CAMBIOS EN LA MORFOLOGÍA NEURONAL DEL HIPOCAMPO Y LA CORTEZA PREFRONTAL EN UN MODELO DE POST-MENOPAUSIA EN RATA. Resumen Ofir Picazo Picazo Los estrógenos tienen un gran impacto sobre la generación de nuevas conexiones sinápticas y espinas dendríticas, pero su efecto sobre los procesos de memoria y aprendizaje aun no son bien entendidos. En este trabajo estudiamos el efecto del 17ß-estradiol sobre dos pruebas de aprendizaje en ratas a las cuales se les eliminaron las hormonas ováricas mediante cirugía. Estos efectos se compararon con ratas tratadas con estrógenos durante dos semanas y a dos tiempos diferentes después de la cirugía con el objeto de explorar si la rata ovariectomizada, en el largo plazo se parece a la mujer postmenopáusica, es decir, para ver si la ovariectomía a largo plazo produce deficiencias en las habilidades cognitivas en la rata al igual que ocurre con muchas mujeres postmenopáusicas. Se analizó la morfología neuronal de dos zonas cerebrales: hipocampo ventral y dorsal (región CA1) y corteza media prefrontal mediante la técnica de impregnación de Golgi-Cox. Los datos muestran que el número de espinas dendríticas en el hipocampo pero no en la corteza cerebral de la rata ovariectomizada disminuye a las 12 semanas después de practicada la cirugía; en ambas regiones la ausencia de hormonas ováricas no tiene efecto sobre la longitud neuronal y por el contrario, el tratamiento estrogénico incrementa el número de espinas dendríticas en las dos regiones estudiadas. Contrariamente a lo esperado, el tratamiento con estrógenos inmediatamente después de la cirugía tiene un efecto contrario al esperado, es decir reduce el número de espinas dendríticas tanto en el hipocampo como en la corteza. Estos resultados permiten inferir que los estrógenos tienen un efecto bifásico sobre la espinogénesis dependiendo del tiempo transcurrido sin hormonas ováricas. Introducción Las hormonas ováricas regulan algunos procesos reproductivos como son la secreción de hormonas gonadotropinas y prolactina así como la modulación de la conducta sexual, pero también intervienen en otras funciones como son: la fluidez verbal, orientación espacial, memoria, control motor, sensibilidad al dolor y estados emotivos. En estudios realizados en diversas regiones cerebrales, se ha observado que el estradiol promueve el crecimiento dendrítico e incrementa la densidad de espinas dendríticas, así como también, se le han atribuido efectos
neuroprotectores contra diversas enfermedades neurodegenerativas como son el Alzheimer, Parkinson y daño cerebral por hipoxia; actúa a nivel de las cascadas de señalización de la apoptosis previniendo la muerte neuronal, también protege a las células contra el estrés oxidativo y la excitotoxicidad del glutamato mediante la activación de una serie de proteinfosfatasas e interviene en mecanismos de comunicación sináptica, en regiones del cerebro relacionadas con procesos cognitivos como es el hipocampo, procesos que adquieren particular importancia cuando los niveles circulantes de estrógenos disminuyen y la función hipocampal declina. El estradiol aumenta el efecto protector de los factores de crecimiento como las neurotrofinas que son factores de crecimiento, entre los cuales los más reportados son: el factor neurotrófico derivado del cerebro, el factor de crecimiento derivado de la insulina y el factor de crecimiento neuronal, los cuales modulan genes que afectan la supervivencia neuronal protegiendo al tejido nervioso de la apoptosis y pueden iniciar la recuperación de varias formas de lesión y también se ha observado que los estrógenos inhiben la gliosis reactiva que forma la cicatrización que impide la regeneración neuronal en sitios de lesión. Se sabe que el estradiol induce neurotrofismo mediante el desarrollo de espinas del tipo de las filopodias, las cuales sirven como guías para la formación de espinas dendríticas maduras. Los cambios producidos por el estradiol sobre la morfología neuronal consisten en un aumento de la densidad de espinas dendríticas y de la síntesis de proteínas sinápticas sintaxina y espinofilina, en las células piramidales de la zona CA1 del hipocampo así como un incremento de receptores para glutamato del tipo NMDA. Por otro lado, el modelo de postmenopausia por ovariectomía ha sido utilizado para el estudio de la osteoporosis pero parece ser útil también para explorar cambios conductuales asociados a la pérdida de la función ovárica. Este modelo incluye la extracción quirúrgica de los ovarios en ratas jóvenes y su recuperación durante un tiempo aproximado de 12 semanas. Al término de este tiempo, estos animales presentan cambios morfológicos, endocrinológicos y en el estado de ánimo similares a los que ocurren en mujeres postmenopáusica. Otras alteraciones fisiopatológicas similares a las que ocurren en las mujeres posmenopáusicas incluyen modificaciones en los niveles tanto de hormonas ováricas como hipotalámicas. Además, estudios in vitro demostraron que las hormonas gonadales por sí mismas pueden inducir algunas modificaciones morfológicas en diversas zonas del cerebro. Con base en lo anterior en este trabajo utilizó el modelo animal de postmenopausia por ovariectomía para explorar el efecto del estradiol sobre algunos parámetros relacionados con la estructura microscópica de las neuronas de ratas
Material y métodos Se usaron 40 ratas hembra Wistar, las cuales fueron previamente ovariectomizadas bajo anestesia con 2,2,2, tribromoetanol (0.2 g/kg, i.p.). Más tarde se hicieron dos grupos; el primero recibió una injección diaria (s.c.) de aceite de maiz o de benzoato de estradiol (50 µg/kg) durante dos semanas después de la ovariectomía, el otro grupo recibió la mismo pero 10 semanas después de la cirugía. Un día después de la última inyección todas las ratas fueron anestesiadas profundamente para proceder a la extracción de sus cerebros, los cuales fueron procesados mediante la técnica de Golgi-Cox que se describe en el manuscrito enviado. Más adelante se hicieron seccionados en cortes de 200 micras para su tratamiento histológico y observación en un microscopio dotado con cámara lúcida. El árbol dendrítico de las dos áreas selectas; corteza e hipocampo se estudió mediante el análisis de Sholl, asimismo se estimó también el número de ramas de cada dendrita asi como su longitud. Los datos de cada región cerebral se procesaron mediante un análisis de dos vías, tomando en consideración el tiempo postovariectomía como factor A y el tratamiento hormonal como factor B. Un valor de p igual o menor a 0.05 se consideró significativo. Resultados Fig 1. Análisis de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal de ratas ovariectomizadas, con tratamiento estrogénico, a dos tiempos diferentes tras la ovariectomía; inmediatamente después (immediately-ovx) y 10 semanas
después (10-w-10). A, fotografía que muestra una típica neurona piramidal tomada del grupo control tratado con aceite de maiz (vehicle) inmediatamente después de la extracción de los ovarios. B, densidad de espinas dendríticas (mean spines/10 um), nótese que ésta es diferente en el grupo tratado con estradiol menor cuando las ratas fueron tratadas inmediatamente y mayor cuando el tratamiento se hizo a las 10 semanas. C, Ninguna diferencia se pudo observar en relación a la longitud de estas neuronas (mean length), es decir el tratamiento hormonal o la ausencia de hormonas ováricas debida a la ovariectomía no está relacionada con la longitud de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal, estos valores analizados estadísticamente se pueden observar en D y E. La letra a representa una diferencia estadística contra el correspondiente control de cada grupo mientras que la letra b indica que hay diferencia entre ambos grupos control (p<0.05). Fig 2. Análisis de las neuronas piramidales del hipocampo dorsal de ratas ovariectomizadas, con tratamiento estrogénico, a dos tiempos diferentes tras la ovariectomía; inmediatamente después (immediately-ovx) y 10 semanas después (10-w-10). A, fotografía que muestra una típica neurona piramidal de esta región cerebral, tomada tras la impregnación con la técnica de Golgi-Cox, del grupo control tratado con aceite de maiz (vehicle) inmediatamente después de la extracción de los ovarios. B, densidad de espinas dendríticas (mean spines/10 um); en este caso el número de espinas disminuyó tras el trtamiento inmediato con estradiol, y aumentó en el grupo de las 10 semanas. C, Como en el caso anterior, ninguna diferencia se pudo observar en relación a la longitud de las neuronas de esta region cerebral (mean length), en otras palabras los estrógenos no están relacionados con la longitud de las neuronas piramidales del hipocampo dorsal. Los valores numéricos, analizados estadísticamente, se muestran en D y E.
Aquí, la letra a representa una diferencia estadística contra el control (columna izquierda) mientras que la letra b indica una diferencia de este grupo contra su correspondiente control tratado con aceite (p<0.05). Impacto De los hallazgos anteriores se puede concluir que de acuerdo con algunos reportes clínicos, la administración de estrógenos puede tener efectos bifásicos, en algunos casos el efecto es benéfico como en el caso del grupo de las ratas tratadas con esta hormona largo tiempo después de la eliminación ovárica, donde se observó un aumento de la densidad de espinas dendríticas en ambas regiones estudiadas, Por otro lado, el mismo tratamiento tuvo el efecto contrario cuando fue administrado inmediatamente tras la cirugía. Además, es importante mencionar que la mera eliminación de la fuente endógena de estradiol disminuye el número de dendritas. La repercusión que estos datos pueden tener está relacionada con las deficiencias cognitivas que muestran muchas mujeres cuando han pasado mucho tiempo sin hormonas ováricas, es decir durante la postmenopausia. Como es evidente, el empleo de animales de laboratorio para estudiar los fenómenos asociados a la posmenopausia humana es una herramienta útil para estudiar porqué fallan algunas terapias de sustitución hormonal y en algunas situaciones son muy útiles. Más información de este tipo sería muy útil para que las mujeres pudieran beneficiarse de las terapias hormonales que se ofrecen actualmente para atenuar los desórdenes de la postmenopausia.