Papel de los canales de Potasio tipo M en la transmisión nociceptiva a través de la médula espinal
- Autores: Iván Rivera Arconada
- Directores de la Tesis: Jose Antonio López García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2006
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Cervero (presid.), Pedro de la Villa Polo (secret.), José Manuel Baeyens Cabrera (voc.), José Antonio Lamas Castro (voc.), Félix Viana de la Iglesia (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
- español
La médula espinal es el lugar donde se produce la primera integración de la información somatosensorial procedente de los receptores periféricos. Entre estos receptores se encuentran los nociceptores que se encargan de detectar estímulos dañinos o potencialmente dañinos para la integridad de los tejidos. El procesamiento temprano de la información nociceptiva tiene lugar en las neuronas espinales, por lo que una actuación a este primer nivel puede condicionar el resto de la transmisión nociceptiva. Por esta razón la modulación de los circuitos espinales se ha convertido en una estrategia de gran interés para la generación de fármacos analgésicos y anestésicos. En esta Tesis Doctoral se explora la posibilidad de regular los circuitos espinales nociceptivos utilizando moduladores de la corriente M de potasio. La corriente M de potasio, producida por asociaciones de canales dependientes de voltaje de la familia KCNQ (kv7), posee unas características funcionales que le confieren la capacidad de actuar como un freno de la excitabilidad neuronal.
Los objetivos de esta tesis Doctoral consistía en estudiar la presencia de corrientes M de potasio funcionales en los diferentes elementos que forman parte de la medula espinal y conocer los efectos de la modulación de la corriente sobre cada uno de ellos.
Para cumplir estos objetivos se utilizaron diferentes técnicas electrofisiológicas y farmacológicas en un modelo de medula espinal hemiseccionada extraída de ratas jóvenes (de 7 a 12 días de edad). La medula era mantenida en condiciones in vitro en el interior de una cámara de registro electrofisiológico. En estas condiciones se activaban las aferentes primarias utilizando estimulación eléctrica aplicada a través de un electrodo situado en una raíz dorsal.
Se utilizaron dos tipos de estimulación para activar únicamente fibras no nociceptivas o fibras aferentes de todos los tipos (nociceptivas y no nociceptivas). Se registraron los reflejos espinales y las respuestas de la raíz dorsal utilizando electrodos extracelulares y las respuestas de neuronas del asta dorsal y de motoneuronas utilizando electrodos intracelulares.
El estudio de la corriente M se realizo utilizando el facilitador de la corriente M retigabine y el bloqueador de la corriente XE-991. Los compuesto se aplicaban sobre la medula espinal a concentraciones conocidas.
Utilizando registros extracelulares de la raíz ventral hemos comprobado la existencia de corrientes M en la medula espinal de ratas neonatales. En nuestras condiciones retigabine deprime los reflejos espinales producidos por la activación de la fibras aferentes de tipo nociceptivo. XE-991 tiene los efectos opuestos y revierte los producidos por retigabine indicando una modulación especifica de la corriente M.
Con los registros intracelulares demostramos la presencia de corrientes M en neuronas dorsales y motoneuronas de la medula espinal. La modulación de las corrientes M presentes en las neuronas espinales afecta a su capacidad para transmitir la información sináptica. Retigabine produce hiperpolarización y la reducción de la excitabilidad de las neuronas espinales XE-991 es capaz de producir despolarización en ambos tipos neuronales, pero sin embargo el efecto sobre la excitabilidad es mayor sobre motoneuronas que sobre neuronas del asta dorsal Las diferencias observadas en la sensibilidad de ambos tipos neuronales por XE-991 pueden reflejar diferencias en los canales presentes en estas neuronas.
Con los registros extracelulares de la raíz dorsal hemos mostrado que las fibras aferentes primarias sufren hiperpolarización con la aplicación de retigabine, este efecto se produce actuando sobre corrientes M presentes en las propias fibras aferentes. Los resultados también sugieren la expresión de corrientes M en las interneuronas implicadas en la generación de reflejos de raíz dorsal. La presencia de corrientes en las aferentes primarias contribuye a la reducción general de la excitabilidad que produce retigabine sobre la transmisión somatosensorial espinal.
En conclusión, en la presente Tesis Doctoral se presentan resultados experimentales que demuestran la expresión de corrientes M de potasio en los componentes funcionales de la medula espinal. La activación de estas corrientes produce una importante reducción de la excitabilidad de los circuitos espinales que podría ser útil para reducir la hiperrexcitabilidad que se desarrolla en los estados de hiperalgesia.
- English
The spinal cord is the first relay centre for somatosensory inputs from peripheral receptors. These include nociceptors that detect harmful or potentially harmful stimuli. Spinal neurons carry out the first processing of nociceptive information and therefore, acting at this early level can determine nociceptive transmission.
Modulation of spinal circuits has become a very important strategy to design analgesic and anaesthetic compounds. In this Thesis we have tested the possibility of regulating spinal circuits using modulators of M type potassium current. M currents emerge from assemblies of KCNQ (Kv7) protein subunits. Due to its functional characteristics, M-currents have been shown to act as a brake on neuronal excitability.
The aims of this Thesis were (1) to study the presence of functional M-currents in the different components of the spinal cord and (2) to determine how modulation of the M-current affects the functioning of these components.
To these purposes several electrophysiological and pharmacological techniques were used in a hemisected spinal cord preparation obtained from rat pups (7 to 12 days old). The spinal cord was maintained under in vitro conditions pinned down to a sylgard-bottom recording chamber. Primary afferent fibers were electrically activated using suction electrodes located on the dorsal root. Different intensity stimuli were used to activate specifically non-nociceptive fibers or all fibers present in the dorsal root (nociceptive and non-nociceptive). Spinal reflexes and dorsal root responses were recorded using extracellular electrodes. Single dorsal horn and motor neurons responses were recorded using intracellular electrodes.
Pharmacological assays were performed using retigabine, a M-channel opener, and XE-991, a M-channel blocker. Both compounds were bath applied to the entire spinal cord at known concentrations.
Results indicate the expression of functional M-currents in the neonatal rat spinal cord using extracellular recordings from ventral roots. Retigabine depressed spinal reflexes in response to nociceptive primary afferents activation. XE-991 showed opposite effects and reverted those of retigabine, indicating a specific modulation of Mcurrents.
Using intracellular recordings we obtained evidence of the presence of functional M-currents on dorsal horn and motor neurons of the spinal cord. Modulation of M-currents located in these neurons altered their ability to transmit synaptic inputs. Retigabine hyperpolarized the resting potential and reduced the excitability of spinal neurons. XE-991 depolarized the resting potential of spinal neurons, however the effect of this compound on the excitability of motor neurons was stronger than that observed in dorsal horn neurons. We believe that differences in the sensitivity to XE991 expressed by dorsal and motor neurons may reflect differences in the structure of channels located in these neurons.
Extracellular recordings from dorsal roots indicated that M-currents are also expressed by primary afferent fibers. Retigabine application hyperpolarized primary afferent fibers. Retigabine produced this effect acting on M-currents present in primary afferent terminals. Results also suggest the expression of M-currents in the interneurons that mediate dorsal root reflexes. We believe that the existence of Mcurrents in primary afferents could partially explain the depressing effect of retigabine on somatosensory transmission.
In conclusion, the present Thesis contains experimental results that show the expression of functional M type potassium currents in the main components of the spinal cord, i.e. primary afferents, dorsal horn neurons and motor neurons. M-current activation leads to a strong reduction in the excitability of spinal circuits. This property of retigabine may be useful to reduce the neuronal hyperexcitability that characterize hyperalgesic states.
- español
