera que el hipocampo juega un papel importante en la epileptogénesis o mecanismo que desencadena las cris El interés por entender este complejo proceso en el que se han descritos cambios anatómicos, fisio- lógicos, bioquímicos y moleculares que progresan con el transcurso del tiempo y llegan a provocar las crisis espontáneas recurrentes ha motivado a dise- ñar varios modelos experimentales de epilepsia que nos permitan entender como suceden las diversas alteraciones antes, durante y después de que ocu- rra la hiperexcitabilidad neuronal y la consecuente crisis convulsiva espontánea!"'', Uno de estos mo- delos se desarrolla en ratas a las que se les provoca la ELT con la administración de un agonista del receptor muscarínico-1, la pilocarpina'?'*. La ven- taja de este modelo es que reproduce con exactitud las características fisiopatológicas que se observan en el humano con ELT'*, En este trabajo de revisión se analiza la informa- ción obtenida en estudios electrofisiológicos, regis- tros intra o extracelulares, y el marcaje con trazadores biológicos como la biocitina. Hacemos un análisis de la actividad eléctrica neuronal y de los cambios morfológicos que presentan las células de las áreas CA1 y CA3 del hipocampo por la administración de pilocarpina a animales de experimentación y que desarrollan ELT. EPILEPSIA DEL LÓBULO TEMPORAL Generalidades La anormalidad anatómica que caracteriza a la ELT es la esclerosis del hipocampo (EH) o esclerosis me- sial temporal (EMT). La primera descripción de esta alteración se le atribuye a Bouchet y Cazauvieilh, quienes en 1925 observaron en estudios post mór- tem modificaciones escleróticas en el hipocampo de epilépticos y en el de personas psiquiátricas no epilépticas, y les llamaron esclerosis del cuerno de Ammon (ECA). En 1880 Sommer describió los cambios más evidentes de la ECA en el campo CA 1, a esa área se le identificó como vulnerable y se le Vol. 55, N? 5. Septiembre-Octubre 2012 MPA O distal de las células de CA3 y CA2 estuvo orientada verticalmente y su anchura usualmente no excedió la de las dendritas en el estrato radiado o estrato oriens. Sin embargo, la dendrita distal de las célu- las de CA1 se proyectó transversalmente, a cierta distancia por debajo de la fisura del hipocampo. El plexo dendrítico de las células piramidales de CAL en el estrato lacunoso molecular, con frecuen- cia fue sustancialmente más ancho que en el es- trato radiado o en el estrato oriens. Respecto a las espinas dendríticas también notaron diferencias, sobre todo en los espacios que hay entre ellas a lo largo de todo el árbol dendrítico. Las dendritas pri- marias tuvieron más pocas espinas típicas con res- pecto a las dendritas secundarias en las que hubo orden superior y ramas dendríticas delgadas. La por- ción proximal de la dendrita apical de las células de CA3, que se proyectaron a través del estrato lucido, en donde las especializadas fibras musgosas con sus espinas excrecentes estuvieron presentes, tuvieron poca o casi ninguna espina clásica. Las espinas lo- calizadas en las ramas dendríticas del estrato oriens y el estrato radiado se observaron muy similares en tamaño, forma y espacio. Y al parecer, en el estrato lacunoso-molecular las espinas tuvieron mayor es- pacio a lo largo de la dendrita?> Desde el punto de vista electrofisiológico tam- bién es sabido que las neuronas tienen característi- cas muy particulares que las distinguen muy bien a unas de otras. Desde los estudios de Galvani (1780), quien descubrió que el funcionamiento del siste- ma nervioso está intrinsicamente relacionado con la actividad eléctrica, hasta nuestros días, en don- de las herramientas de la electrofisiología moderna permiten estudiar las propiedades del canal único (iónico) y otros muchos fenómenos complejos. La electrofisiología ha interaccionado en todos los ni- veles para tener mejor entendimiento del funcio- namiento del sistema nervioso, desde los aspectos básicos moleculares hasta abordajes más integrati- vos, como el comportamiento”. Las evidencias anatómicas observadas en la ELT han sido reforzadas con una gran variedad de estu- dios electrofisiológicos en los que se demuestra que la actividad cortical de alta frecuencia, 250-600 Hz (ondulaciones rápidas o fast ripple), es un aspecto PU] — Revista de la Facultad de Medicina de la UNAM crucial en la epileptogénesis y la generación de la crisis. En animales a los que se les ha aplicado ácido kaínico y se les ha registrado la actividad electroen- fecalográfica en libre movimiento, o los potencia- les de campo se ha observado que al comienzo de la crisis epiléptica hay aumento en la actividad de alta frecuencia*””. También se ha valorado la exci- tabilidad del GD, con el uso de la técnica de pulsos pares. Se ha observado que el potencial provocado en respuesta al estímulo de la vía perforante (VP), disminuye antes y después del comienzo de la cri- sis, y con el segundo pulso hay incremento paralelo en la excitabilidad*. En estudios realizados en nuestro laboratorio en los que se ha valorado la participación de la inhibi- ción recurrente mediante la cuantificación del ín- dice de máxima inhibición, utilizando la técnica de pulsos pares, en diferentes modelos de alteraciones de la excitabilidad neuronal como son, el kindling, la aplicación de sustancias químicas convulsionan- tes” y la isquemia cerebral focal transitoria**, hemos observado también que el aumento en la excitabili- dad neuronal obedece a un mecanismo de desinhi- bición que probablemente se debe a lesión de inter- neuronas gabaérgicas*”, Con el registro intracelular (RI) se estudian las variaciones en el voltaje o la corriente que se gene- ran por el intercambio iónico a través de la mem- brana celular. Se utiliza un microelectrodo con punta muy fina (< 1p) que se inserta en el interior de la célula, y a través del cual se pueden valorar las propiedades intrínsecas de la membrana neuronal, esto es, el potencial de membrana, la frecuencia de disparo, la duración y amplitud de la espiga y la resistencia de la membrana, entre otras. Desde los estudios realizados por Eccles (1948), Hunt y Kuffler (1950), Katz (1951) y Hodking y Huxley (1963), el RI ha sido una de las técnicas más importantes para el estudio de la electrofisio- logía celular y hasta nuestros días resulta muy útil para conocer mejor las propiedades eléctricas de las neuronas, tanto en el animal íntegro como en re- banadas de cerebro. Si se combina con la inyección de colorantes como la biocitina nos permite carac- terizar, desde el punto de vista electrofisiológico y morfológico, a la neurona registrada y con esto E. López-Hernández, H. Solís sae los 10 mV Figura 1. Valoración de la actividad eléctrica y la morfología de las neuronas registradas en el hipocampo de rebanadas de cerebro de ratas a) Actividad eléctrica de una neurona localizada en el estrato piramidal del área CA1 del hipocampo de rata. Se obtuvo a través del registro intracelular in vivo, con el animal anestesiado. La actividad neuronal se valoró mediante la aplicación de pulsos de corriente de diferente intensidad, con el potencial de membrana fijado en -65 mV. Se muestra un pulso de 0.2 nA que provocó la respuesta de 2 potenciales y que reflejan la responsividad de la célula. lb) Morfología de la célula registrada. El marcaje se obtuvo mediante la liberación iontoforética de biocitina, usando un tren de pulsos de corriente de 0.5 nA, 20 milisegundos de duración y frecuencia de 10 Hz, durante 10 min. Es probable que la aplicación de los pul- sos de corriente positiva para liberar la biocitina haya marcado 2 células, pero también se pone en evidencia la posible existencia de uniones estrechas en las células piramidales hipocampales que permiten la difusión de la biocitina entre ellas. Datos obtenidos en nuestro laboratorio y aún no publicados. contribuir al conocimiento de los diferentes tipos neuronales en condiciones normales y patológicas. Mediante las diversas modalidades electrofisio- lógicas en las que se fija el voltaje o la corriente se hace un análisis cuantitativo minucioso de las diferentes propiedades intrínsecas de la membrana celular, que permite entender e interpretar el comportamiento de las neuronas. De manera global y muy simple, podemos decir que todas las aferencias que recibe una célula contribuyen directamente en los poten- ciales dendríticos y que las eferencias provenientes de múltiples ramificaciones neuronales se suman en el axón. Por los estudios llevados a cabo en los que se reali- 76 el RI y el marcaje celular, para valorar la actividad eléctrica y la morfología de las neuronas registradas en el hipocampo de rebanadas de cerebro de ratas o guinea pig, se sabe que el patrón de disparo caracte- stico de las células de CA1 relacionado con va Y s conductancias entre las que destacan la corriente M (Ly) y la corriente h (1,) que son moduladas de forma importante por entradas gabaérgicas dendrí- ticas y somáticas, consiste en un patrón de espigas rápidas, con varios patrones de disparo de poten- ciales en los que destaca el patrón de adaptación que muestra la célula (figura 1). Se sabe también que existen diferencian entre las propiedad Í de la membrana de las diferentes partes (soma y dendritas) de las células piramidales de CA1, y las interneuronas del estrato lacunoso molecular, así como en la morfología de estos tipos de neuronas, como se describió anteriormente. Wong et al (1979) plantearon la posibilidad de que las dendritas del hipocampo tienen la capacidad de generar espigas mediadas tanto por Na* como por Ca?*. Y que las espigas mediadas por Na" pue- den reflejarse en el soma como un prepotencial rá- pido que puede provocar espigas y afectar la parte distal de la célula. Mientras que la generación in- trínseca de ráfagas de potenciales de las dendritas, están estrechamente relacionadas con la presencia de espigas de Ca** de alto umbral, que provocan despolarizaciones de gran amplitud. Se sabe que la membrana del soma, en parte está eléctricamente aislada de los eventos rápidos de las dendritas, porque secas tiene mayor constante de tiempo. Estos y otros es- tudios sugieren que el significado funcional de los cambios morfológicos que se han observado en los diferentes tipos de neuronas del hipocampo toda- vía no está claro. Vol. 55, N? 5. Septiembre-Octubre 2012 PA] O A | 10 mV -65 mV 0.2 nA Figura 2. Respuesta de las neuronas piramidales de CA1 de los animales tratados con pilocarpina y AK a) Morfología de una neurona de la región CA3 del hipocampo de una rata a la cual se le provocó estado epiléptico (EE) por la aplicación de pilocarpina y que se controló por la administración de benzodiacepina. El marcaje de la célula se realizó por la inyección iontoforética de biocitina, usando un tren de pulsos de corriente de 0.5 nA, 20 milisegundos de duración y frecuencia de 10 Hz, durante 10 min. b) Registro intracelular de la actividad espontánea de la neurona marcada, el cual muestra el patrón de disparo que frecuentemente se observa en los animales que han presentado EE. Este patrón se caracterizó por aumento en la frecuencia de disparo y la aparición de descagas trenes de potenciales de acción- con aspecto paroxístico similar a las despolarizaciones paroxísticas (DP). El registro y marcaje intracelular se obtuvieron con la preparación in vivo, y cuando el animal mostraba por lo menos 2 crisis convulsivas al día. En promedio 5 semanas después del EE (datos obtenidos en nuestro laboratorio aún no publicados). Las bases iónicas del potencial de membrana así como las conductancias que se generan son dife- rentes en cada parte de la neurona. Es decir, en el intento por describir las funciones integrales de es- tas neuronas debemos tener presente la variedad de conductancias que son activadas distintamente en el soma y las dendritas debido a los cambios en el potencial de membrana. La inhibición somática y dendrítica de las células piramidales se deduce por la actividad de las interneuronas del estrato piramidal y de los demás estratos y zonas del hipocampo, y es importante tener en cuenta que, por ejemplo, una sola interneurona del tipo célula en canasta hace contacto con más de 1,500 neuronas piramidales y con otras 60 interneuronas positivas a parvalbúmi- na, entre otras 323335375054, Aspectos morfológicos y fisiológicos de las neuronas de las áreas CA1 y CA3 del hipocampo con ELT En las investigaciones realizadas en las que se han estudiado las alteraciones presentes en las rebana- das del cerebro de ratas epilépticas por pilocarpi- PL Revista de la Facultad de Medicina de la UNAM na o ácido kaínico (AK), se reporta que las ramas principales del axón de las células piramidales de CA1 de las ratas control tuvieron colaterales axo- nales escasas, cortas y delgadas en el estrato oriens, en donde se ubica la mayoría de neuronas gabaér- gicas, y no llegaron al estrato radiado, mientras que en las ratas con crisis espontáneas observaron que un gran número de colaterales delgadas se originaron del axón y se extendieron a través de las dendritas ba- sales. Las ramas del axón principal se proyectaron por el estrato oriens y el alveus y mostraron nume- rosas colaterales en el estrato oriens, frecuentemen- te invadieron al estrato piramidal y al radiado de la región CAl. También se observó que las neuronas piramidales de CA1 de los animales tratados con pilocarpina y AK presentaban pequeñas varicosidades a lo largo de toda la rama axonal incluyendo a las colaterales en el estrato radiado. Parece que estas varicosida- des establecen contacto sináptico con el soma y los procesos dendríticos de las neuronas piramidales. Mediante el registro electrofisiológico de las neuro- nas de CAL, al estimular el estrato radiado, se ge-