Facultad de Medicina Departamento de Farmacología y Terapéutica Seminario Práctico Nº 7 NEUROTRANSMISIÓN EN EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL (II).- 1.- Las técnicas de patch-clamp El mecanismo de acción de muchos fármacos que actúan sobre canales iónicos en el sistema nervioso central, se ha esclarecido gracias a las denominadas técnicas electrofísiológicas de patch-clamp ; este término es difícil de traducir pero significa fijación de voltaje en un parche de la membrana celular. Tal ha sido el caso de los anestésicos generales, el de las benzodiazepinas y el de los barbitúricos, cuyos mecanismos de acción se conocen gracias a estas técnicas. Un físico, Erwin Neher, y un médico, Bert Sakmann, ganaron el Premio Nóbel de Medicina en 1991 por inventar las técnicas de patch-clamp y hacerlas asequibles a cientos de laboratorios en todo el mundo (Fig. 1). Fig. 1 Farmacología General. Tercer Curso 1 / 8
1.1. Defina las configuraciones de la técnica de path-clamp denominadas parches in situ, parche escindido fuera-fuera y parche escindido dentrofuera. 1.2. Indique el tipo de corrientes que pueden obtenerse con las configuraciones de 1.1 1.3. Describa las configuraciones de célula completa y de parche perforado. 1.4. Describa el tipo de corrientes que se obtienen con las configuraciones de 1.3. Farmacología General. Tercer Curso 2 / 8
Neurotransmisión en el sistema nervioso central (II) Seminario Práctico nº 8 2.- Un experimento que demuestra el mecanismo de acción del diazepam y del flumacenilo.- Los doctores M. Eghball, J.P. Curmi, B. Birnir y P.W. Gage, hicieron un elegante experimento valiéndose de la técnica de patch-clamp en la configuración de parche escindido dentro-fuera, en cultivos de neuronas hipocampales de rata neonata (Nature 388: 71-75, 1997). El experimento se representa en la figura 2. Fig. 2 Farmacología General. Tercer Curso 3 / 8
2.1. El trazado A se inició con la adición, al líquido de superfusión, de 5 µm de GABA. Qué significan las deflexiones del trazado de corriente? Qué características tienen? 2.2. El segundo trazado de la figura se inicia con la adición de GABA y 1 µm de diazepam (DZ, flecha). Qué observa en éste y en los tres siguientes trazados obtenidos en presencia de GABA y diazepam? 2.3. El trazado Ba se obtuvo en presencia de 0,5 µm de GABA, una concentración 10 veces menor que la utilizada en el trazado A. Cómo son las deflexiones en Ba, comparadas con A? 2.4. El trazado Bb se obtuvo en presencia de 0.5 µm de GABA y 1 µm de diazepam. Qué ha ocurrido? 2.5. El trazado Bc se obtuvo en presencia de GABA, diazepam y 10 nm de flumazenilo. qué ha cambiado con respecto al trazado anterior? 2.6. El trazado Bd se obtuvo en presencia de GABA, diazepam y 200 nm de fluomazenilo. Ahora, los trazados Ba y Bd parecen idénticos. Por qué? Por qué no se suprimen totalmente las deflexiones de corriente en el trazado Bd? 2.7. El histograma C representa la conductancia de los canales de GABA ( qué subtipo de receptor, GABA A o GABA B?) con los distintos tratamientos. Dz, diazepam (1 µm), FL, flumazenilo, a las concentraciones nanomolares que se indican. Qué significado tienen las unidades de la ordenada (picosiemens, ps)? 2.8. A la luz de los resultados de este experimento, deduzca las implicaciones clínicas del mismo. Por ejemplo, en relación a la clara indicación del diazepam para tratar las convulsiones en los niños o el status epilepticus. O la utilización clínica del flumazenilo en anestesiología o en casos de intoxicación por benzodiazepinas. O en procesos que requieren una relajación muscular. O como ansiolíticos o hipnóticos. 2.9. La figura 3 es muy ilustrativa y puede ayudarle a comprender los sitios de unión alostéricos de varios grupos de fármacos y sus efectos sobre el receptor GABA ( GABA A o GABA B?). Qué ión permea el ionóforo del receptor gabaérgico? Qué señal produce, excitadora o inhibidora? Despolarizante o hiperpolizante? Farmacología General. Tercer Curso 4 / 8
Fig. 3 Farmacología General. Tercer Curso 5 / 8
3.- Un experimento que remeda los síntomas motores de la Enf. de Parkinson.- El experimento de la figura 4 lo hizo el doctor Irwin Kopin en los Institutos de Salud Pública, Bethesda, Maryland, EE. UU. Para ello creó una enfermedad de Parkinson experimental en monos y midió la actividad locomotora y los cambios conductuales de los mismos, antes y después de distintos tratamientos. Fig.-4 3.1. Interprete las unidades de las ordenadas del histograma. 3.2. Conoce la historia del MPTP? Cuál es su nombre químico? Cuál es su mecanismo neurotóxico? Qué papel desempeña la MAO en la neurotoxicidad por MPTP? Por qué disminuye tan drásticamente los tres parámetros de motilidad y conducta? De qué forma contribuyó el MPTP a conocer las bases neuroquímicas de la enfermedad de Parkinson? Qué neurotransmisor y qué núcleos cerebrales están más afectados en esta enfermedad? 3.3. La administración de ropirinol (rop. 0.1 mg/kg, vía oral) produjo una reversión muy acusada de los efectos del MPTP. A través de qué mecanismo se realiza esta reversión? 3.4. También la administración de levodopa (50 mg/kg, oral) más benserazida (12.5 mg/kg, oral) (L-dopa) revirtió los déficits motores y conductuales producidos por el MPTP. Por qué se asoció benseracida a la levodopa? Cuál es el mecanismo implicado en la reversión de los efectos del MPTP por la levodopa? qué relevancia clínica tiene la asociación levodopa-benserazida, o levodopa-carbidopa? 3.5. Sin embargo la bromocriptina sólo revirtió, parcialmente, los movimientos de la cabeza, pero no la actividad locomotora ni el número de saltos que daban los monos. Por qué? Cuál es el fundamento de la utilización de la bromocriptina en la hiperprolactinemia? Qué receptor está implicado y en qué situación clínica se utiliza? Farmacología General. Tercer Curso 6 / 8
Neurotransmisión en el sistema nervioso central (II) Seminario Práctico nº 8 4.- Un problema farmacocinético de anestesia general.- La figura 5 muestra una familia de curvas que representan la velocidad de equilibrio entre alvéolo (FA = concentración del anestésico en alvéolo) y aire inspirado (FI=concentración del anestésico en el aire inspirado) de varios anestésicos generales inhalatorios. Fig.- 5 4.1. Qué anestésicos son más solubles en sangre y tejidos, los que alcanzan con más rapidez el equilibrio F A /F I, o los que alcanzan dicho equilibrio con más lentitud? 4.2. Qué anestésico inducirá con más rapidez la anestesia general? Por qué? 4.3. Y al contrario, con qué anestésico se saldrá antes de la anestesia, una vez finalizada la intervención quirúrgica? Por qué? 4.4. A pesar de su rapidez para alcanzar el equilibrio F A /F I, la utilización de óxido nitroso como único agente anestésico presenta problemas para alcanzar la anestesia completa. Por qué? Debería asociarse con otro anestésico general? Con cuál? Por qué a pesar de sus limitaciones cinéticas, continúa teniendo vigencia el óxido nitroso? Farmacología General. Tercer Curso 7 / 8
5.- Un problema de inducción de la anestesia general.- El pentotal sódico (tiopental) es un barbitúrico que, administrado intravenosamente, induce la anestesia general en pocos segundos; la duración de la anestesia es de pocos minutos. En el experimento de la figura 6 se han medido los niveles séricos de tiopental (ordenada) en función del tiempo (abscisa), tras una sola dosis intravenosa del fármaco, en un paciente que se iba a someter a una intervención quirúrgica. Fig.- 6 5.1.-Inicialmente, los niveles séricos de tiopental alcanzan un valor cercano a los 100 µg/ml. Explicaría esto la rápida inducción de la anestesia? Sobre qué propiedad farmacocinética se fundamenta dicha inducción rápida? 5.2.-La curva de niveles circulantes de tiopental semeja a una curva bi-exponencial con un componente rápido inicial y otro más lento tardío. Qué consecuencias tiene el componente rápido para la duración de la anestesia? 5.3.- Y el componente lento, qué relevancia clínica puede tener? Sería igual en un sujeto delgado y en otro obeso? 5.4.- En qué circunstancias clínicas estaría indicada una inducción rápida de la anestesia general, pero de tan corta duración? Farmacología General. Tercer Curso 8 / 8