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614 © 2016. Elsevier España, S.L.U. Reservados todos los
derechos
C a p í t u l o 2 5
Anestésicos inhalatorios: mecanismos de acción
r
La anestesia consiste en componentes o sustratos fisiológicos
independientes
Los anestésicos generales actúan mediante unión directa a
cavidades anfífílicas
!
Ninguna teoría integral de la anestesia describe aún la
secuencia de fenómenos desde
P U N T O S C L A V E
A pesar de un uso clínico generalizado de los anestésicos
generales, el conocimiento actual de los sus mecanismos
moleculares, celulares y de redes es incompleto. Este vacío crítico
en la farmacología de una de las clases farmacológicas más
importantes en medicina no solo impide un uso racio-nal de los
anestésicos disponibles, sino que también dificulta el desarrollo
de nuevos anestésicos que pueden conseguir de modo selectivo los
criterios de valoración deseables de la anestesia con menos efectos
secundarios cardiovasculares, respiratorios y, posiblemente,
neuropsicológicos. Aunque se han logrado avances importantes en el
conocimiento de la farmacología de los anestésicos intravenosos
mediante estudios genéticos moleculares (v. capítulo 30), las
acciones de los anestésicos inhalatorios a nivel molecular y
celular son más enigmáticas. Sigue sin ser posible trazar con
precisión
la secuencia de fenómenos que van desde las interacciones
anestésico inhalatorio-diana, a través de niveles ascendentes de
complejidad biológica, hasta los distintos efectos conduc-tuales
que caracterizan el estado mixto de anestesia clínica en el ser
humano. No obstante, continúa la investigación para desvelar
principios de acción fundamentales y se ha creado un marco para
comprender los efectos anestésicos en diferentes niveles de
organización. El centro de aten-ción de este capítulo son los
mecanismos implicados en los principales efectos terapéuticos
(anestesia) y en los efectos secundarios de los anestésicos
inhalatorios (fig. 25-1), un grupo diverso química y
farmacológicamente que compren-de los anestésicos volátiles de éter
halogenado (isoflurano, sevoflurano, desflurano, enflurano) y
alcano (halotano) y los gases anestésicos (óxido nitroso y xenón).
Este resumen
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crítico del estado actual del conocimiento comienza con una
reseña histórica y una revisión de los criterios de valoración
conductuales de la anestesia. Después localizamos, cuando es
posible, los efectos de los anestésicos inhalatorios a través de
niveles ascendentes de organización desde moléculas, células,
circuitos, redes y órganos a la conducta mamífera. La tabla 25-1
ofrece una visión general. También abordamos brevemente estudios de
los efectos anestésicos en organis-mos modelo, con identificación
de objetivos anestésicos que soportan relaciones poco claras con
los de los mamíferos1.
HISTORIA
TEORÍAS UNITARIAS BASADAS EN LÍPIDOSLa primera monografía que
informaba del trabajo experi-mental sobre los mecanismos
anestésicos y que proponía una teoría de la acción anestésica de
elución de lípidos presta a ser desacreditada fue publicada solo 6
meses después de la demostración de la cúpula de éter de Morton.
Durante décadas a partir de entonces, el fenómeno de la
anestesia
Figura 25-1. Estructura de los anestésicos generales repre-
RESUMEN DE SITIOS CANDIDATOS DE ACCIÓN ANESTÉSICA
Sitio Efecto Dianas
Proteínas Sitios de acción anfífilosde ligando
Potencial de acción Sistema nervioso Ligero descenso de amplitud
+Sistema cardiovascular Amplitud y duración reducidas +
Transmisión sinápticaInhibidora Aumento de liberación de
transmisor ¿?
Receptores Aumento de efectos de transmisor A
Excitadora Descenso de liberación de transmisor +
Receptores Descenso de efectos de transmisoracetilcolina
nicotínicos
Redes neuronales
Integración neuronalA
Sistema nervioso central
" # $ y !interdependencia de frecuencia cruzada
Inconsciencia ¿Entropía de transferencia de banda !?
¿Interdependencia de frecuencia cruzada?
Médula espinal Inmovilidad
Sistema cardiovascular
Miocardio Inotropía negativaSistema de conducción Arritmias
Potencial de acciónVasculatura Vasodilatación Vasorregulación
directa e indirecta
HCN, NMDA, N-metil-D
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desconcertó, inspiró e impresionó a aquellos que intentaron
comprenderlo. Un paradigma más influyente de la acción anestésica
formulado por Claude Bernard en los años setenta del siglo XIX
postulaba que la anestesia era un fenómeno «unificado»: un
mecanismo unitario aplicable a todas las formas de vida. Aunque el
estado de anestesia podría ser producido por varias sustancias, su
esencia era la misma en todas las criaturas vivientes. De hecho,
Bernard pensó que la vida misma se definía por la susceptibilidad a
la anestesia. Bernard también propuso una teoría de la anestesia
más específica, la coagulación del protoplasma, que competía con
varias teorías coexistentes consideradas por la comunidad
científica. En un trabajo importante publicado en 1919, Hans
Winterstein resumió la desconcertante diversidad de las teo-rías
anestésicas enumerando más de 600 citas bibliográficas, la mayoría
de trabajo original de laboratorio –un testimonio convincente del
interés del mundo científico por este fenó-meno–. Es digno de
mención el trabajo de Meyer y Overton de finales del siglo XIX, que
solo tuvo un efecto limitado en la trayectoria sobre la
investigación hasta los años sesenta1. Solo entonces la llamativa
simplicidad de la correlación de Meyer-Overton (fig. 25-2, A) de la
potencia anestésica con la solubilidad en aceite de oliva fue
interpretada por la mayoría de los investigadores como un indicador
de que los lípidos son, probablemente, la diana del anestésico.
Esta interpretación centró la atención en los efectos anestésicos
de la mayoría de las propiedades físicas de las membranas
celulares, que se conoció en esa época que estaban compues-tas
fundamentalmente por moléculas de lípidos. Tales teorías
anestésicas inespecíficas o «basadas en lipoides» dominaron el
campo de los años sesenta a los ochenta.
CONCENTRACIÓN ALVEOLAR MÍNIMA: UN PUENTE ENTRE EL PASADO Y EL
PRESENTELas potencias de los anestésicos inhalatorios para
inmovili-zación quedaron establecidas en los estudios clásicos de
los años sesenta de Eger et al.2,3 que definieron la concentración
alveolar mínima (CAM) de un anestésico inhalatorio a presión
atmosférica como la necesaria para impedir el movimiento en
respuesta a un estímulo doloroso en el 50% de las perso-nas. El
concepto de CAM evolucionó dentro de un paradigma unitario de
acción anestésica y reflejó las prioridades de la práctica clínica.
Como consecuencia, la prevención del movimiento (inmovilidad) se
convirtió en un criterio de los efectos anestésicos, que se suponía
que ocurría en el cerebro. Por otra parte, la sencilla elegancia de
la relación entre la CAM y la solubilidad lipídica (v. fig. 25-2,
A) ilustró gráfica-mente la conclusión de Meyer y Overton de que
«Todas las sustancias químicamente indiferentes que son solubles en
grasa son anestésicos […] su potencia relativa como anes-tésicos
dependerá de su afinidad por la grasa, por una parte, y por el
agua, por otra, es decir, del coeficiente de partición
grasa/agua»1. Esto se interpretó como la aprobación de los lípidos
como dianas principales de los anestésicos y como una teoría
inespecífica sencilla para explicar la anestesia. La apelación de
un mecanismo unificado sencillo para explicar la anestesia fue (y
sigue siendo) intelectualmente atractiva. Esto centró la mayoría de
los esfuerzos de investigación en delinear cómo las interacciones
anestésicas con las mem-branas lipídicas podrían conducir a los
cambios conductuales observados durante la anestesia, la teoría
lipídica inespecífica.
La CAM es similar a la concentración para un efecto del 50%
(EC50) plasmática de los anestésicos intravenosos porque
Figura 25-2. Los anestésicos generales actúan por unión directa
a A.
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la correlación entre la potencia anestésica y el coeficiente de
partición B. Los avances del siglo XX
anestésicas generales se correlacionan igual con su capacidad
para
diana anestésica fisiológicamente relevante per seRecuadro.
Estructura de la luciferasa con el anestésico unido (rojo)
(Reproducido con autorización a partir de Franks NP, Lieb WR:
Molecular and cellular mechanisms of general anesthesia, Nature
367:607-614, 1994.)
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las concentraciones de anestésicos inhalatorios reflejan las
concentraciones en otros órganos tras el equilibrio, que se alcanza
antes en los órganos bien perfundidos como el encé-falo y el
corazón. En aplicaciones clínicas, la CAM se expresa habitualmente
como porcentaje de volumen (% vol.), que varía considerablemente
con la temperatura y la presión atmosférica por los cambios en la
solubilidad acuosa, mientras que la con-centración molar en fase
líquida equivalente es independiente de la temperatura y la
presión4. El concepto de CAM aportó a los investigadores y a los
clínicos una referencia universal para medir un criterio de
valoración anestésico definido (inmovili-dad), permitiendo las
comparaciones apropiadas de los resulta-dos experimentales y
acelerando la investigación de laboratorio y clínica sobre los
mecanismos anestésicos. En la actualidad, un conocimiento más
matizado de la CAM tiene en cuenta la diversidad estructural y
funcional de las dianas fisiológicas de los diferentes componentes
del estado anestésico.
CAMBIO DESDE LOS MECANISMOS CENTRADOS EN LÍPIDOS A LOS CENTRADOS
EN PROTEÍNASLos mecanismos de la anestesia centrados en los lípidos
prevalecieron en las dos décadas siguientes a la definición del
concepto de CAM. De forma repetida se propusieron dianas
alternativas, pero fueron en gran medida desaten-didas por la
principal corriente científica. Las incoheren-cias experimentales
de las dianas de lípidos5,6, así como las pruebas compatibles con
las proteínas como los principales lugares de acción7,8, pasaron en
gran parte inadvertidas. En los años ochenta ocurrió un cambio en
los mecanismos, que pasaron de estar centrados en los lípidos a
centrarse en las proteínas, lo que permitió en gran medida los
des-tacados descubrimientos de Franks y Lieb9,10, quienes en una
serie clásica de publicaciones demostraron que las dianas de
proteínas también eran compatibles con la correlación de
Meyer-Overton (fig. 25-2, B) –una prueba de concepto que, en un par
de años, redirigió la mayoría de los esfuerzos de investigación
hacia las proteínas–. Como corolario de esta reorientación, se
reconocieron las pruebas en contra de las teorías basadas en los
lípidos. Los ejemplos comprenden el límite en la potencia
anestésica en series homólogas de alcoholes anestésicos de cadena
larga, y la identificación de fármacos hidrófobos que no obedecen a
la correlación de Meyer-Overton1,11. La selectividad enantiomérica
de varios anestésicos fortaleció aún más el caso para los sitios de
unión específica a proteínas, porque su estereoselectividad es
difícil de conciliar con las dianas de lípidos12. Hoy en día,
existe una amplia aceptación (pero no universal) de la noción de
que las proteínas de señalamiento crítico (p. ej., canales de iones
o receptores activados por ligando) son las dianas moleculares
pertinentes de la acción anestésica, incluso aunque se debaten los
mecanismos por debajo del nivel molecular de su modulación por los
anestésicos. Continúa buscándose la identidad exacta de las
proteínas que con-tribuyen a los criterios de valoración anestésica
específicos, y la investigación aborda no solo el «dónde» (blanco)
sino también el «cómo» (proceso) de los mecanismos anestésicos.
DIVERSIDAD DE POSIBLES DIANAS ANESTÉSICASIn vitro, los
anestésicos inhalatorios a concentración alta afectan a las
funciones de múltiples proteínas, muchas de
las cuales pueden estar verosímilmente vinculadas a los
componentes del estado anestésico o a los efectos adversos del
mismo. Sin embargo, al considerar un criterio de valo-ración
específico, los anestésicos son efectivos in vivo en un intervalo
de concentración bastante estrecho. Esto hace que la concentración
a la que se observa un efecto anes-tésico relevante sea una
consideración crucial para decidir su posible aplicabilidad. La
relevancia causal de los efectos ligeros observados in vitro a
concentraciones relevantes es menos clara; es decir, ¿qué efecto es
demasiado pequeño para ser considerado relevante para la
anestesia13-15? Sabremos si la anestesia resulta de la suma de
perturbaciones menores en múltiples puntos amplificadas en cascadas
a través de los múltiples niveles de integración para producir el
efecto macroscópico o de efectos firmes en un pequeño número de
dianas conforme se integran los resultados de estudios moleculares
reduccionistas en redes moleculares y celulares más complejas y
conforme se amplían los estudios genéticos para incluir los
anestésicos inhalatorios. El escenario que aparece comprende
múltiples dianas celulares y moleculares en distintas regiones
cerebrales que están implicadas en los efectos deseados y adversos
de los anestésicos generales.
ANESTESIA: UN ESTADO NEUROFARMACOLÓGICO MIXTOJunto con el avance
en la identificación de los mecanismos moleculares de la anestesia,
nuestro conocimiento de la naturaleza del estado anestésico ha
evolucionado. Aunque es posible provocar un estado de anestesia
general similar al coma con anestésicos inhalatorios administrados
en concen-traciones apropiadas (aproximadamente 1,3 veces la CAM,
equivalente a la EC95 de un anestésico volátil), el uso de estas
concentraciones altas tiene numerosos efectos secundarios a corto,
y probablemente, largo plazo. Ahora se sabe que la anestesia
consiste en componentes o sustratos separables y al menos
parcialmente independientes, cada uno con mecanis-mos diferentes,
aunque probablemente superpuestos, en distintos puntos del sistema
nervioso central (SNC) y con variaciones en las potencias relativas
de fármacos específi-cos16. La inmovilización, el principal
indicador de la CAM, se debe en gran parte al efecto en la médula
espinal de los anestésicos inhalatorios17,18, pero no al de los
barbitúricos19. Por el contrario, es poco probable que la médula
espinal sea el lugar principal de fenómenos, como la amnesia, la
sedación y la inconsciencia, que están relacionados con la función
cortical cerebral (fig. 25-3). Se ha comprobado una separación
funcional entre amnesia y sedación con los anesté-sicos
intravenosos20 y es probable también con los anes-tésicos
inhalatorios. El estado comúnmente denominado «inconsciencia» es en
sí mismo heterogéneo, con pruebas de estados distintos de falta de
respuesta e inconsciencia21. Estos hallazgos y otros similares han
llevado al concepto de que la anestesia general tiene múltiples
componentes independientes identificables clínica y
experimentalmente.
En principio, cada componente de la anestesia puede inducirse de
modo preferente con un fármaco y una con-centración específica a
través de vías moleculares/celulares individuales en distintas
regiones del SNC. Por ejemplo, las inyecciones de pentobarbital en
lugares diferenciados del teg-mento mesopontino inducen un estado
comatoso22, mien-tras que la sedación provocada mediante
administración sis-témica de propofol puede revertirse con
microinyecciones de antagonistas del receptor ácido !-aminobutírico
(GABA)A en el núcleo tuberomamilar, un núcleo hipotalámico
regulador
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del sueño23. Por tanto, los anestésicos generales producen
sus-tratos anestésicos identificables separados mediante acciones
específicas de fármaco en lugares anatómicos diferenciados del SNC
mediante dianas moleculares diferentes. Una conse-cuencia
importante de esta complejidad es la posibilidad de que la CAM,
basada exclusivamente en la respuesta motora, no refleje
proporcionalmente otros componentes de la anes-tesia. Aunque esta
heterogeneidad de las acciones anestésicas complica un conocimiento
causal, abre la posibilidad de desarrollar fármacos específicos de
sustrato.
EFECTOS INTEGRADOS EN LA FUNCIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO
CENTRAL
INMOVILIDADLa electroencefalografía, como un monitor de la
actividad cerebral, se ha aplicado para el estudio de los
mecanis-mos anestésicos y como seguimiento del estado anestésico
(v. también capítulo 44). La incapacidad para encontrar una
correlación entre la actividad electroencefalográfica cuantitativa
y la inmovilidad en respuesta a la estimulación dolorosa dio lugar
a la hipótesis relativamente radical (para la época) de que la
inmovilidad no era un fenómeno mediado por la corteza cerebral24.
La demostración experimental de que los anestésicos volátiles
actúan en la médula espinal para anular el movimiento17,18 reforzó
esta hipótesis y fue un factor determinante de la separación
contemporánea de los sustratos anestésicos, de los que la
inmovilidad requiere
las concentraciones de fármaco más elevadas (v. fig. 25-3).
Aprovechando la vascularización peculiar del SNC de la cabra que
permite una perfusión por separado del encéfalo y de la médula
espinal, Antognini et al.17,25 demostraron que la inmovilidad
implica a la acción del anestésico en la médula espinal porque la
administración selectiva de isoflurano o halotano solo al encéfalo
precisaba concentraciones de 2,5 a 4 veces mayores. Al mismo
tiempo, los experimentos realiza-dos por Rampil et al.18 que
utilizaron la separación quirúrgica del cerebro anterior y el
mesencéfalo de la médula espinal en ratas llevaron a la conclusión
de que la inmovilización supone fundamentalmente la supresión del
arco reflejo noci-ceptivo de retirada a la altura de la médula
espinal (fig. 25-4).
En los 20 años desde la identificación de la médula espinal como
el lugar de la inmovilidad inducida por la anestesia, la
investigación se ha centrado en los enfoques farmacológi-co,
genético y de redes complejas. El enfoque farmacológico para
identificar las contribuciones del nivel del receptor a la
inmovilidad inducida por isoflurano (siendo isoflurano el éter de
potencia estándar para propósitos experimentales) deparó la
sorprendente revelación de que las acciones en los receptores de
GABAA parecían carecer de importancia26. Tal vez de manera menos
sorprendente, la inhibición de los receptores centrales nicotínicos
de acetilcolina tampoco desempeña ningún papel en la
inmovilización27. Se sugi-rió un papel para los canales de sodio
(Na+) activados por voltaje por el hallazgo de que la
administración intratecal de un inhibidor selectivo de los canales
de Na+ potencia la inmovilidad anestésica (reduce la CAM), mientras
que un activador de los canales de Na+ hace lo contrario28. Los
rato-nes transgénicos resistentes a los anestésicos confirmaron que
los receptores de GABAA que contienen subunidades #1 o #3 no
contribuyen a la acción de inmovilización del isoflurano29,30. En
contraste, los ratones mutantes carentes de los canales TASK-1,
TASK-3 o TREK-1 K2P tienen valores de CAM más altos para los
anestésicos volátiles, pero no para los intravenosos31-33, lo que
indica un papel para estos canales, posiblemente por un mecanismo
presináptico34.
Figura 25-3. Múltiples criterios de valoración conductuales y
puntos
--
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sean importantes los efectos supramedulares de algunos
anestésicos (flecha de puntos)los impulsos ascendentes provocados
por un estímulo nocivo y puede contribuir indirectamente en la
inconsciencia y la amnesia inducidas por anestésico (flecha
discontinua). Las respuestas cardiovasculares tienen
(Por cortesía de Joseph Antognini, University of California,
Davis.)
Figura 25-4.A.
por delante de la línea negra
de la corteza cerebral B. Los anestésicos suprimen la
respuesta
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El trabajo con preparaciones fisiológicas que intentan
con-servar partes del complejo sistema de circuitos de la médula
espinal sugiere que la inhibición anestésica de los estímulos
aferentes entrantes (nociceptivos) al asta dorsal desempeña un
papel subordinado a la supresión del estímulo eferente (motor)
saliente del asta ventral, aunque esto puede variar según la
sustancia específica. Este estímulo motor saliente es coordinado
por las redes neuronales organizadas en los llamados generadores
centrales de patrones que controlan la actividad de las
motoneuronas colinérgicas35. Sin una com-prensión similar de los
efectos anestésicos sobre la función cognitiva más elevada, la
clave para entender la inmovilidad probablemente recaiga en la
resolución del efecto de los anes-tésicos sobre la actividad
integrada de la red espinal.
INCONSCIENCIALa consciencia, como una cualidad de la mente, es
fácil de reconocer pero difícil de definir (v. capítulos 13 y 14).
Se ha descrito como «lo que nos abandona cada noche cuando cae-mos
en un sueño sin sueños y regresa a la mañana siguiente cuando nos
despertamos o cuando soñamos». Esta descrip-ción intuitiva se
aplica de igual forma también a la anestesia general como al
dormir; sin embargo, no proporciona una definición concreta que sea
útil para los estudios científicos. La consciencia consiste en
estados subjetivos cualitativos internos de percepción o
conocimiento36. Una reciente suge-rencia que busca proporcionar una
medida cuantitativa de la consciencia, y que puede servir como una
definición, es que la consciencia es la capacidad de un sistema
para integrar información37. La pérdida de la consciencia (o
hipnosis) es un signo distintivo del inicio de la anestesia, y los
fármacos anestésicos se están utilizando como herramientas para
com-prender los correlatos neuronales de la consciencia (CNC)38.
Sin embargo, lo que se denomina comúnmente como incons-ciencia bajo
anestesia podría describirse mejor como falta de respuesta, que
podría ocultar los estados de autopercepción y percepción
medioambiental carentes de rastros de memoria explícita21.
Aunque es un campo relativamente nuevo, especialmente dentro del
campo de la anestesiología, la «ciencia de la cons-ciencia» ha
generado un considerable interés y ha llevado a la elaboración de
varias hipótesis específicas que son solubles de manera
experimental. La «teoría talámica» de la anes-tesia plantea que el
mecanismo de la inconsciencia es una desaferenciación
somatosensitiva por acción anestésica en el tálamo39. En apoyo de
esta hipótesis, el isoflurano hiper-polariza y cortocircuita las
neuronas talámicas40, una acción coherente con la alteración de la
transferencia talámica de información sensitiva41. La imagen
funcional del encéfalo humano muestra una supresión preferente de
la actividad talámica por algunos, anestésicos (aunque no todos), y
esto ha dado lugar a la hipótesis del «cambio talámico»39. No
obs-tante, la pérdida de consciencia se produce con un intervalo
muy estrecho de concentraciones anestésicas42, habitual-mente
inferiores a 0,5 CAM43,44, mientras que los efectos cuantificables
en el tálamo aparecen por encima de este intervalo de concentración
y son, por lo general, progresivos (de tipo dímero) y no bruscos
(de tipo cambio). Una teoría integral de la inconsciencia provocada
por anestésicos debe ser más incluyente que un bloque simple de
transferencia de información a través del tálamo para resultar
coherente con la evidencia disponible45,46 y también debe explicar
la supresión de la actividad cortical endógena generada sin
estimulación externa.
La neurociencia contemporánea ha reemplazado la visión
cartesiana de una estructura encefálica diferenciada como el centro
de la consciencia por el concepto de que la consciencia requiere la
integración de la información entre múltiples regiones encefálicas
a través de redes cerebrales de gran escala45,47. La rica
conectividad de la corteza cerebral y su organización jerárquica se
adaptan especialmente para permitir niveles altos de integración de
la información en el cerebro humano. Algunas áreas cerebrales
presentan una organización de «club rico» (es decir, nodos muy
conec-tados tienden a conectarse de manera preferente a otros nodos
muy conectados), lo que se ha sugerido que es una situación óptima
para la integración de la información48,49. Estos centros podrían
ser dianas prometedoras para la acción hipnótica de los fármacos
anestésicos generales.
Los anestésicos pueden actuar interfiriendo en la sin-cronía y
coherencia operativa de estas redes. Durante el sueño natural de
ondas lentas50 y la pérdida de la capacidad de respuesta inducida
por midazolam51, se ha observado la consiguiente interrupción de la
conectividad cortical funcional y eficaz. Esta rotura de la
conectividad cortical, más que la desaferenciación farmacológica
del medioam-biente, podría ser la base de la pérdida de la
consciencia45. La inconsciencia estaría caracterizada no por la
ausencia, sino por la fragmentación del procesamiento cortical.
Aunque el mecanismo de «unión» (es decir, formación de la unidad de
percepción) es dudoso, la sincronía de la actividad neuronal en el
intervalo de 40 a 90 Hz a través de áreas corticales conectadas
funcionalmente (habitualmente denominada ritmo ! o de 40 Hz) es un
candidato viable. Hay información en animales52,53 y en el ser
humano42 que implica a la activi-dad en la banda ! a lo largo de la
corteza como diana a nivel de red de los anestésicos generales. Las
acciones anestésicas en el procesamiento de la información cortical
consisten probablemente no solo en suprimir las respuestas, sino en
reducir la complejidad y variabilidad reflejada de modo paradójico
en un aumento de la fiabilidad y precisión de las respuestas
provocadas54,55.
APRENDIZAJE Y MEMORIALa amnesia anterógrada, uno de los
objetivos anestésicos deseados, se consigue con menores
concentraciones anes-tésicas (∼ 0,25 CAM) que las necesarias para
la inconsciencia (∼ 0,5 CAM). Quizá el análogo más próximo en
roedores para explicar la memoria en el ser humano es el
aprendizaje dependiente del lóbulo temporal medial de las
secuencias temporales y espaciales conocido como aprendizaje
espacial dependiente del hipocampo. Esto puede evaluarse con
distintos modelos experimentales como el condicionamiento del miedo
al contexto (fig. 25-5). Otros modelos de aprendizaje, como el
condicionamiento del miedo al tono, son, por el contrario,
independientes del hipocampo. El isoflurano y el F6 no
inmovilizante inhiben el aprendizaje dependiente del hipocampo con
aproximadamente la mitad de la concen-tración necesaria para la
interrupción del aprendizaje inde-pendiente del hipocampo56. Del
mismo modo, las concen-traciones anestésicas que inhiben la memoria
explícita en los seres humanos (memoria que puede ser
explícitamente recordada en contraposición al aprendizaje motor, el
con-dicionamiento clásico, etc.) son igualmente inferiores a las
concentraciones que deterioran la memoria implícita (no sujeta al
recuerdo intencional)46. Tomados en conjunto, estos hallazgos
implican efectos sobre la función del lóbulo temporal medial,
incluido el hipocampo, en la supresión de
Andres Patiño Arias
Andres Patiño Arias
Andres Patiño Arias
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la memoria explícita por los anestésicos. Los efectos sobre
otras estructuras, como la amígdala, pueden ser importantes para el
deterioro anestésico de la memoria implícita u otros tipos de
memoria57.
La comparación de la potencia amnésica de cinco anes-tésicos
inhalatorios con el modelo de evitación inhibidor reveló que el
óxido nitroso era el amnésico más potente y el halotano, el menos
potente (expresado en fracciones CAM), con los éteres halogenados
de potencia interme-dia58. Es difícil atribuir la amnesia a
mecanismos celulares específicos porque los anestésicos
inhalatorios actúan en múltiples dianas celulares a concentraciones
amnésicas. Tampoco está claro si la inhibición del aprendizaje y la
de la memoria con fármacos con distintas afinidades por los
receptores comparten mecanismos comunes en cierto nivel de
integración. La comparación con fármacos más selectivos aporta
información útil. Los ritmos $ (4-12 Hz) son impor-tantes para el
aprendizaje y la memoria dependientes del hipocampo59. Las
benzodiacepinas60 y los cannabinoides61 ralentizan y suprimen los
ritmos $ hipocámpicos en propor-ción a su capacidad para alterar el
aprendizaje dependiente del hipocampo (v. también capítulos 13 y
30). El isoflurano y el F6 no inmovilizante tienen efectos
comparables en los ritmos $ a concentraciones amnésicas a pesar de
sus perfiles diferentes a nivel de receptor y efectos opuestos en
la sedación62. Por tanto, las alteraciones en la sincronía neuronal
aportan un sustrato común a nivel de red del deterioro de la
memoria. La sincronía entre los ritmos $ en amígdala e hipocampo
que existe durante la recuperación
de la memoria del miedo indica que este principio podría
aplicarse también a otras formas de memoria y a su altera-ción por
los anestésicos63. Igual que con otros componentes del estado
anestésico, quedan por descubrir los mecanismos exactos de
alteración de la memoria por los anestésicos y de la propia
memoria.
SEDACIÓNLa sedación (definida como una disminución de la
actividad, del estado de alerta, del despertar y/o de la
vigilancia), que se encuentra en un continuo conductual que conduce
a la hipnosis, se consigue con dosis anestésicas similares a las
que producen la amnesia (< 0,5 CAM). No hay una separación
causal ni clínica entre sedación e hipnosis. Por el contrario, a
pesar de que es difícil separar la sedación de la amnesia, para los
anestésicos intravenosos (v. capítulo 30) puede haber sustratos
separados, aunque solapados, para estos dos criterios de
valoración20,64. Los mecanismos implicados en estos efectos
conductuales son probablemente similares a los de fármacos menos
promiscuos, para los que los métodos genéticos han sido
informativos. Una mutación activada de un aminoácido (H101R) en
ratones que hace insensible a la subunidad #1 del receptor GABAA a
la regulación por benzodiacepinas confiere resistencia a los
efectos amnésicos y sedantes de las benzodiacepinas al tiempo que
mantiene otros efectos conductuales como la ansiólisis65. La
subunidad #1 está expresada en abundancia en el SNC, principalmente
en áreas corticales y en el tálamo. Los anestésicos volátiles
Figura 25-5.Izquierda.
Derecha.círculos
cuadrados morados círculos y cuadrados azules (Panel izquierdo,
modificado con autorización de Eger El 2nd, et al: Isoflurane
antagonizes the capacity of flurothyl or
1,2-dichlorohexafluorocyclobutane to impair fear conditioning to
context and top tone, 96:1010-1018, 2003; puntos de datos de panel
derecho, reconstruidos de Dutton RC, et al: Short-term memory
resists the depressant effect of the nonimmobilizer
1-2-dichloro-fluorocyclobutane (2N) more than long-tern memory,
Analg 94:631-639, 2002, y Dutton RC, et al: The concentration of
isofluorane required to suppress learning depends on the type of
learning, 94:514-519, 2001.)
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tienen efectos cualitativos similares en los receptores GABAA
que contienen #1 (y también en los que contienen otras subunidades)
a concentraciones bajas. La observación de que el F6 no
inmovilizante y sin propiedades sedantes62 es amnésico66, aunque no
regula los receptores GABAA que contienen #1 sensible a
benzodiacepinas67,68, es coherente con la participación de los
receptores que contienen #1 en la sedación por anestésicos, porque
pocas dianas distintas son afectadas a concentraciones puramente
sedantes. Las dianas probables de los efectos sedantes de los
anestésicos gaseo-sos óxido nitroso y xenón, que no afectan a los
receptores GABAA, son el antagonismo del receptor
N-metil-D-aspartato (NMDA)69 y la activación del canal K2P70. En
consonancia con este perfil farmacológico distinto, el óxido
nitroso tie-ne efectos bastante diferentes a los de las
benzodiacepinas en pruebas conductuales dirigidas a evaluar la
sedación en ratones71.
Teniendo en cuenta que puede haber algo más que una semejanza
superficial entre el sueño natural y la sedación e hipnosis por
anestésico, los efectos de algunos anestésicos comparten
aparentemente los mecanismos del sueño natu-ral mediante activación
directa de núcleos diferenciados promotores del sueño en el
hipotálamo23. Los patrones electroencefalográficos muestran
similitudes durante el sueño natural de ondas lentas y la
anestesia72, y bajo la anestesia con propofol73 e inhalatoria74
puede ocurrir una recuperación de la falta de sueño, lo que apoya
este concepto (v. también capítulo 14). Los efectos anestésicos
sobre las estructuras corticales75 y subcorticales21 también pueden
contribuir a la sedación y la hipnosis inducidas por
anestésicos.
NEUROTOXICIDAD Y NEUROPROTECCIÓN ANESTÉSICAS
Neurotoxicidad posnatal tempranaLos anestésicos generales pueden
ocasionar efectos neuroló-gicos persistentes más allá de su clásica
producción reversible de la anestesia. Sin embargo, su importancia
clínica sigue siendo desconocida76-78. Desde el descubrimiento de
que la exposición posnatal del cerebro en desarrollo de los
roedores a altas dosis de fármacos anestésicos de uso común, en
forma aislada o en combinación, durante un período de varias horas
puede inducir muerte celular por apoptosis con posi-bles
consecuencias funcionales a largo plazo78, se ha estu-diado y
discutido extensamente el modelo del roedor recién nacido. Efectos
similares se han reproducido con todos los fármacos anestésicos
generales de uso común. Sigue sin definirse cómo se traducen los
resultados, cuantitativa y cualitativamente, de especies
altriciales de vida corta (como los roedores) a otras más
precociales, de vida larga (como el Homo sapiens). Curiosamente,
los factores ambientales tras la exposición parecen desempeñar un
considerable papel en la expresión de la neurotoxicidad79.
Neuroprotección isquémicaLa neuroprotección farmacológica frente
a la isquemia cerebral y la reperfusión es un campo de
investigación en rápida evolución caracterizado por un potencial
elevado y por decepciones similares, porque los estudios animales
prometedores no han rendido beneficios clínicos. A pesar de la
abundante investigación, la evidencia clínica de la protección
encefálica ante la isquemia por los anestésicos inhalatorios sigue
siendo controvertida80. La lesión neuronal
isquémica se debe a muerte celular excitotóxica precoz por
liberación excesiva de transmisores aminoácidos excitadores como
glutamato y estrés oxidativo causado por lesión por reperfusión
combinada con muerte celular diferida como resultado de la
apoptosis81,82. Los anestésicos volátiles (p. ej., isoflurano) y el
xenón logran neuroprotección inicial en modelos animales solo ante
agresiones leves. Esto es coherente con un efecto beneficioso en la
excitotoxicidad, aunque con efectos mínimos en la muerte celular
diferida por apoptosis. Podría plantearse una estrategia
terapéutica para ampliar esta neuroprotección inicial a la vista de
que el isoflurano combinado con inhibidores caspasa para impedir la
apoptosis logra una neuroprotección más prolongada83. Por el
contrario, el xenón puede tener una acción antiapop-tósica
intrínseca que contribuye a sus propiedades neuro-protectoras en
consonancia con sus mecanismos moleculares distintos84.
Curiosamente, el «preacondicionamiento» con ketamina parece
proteger frente a la neurotoxicidad inducida por ketamina85.
Además, los anestésicos volátiles protegen probablemente mediante
supresión de las necesidades ener-géticas encefálicas por
inhibición de la transmisión excitado-ra y potenciación de los
receptores inhibidores y los canales iónicos81. Los posibles
efectos favorables del preacondicio-namiento cardíaco con
anestésico han recibido también mucha atención recientemente. En el
mismo sentido que los efectos protectores de los anestésicos
administrados antes de la isquemia cardíaca (preacondicionamiento
anestésico; v. más adelante), también se han observado efectos
pro-tectores en modelos animales de isquemia cerebral focal (v.
también capítulos 67, 69 y 70)86.
Efectos cognitivos postoperatoriosLos efectos cognitivos
adversos postoperatorios que per-sisten más allá de una duración
explicable por los factores farmacocinéticos se han atribuido a los
anestésicos desde el siglo XIX. Deben distinguirse tres entidades
clínicas: delirio, demencia y disfunción cognitiva postoperatoria
(DCPO). Al contrario que el delirio o la demencia, la DCPO no es un
diagnóstico clínico, sino un resultado de una compara-ción de las
puntuaciones pre- y postoperatorias de baterías de pruebas
neuropsicológicas entre pacientes sometidos a cirugía y emparejados
con poblaciones de control no sometidas a cirugía. Se trata de un
paradigma experimental de alta complejidad que es propenso a
artefactos. Por ejem-plo, como resultado de estos análisis, la
mejora cognitiva postoperatoria coexiste con la DCPO87, y sigue
siendo una pregunta abierta si una o ambas de estas entidades
existen como entidades patológicas y son clínicamente impor-tantes.
La situación es fundamentalmente diferente con respecto al delirio
y la neurodegeneración, que pueden ser diagnosticados por criterios
establecidos y herramientas estandarizadas.
Aunque los efectos directos de los anestésicos inhalatorios se
han relacionado con los déficits de memoria que persisten durante
días en ratones adultos jóvenes, específicamente a través de la
interacción con la subunidad #5 del receptor GABAA88, los cambios
postanestésicos en el comportamiento exploratorio dependen de la
interacción con las vías cen-trales de señalamiento colinérgico89.
La acumulación de pruebas, sin embargo, apunta hacia cambios
mediados por el sistema inmunitario y la inflamación desencadenados
por el traumatismo quirúrgico y la anestesia como posibles
mecanismos para la disfunción cognitiva postoperatoria similar al
delirio a corto o intermedio plazo (v. también capítulo
99)90,91.
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La evidencia experimental obtenida utilizando ratones provistos
genéticamente de susceptibilidad a la neuro-degeneración similar a
la enfermedad de Alzheimer no apoya un papel de los anestésicos per
se en la promoción de la enfermedad degenerativa92. Proporciona
apoyo experimental para los estudios observacionales en seres
humanos que el deterioro cognitivo después de la cirugía no esté
causado ni por la degeneración acelerada ni por los
anestésicos93.
Más que un efecto mediado por el anestésico, es probable un
papel determinante de la trayectoria de la enfermedad subyacente
(en contraposición a la intervención quirúrgi-ca/anestésica) en la
definición de la evolución cognitiva a largo plazo de la mayoría de
los pacientes94. Los efectos a corto plazo sobre el conocimiento
parecen estar relacio-nados con los trastornos fisiológicos que
resultan de las intervenciones cruentas, ya sea con papeles
agravantes y/o atenuantes de los anestésicos.
EFECTOS INTEGRADOS EN LOS SISTEMAS CARDIOVASCULAR Y
RESPIRATORIO
Mecanismos de los efectos cardiovascularesLos efectos
cardiovasculares clásicos de los anestésicos volátiles se
consideran efectos secundarios perjudiciales e indeseables que
limitan su uso seguro en el paciente en estado crítico, aunque
estudios recientes han mostrado que también tienen efectos
cardioprotectores directos95. Todos los anestésicos volátiles
producen reducciones dependientes del fármaco y de la dosis en la
contractilidad miocárdica, la resistencia vascular sistémica y la
precarga cardíaca con la consiguiente reducción de la presión
arterial media. Sin embargo, hay diferencias considerables en la
potencia rela-tiva de estos efectos entre anestésicos (v. capítulo
28)96. Los anestésicos volátiles deprimen la contractilidad al
reducir la disponibilidad de Ca2+ y/o la sensibilidad al Ca2+ del
apa-rato contráctil97. Las dianas principales responsables de los
efectos inótropos negativos de los anestésicos volátiles son los
canales de Ca2+ cardíacos, el manejo sarcoplásmico del Ca2+ y el
aparato contráctil. La inhibición de los aumentos por
despolarización de la concentración mioplásmica de Ca2+ se produce
principalmente mediante inhibición de las corrientes cardíacas de
Ca2+ reguladas por voltaje de tipo L y acortamiento de la duración
del potencial de acción98. Los anestésicos volátiles inhiben
también la adenosina trifosfatasa estimulada por el Ca2+
sarcoendoplásmico (SER-CA), mientras que el halotano, pero no el
isoflurano ni el sevoflurano, abre los canales de liberación de
Ca2+ del retículo sarcoplásmico (RS) (receptores rianodina),
vaciando de Ca2+ el RS y disminuyendo la liberación de Ca2+ por el
RS provocada por excitación97. El efecto inótropo nega-tivo
resultante de este descenso de disponibilidad es más pronunciado
por la disminución de la sensibilidad de las miofibrillas al Ca2+.
Por el contrario, el xenón no tiene efectos en la contractilidad
ventricular, la conducción ni las corrientes catiónicas
principales98,99, en consonancia con su carencia de efectos
cardiovasculares apreciables. El óxido nitroso produce un descenso
ligero de la función ventricu-lar99 mediante efectos indefinidos en
la disponibilidad de Ca2+. Se acompaña a menudo de estimulación
simpática que aumenta la resistencia vascular y contrarresta la
depresión miocárdica100,101.
Los anestésicos volátiles pueden producir vasodilata-ción a
concentraciones clínicas102 (v. también capítulo 28).
Los efectos vasculares de los anestésicos volátiles son
multifactoriales y específicos de tejidos aunque se des-conocen los
mecanismos celulares exactos103,104. La vaso-dilatación periférica
depende de efectos vasodilatadores directos independientes del
endotelio en las células mus-culares lisas y de efectos indirectos
en los que intervienen el sistema nervioso simpático y el endotelio
vascular. El mecanismo de estos efectos comprende efectos
especí-ficos de fármaco en la liberación presináptica de
nora-drenalina, inhibición de la entrada de Ca2+ en el músculo liso
a través de canales de Ca2+ tipo L, activación de los canales
hiperpolarizantes de trifosfato de adenosina (ATP) sensible al K+
(KATP) y de K-Ca y factores dependientes de endotelio como la
producción de óxido nítrico105. Igual que en el SNC, la función
cardiovascular depende de la función integrada de múltiples canales
iónicos, muchos de los cuales están expresados en ambos tejidos
excitables. Los anestésicos volátiles tienen efectos específicos de
fármaco en la frecuencia cardíaca y en la inducción de arritmias
debido a las acciones en los canales iónicos cardíacos. Es difícil
vincular la arritmogenia anestésica a las acciones en canales
concretos porque diversos canales iónicos cardíacos son sensibles a
los anestésicos volátiles a concentraciones clínicas y porque la
mayoría de las manipulaciones de la función de los canales iónicos
cardíacos pueden causar arritmias106. Los estudios
electrofisiológicos indican que los canales cardíacos de Ca2+ de
tipo L, esenciales para la fase de meseta del potencial de acción
cardíaco y para el aco-plamiento electromecánico, son inhibidos por
anestésicos volátiles con acortamiento del período refractario.
También inhiben múltiples canales de K+ regulados por voltaje y
pueden predisponer a arritmias al retrasar la repolarización. Por
el contrario, los anestésicos inhalatorios pueden pro-teger al
corazón contra la isquemia y la lesión por reperfu-sión,
probablemente mediante mecanismos antioxidante, antiinflamatorios
y/o de preacondicionamiento107,108. Los anestésicos volátiles109 y
el xenón110 pueden imitar los firmes efectos cardioprotectores del
preacondicionamiento (denominado preacondicionamiento anestésico
por analo-gía) mediante activación de distintos receptores
acoplados a proteína G citoprotectores y proteínas cinasas como la
proteína cinasa C (PKC), proteínas cinasas activadas por mitógeno
(cinasas MAP), las cinasas reguladas por señal extracelular (ERK),
la Akt (proteína cinasa B) y las tirosina cinasas95,111. Aunque sin
aclarar por completo, los proba-bles efectores finales del
preacondicionamiento anestésico cardíaco son la activación del
canal de KATP sarcolémico y supuesto mitocondrial, con activación y
aumento de formación de radicales libres y óxido nítrico.
Mecanismos de los efectos respiratoriosLos anestésicos
inhalatorios tienen también efectos impor-tantes en el sistema
respiratorio. Todos los anestésicos volátiles producen depresión
respiratoria pronunciada a la concentración necesaria para la
anestesia quirúrgica. Los reflejos quimiotácticos periféricos y la
permeabilidad de la vía respiratoria superior son especialmente
sensibles a concentraciones subanestésicas de anestésicos
volátiles112. El mecanismo implicado en estos posibles efectos
graves es la depresión de las redes respiratorias centrales mediada
por depresión de la transmisión excitadora y facilitación de la
inhibidora. Las dianas moleculares precisas responsables de la
exquisita sensibilidad de estas redes a concentracio-nes bajas de
anestésicos volátiles siguen siendo un enigma (v. capítulos 19 y
27).
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IDENTIFICACIÓN DE LOS PUNTOS MOLECULARES DE LA ACCIÓN
ANESTÉSICA
CRITERIOS PARA IDENTIFICAR PUNTOS RELEVANTES EN ANESTESIASe han
propuesto criterios específicos para evaluar la relevan-cia de las
numerosas dianas moleculares de los anestésicos113. Son los
siguientes:
1. Alteración reversible de la función diana a concentraciones
clínicamente relevantes. Este criterio requiere sensibili-dad
similar in vivo e in vitro y depende del criterio de valoración
anestésico analizado. Por ejemplo, las dianas implicadas en la
inmovilidad deben ser sensibles a los anestésicos cerca de la CAM,
mientras que las dianas implicadas en la amnesia deben ser
sensibles a una frac-ción de la CAM. Una evidencia reciente de los
efectos persistentes de los anestésicos inhalatorios en ausencia de
exposición anestésica mantenida está desafiando la noción de
reversibilidad de ciertos efectos.
2. Expresión de la diana en localizaciones anatómicas apropiadas
para intervenir en el criterio de valoración anestésico específico.
Por ejemplo, la inmovilización por fármacos inhalatorios supone
principalmente acciones en la médula espinal independiente de las
acciones en el encéfalo.
3. Estereoselectividad concordante entre los efectos anestésicos
in vivo y en la diana in vitro. En ausencia de un antagonista
farmacológico específico de la anestesia, la correlación entre las
acciones estereoselectivas de los anestésicos generales in vivo e
in vitro es una prueba útil de la rele-vancia farmacológica de las
supuestas dianas moleculares. Datos de estereoselectividad que
correlacionan la poten-cia in vivo y las acciones del receptor in
vitro implican a los receptores GABAA como diana de las acciones
anestésicas de etomidato, pentobarbital, anestésicos
neuroesteroides y probablemente isoflurano.
4. Sensibilidad o insensibilidad apropiada a sustancias
anestési-cas y no anestésicas modelo. Los ciclobutanos halogenados
anestésicos, junto con análogos estructurales que no pro-ducen
anestesia a concentraciones previsiblemente anes-tésicas por la
correlación de Meyer-Overton (no inmo-vilizantes), pueden
utilizarse para identificar las dianas relevantes de los
anestésicos volátiles in vitro. Por ejemplo, el anestésico F3
(1-cloro-1,2,2- trifluorociclobutano), pero no el F6 no anestésico
estructuralmente similar (1,2-diclo-rohexafluorociclobutano),
afecta a los receptores GABAA, glicina, AMPA, kainita y 5-HT3 y a
los canales de Na+ en consonancia con un posible papel en la
inmovilidad, mientras que el F3 y el F6 afectan a los receptores
neuro-nales nicotínicos, muscarínicos M1, 5-HT2C y mGluR5, lo que
indica que estas dianas no están implicadas en la inmovilidad. El
F6 es interesante porque carece de efectos sedantes e
inmovilizantes, aunque tiene efectos amnési-cos, de ahí el término
más apropiado no inmovilizante, que lo convierte en una herramienta
farmacológica útil para identificar dianas para estas acciones.
5. Efectos previsibles de las manipulaciones genéticas dirigidas
a supuestas dianas moleculares. Los efectos de la supresión
dirigida de moléculas específicas implicadas como dianas
anestésicas (mutaciones inactivadas) o de la ingeniería genética
para introducir mutaciones específicas que modi-fican la
sensibilidad anestésica (mutaciones activadas) en organismos modelo
proporcionan enfoques potentes
para poner a prueba las funciones de las supuestas dia-nas
moleculares de la acción anestésica. Este enfoque ha resultado
particularmente exitoso al implicar subtipos específicos de
receptores GABAA en los efectos de los anes-tésicos gabaérgicos
intravenosos propofol y etomidato, donde sustituciones sencillas de
aminoácidos en subtipos específicos de receptores eliminan los
efectos anestésicos tanto in vitro como in vivo114. Las mutaciones
dirigidas de supuestas dianas anestésicas proporcionan un puente
entre las observaciones in vitro y los experimentos con animales
intactos, esencial para demostrar los criterios de valoración
anestésicos. La existencia de múltiples dianas y redundancia entre
los subtipos de canales de iones hacen de este un enfoque
experimental más difícil para los anes-tésicos inhalatorios en
comparación con los intravenosos (se comenta más adelante).
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LOS PUNTOS DE UNIÓN DE LOS
ANESTÉSICOSUn conjunto de estudios de cristalografía por rayos X,
modelado molecular y de función-estructura indican que los
anestésicos inhalatorios se unen a cavidades hidrófobas formadas en
el interior de proteínas14,115. La naturaleza lipófila (o
hidrófoba) de estos puntos de unión explica su adherencia a la
correlación de Meyer-Overton. También es necesario un elemento de
anfifilia (que tiene características polares y no polares) para una
interacción efectiva con estas cavidades, como indican las mejorías
en la correlación de Meyer-Overton con disolventes más anfífilos
(que poseen propiedades tanto hidrófobas como hidrófilas).
DE LAS PROTEÍNAS MODELO A LOS RECEPTORESEs difícil identificar
puntos de unión de los anestésicos inha-latorios en proteínas diana
verosímiles por sus interaccio-nes de baja afinidad, la escasez de
estructuras de resolución atómica de proteínas diana
farmacológicamente relevantes y la falta de antagonistas
específicos. Por tanto, la mayoría de los puntos de unión de los
anestésicos han sido identi-ficados en proteínas modelo bien
caracterizadas de las que disponemos de estructuras de resolución
atómica tridimen-sionales, pero que no son en sí mismos importantes
para la anestesia, como luciferasa y albúmina14,115. Estos estudios
indican que los anestésicos se unen en cavidades con inter-acciones
químicas no covalentes polares y no polares. La unión implica
interacciones mediante enlaces de hidrógeno débiles con residuos
aminoácidos polares y moléculas de agua, interacciones de van der
Waals no polares y un efecto polarizante de la cavidad de unión
anfífila en las moléculas anestésicas relativamente hidrófobas. Las
cavidades inter-nas son importantes para la flexibilidad
conformacional requerida para la regulación del canal iónico y en
la trans-ducción de la señal inducida por ligando de las proteínas
del receptor. La ocupación de un volumen crítico dentro de estas
cavidades por los anestésicos es un mecanismo verosímil de
alteración de la función del receptor y del canal iónico mediante
estabilización selectiva de una conformación particular (p. ej.,
estado abierto o desactivado de un canal iónico). Los anestésicos
obtienen también energía de unión de la entropía generada al
desplazar el agua unida desde estos puntos de unión relativamente
promiscuos. Los estudios de los receptores glicina, GABAA y NMDA
aportan evidencia
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convincente de la existencia de puntos de unión de los
anes-tésicos en proteínas de señalización neuronal críticas14. Se
han identificado residuos aminoácidos esenciales para las acciones
de los anestésicos volátiles y, por inferencia, para su unión en la
subunidad # del receptor GABAA14.
Los estudios estructurales que utilizan los homólogos
pro-carióticos más accesibles de los canales iónicos eucarióticos
han proporcionado una potente herramienta para el estudio de los
sitios de unión de los anestésicos en proteínas bioló-gicamente
verosímiles. Por ejemplo, tanto propofol como desflurano han sido
cocristalizados con GLIC, un homólogo bacteriano de canales iónicos
eucarióticos inhibitorios acti-vados por ligando (receptores de
glicina y GABAA). Ambos anestésicos se unen a un sitio preexistente
común en la parte superior del dominio transmembranoso, entre los
segmentos transmembranosos de una sola subunidad (fig. 25-6)116. Se
ha empleado modelado molecular basado en proteínas
estruc-turalmente homólogas para identificar supuestos puntos de
unión de anestésicos en los dominios transmembranosos de los
receptores GABAA y glicina vertebrados (fig. 25-7). Este modelo
indica que diferentes fármacos pueden unirse en distintas
orientaciones dentro de una cavidad anfífila individual u ocupar
diferentes cavidades en la proteína con efectos funcionales
similares. El perfeccionamiento de estos modelos moleculares
continuará revelando información sobre el sustrato molecular de la
acción de los anestésicos generales que puede probarse de modo
experimental. Por ejemplo, los puntos probables de interacción del
xenón y del isoflurano con el receptor NMDA se han identificado
también con este método. Un punto, que puede alojar hasta tres
átomos de xenón o una molécula de isoflurano, se solapa con el
punto de unión conocido de la glicina coagonista en la subunidad
NR1117. Esto sugiere que dos anestésicos inhala-torios químicamente
distintos inhiben los receptores NMDA mediante inhibición
competitiva de la unión de coagonista.
Dianas moleculares de los anestésicos inhalatoriosLos canales
iónicos son las dianas moleculares más prome-tedoras de los
anestésicos inhalatorios. Los canales iónicos regulados por
neurotransmisores, en concreto los receptores GABAA, glicina y
glutamato tipo NMDA, son los candidatos principales debido a sus
distribuciones apropiadas en el SNC,
las funciones fisiológicas esenciales en la transmisión
sináptica inhibidora y excitadora y las sensibilidades a
concentraciones clínicamente relevantes de los anestésicos16,118.
Otros canales iónicos sensibles a los anestésicos inhalatorios son
la familia de canales regulados por nucleótido cíclico activado por
hiperpolarización (HCN, del inglés hyperpolarization-activated
cyclic nucleotide) que provocan corrientes marcapasos118 y regulan
la excitabilidad dendrítica, los canales de K+ de «fuga» con
dominio de dos poros (K2P) que mantienen el potencial de membrana
en reposo en muchas células119 y los canales de Na+ y Ca2+
regulados por voltaje118.
Los anestésicos inhalatorios pueden dividirse en dos clases en
función de sus propiedades farmacológicas. La primera clase
corresponde a los anestésicos inhalatorios potentes (volátiles) con
modulación positiva de receptores GABAA, que también tienen efectos
notables compatibles con la anestesia en otros canales/receptores
como potencia-ción de los receptores de glicina inhibidores,
inhibición de receptores NMDA excitadores y de acetilcolina
nicotínicos neuronales, activación de canales de K2P e inhibición
de canales de Na+ presinápticos. Los anestésicos intravenosos como
propofol y etomidato son moduladores más potentes y específicos de
los receptores GABAA. La segunda clase son los anestésicos
inhalatorios gaseosos como ciclopropano, óxido nitroso y xenón.
Estos anestésicos son inactivos en los receptores GABAA, pero
bloquean los receptores NMDA y activan ciertos canales de K2P a
concentraciones clínicas.
CANALES IÓNICOS REGULADOS POR LIGANDOPotenciación de los
receptores GABAA y glicina inhibidoresLos anestésicos éter
(isoflurano, sevoflurano y desflurano), el anestésico alcano como
halotano, la mayoría de los anes-tésicos intravenosos (propofol,
etomidato, barbitúricos) y los anestésicos neuroesteroides
potencian la función del recep-tor GABAA y glicina (GlyR). GABAA y
GlyR son miembros de la misma superfamilia de canales iónicos
regulados por ligando con bucle cys que también incluye a los
receptores de acetilcolina nicotínicos permeables a cationes y los
5-HT3. Los receptores GABAA son los principales canales de Cl−
regulados por transmisor en la neocorteza y la alocorteza,
Figura 25-6. A.Gloebacter violaceus
B. Superficie molecular de las cavidades dentro de las
subunidades de anestésico general (amarillo) y las cavidades
adyacentes entre subunidades (rosa) (Modificado de Nury H, et al:
X-ray structure of general anaesthetics bound to a pentameric
ligand-gated ion channel, Nature 469:428-433, 2011.)
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mientras que los GlyR desempeñan su función en la médula espinal
con cierto solapamiento en el diencéfalo y el tronco encefálico.
Los receptores activados conducen iones cloro y desplazan el
potencial de membrana hacia el potencial de equilibrio Cl−. Ambos
receptores son inhibidores porque el potencial de equilibrio Cl−
suele ser más negativo que el potencial de reposo normal. La
apertura del canal reduce también la resistencia de la membrana y
«cortocircuita» las respuestas excitadoras. La mayoría de
receptores GABAA y GlyR son heteropentámeros; están formados
habitualmente por tres subunidades GABAA diferentes (p. ej., dos #,
dos % y una ! o ") o dos subunidades GlyR diferentes (tres # y dos
%)120. La composición de subunidades de los receptores GABAA
determina sus propiedades fisiológicas y farmaco-lógicas, y varía
entre y dentro de las áreas encefálicas, así como entre los
distintos compartimentos de las neuronas individuales. Algunos
ejemplos son la expresión preferente de la subunidad #5 en el campo
dendrítico del área hipo-cámpica CA1 (una región importante para la
formación de la memoria) o de la subunidad #4 en el tálamo y de la
subu-nidad #1 en el cerebelo. La presencia de una subunidad ! es
necesaria para la modulación de los receptores GABAA por las
benzodiacepinas y también puede influir en la regulación por
anestésicos inhalatorios. Aunque no se han determina-do de modo
definitivo los mecanismos moleculares de la regulación del receptor
por anestésicos inhalatorios, estos receptores han sido claves para
comprender las interacciones
receptor-anestésico. Con modelos de receptor quimérico entre
subunidades GABAA sensibles a anestésico y GlyR insensibles se han
identificado residuos aminoácido espe-cíficos en los dominios
transmembranosos 2 y 3 esenciales para la acción de los anestésicos
inhalatorios121. Esto asentó las bases para obtener receptores
GABAA resistentes a anes-tésicos y ratones transgénicos con
sensibilidad anestésica alterada (v. más adelante).
Los receptores 5-hidroxitriptamina (serotonina)-3 (5-HT3)
permeables a catión relacionado son potenciados de modo similar por
los anestésicos volátiles122. Los receptores 5-HT3 intervienen en
los reflejos autónomos y probablemente también contribuyen a las
propiedades eméticas de los anes-tésicos volátiles (v. capítulo
97).
Inhibición de los receptores acetilcolina y glutamato
excitadoresLos receptores acetilcolina nicotínicos neuronales
(nnAChR), igual que otros miembros de la familia bucle cys, son
canales iónicos heteropentaméricos activados por ligando, pero son
selectivos para los cationes. Tienen subunidades # y %, aunque
ciertas subunidades # pueden formar receptores homoméricos. En el
SNC, los nnAChR son principalmente presinápticos123. Los receptores
#7 homoméricos tienen alta permeabilidad al Ca2+ que puede ser
superior a la de los receptores NMDA123. A diferencia de los
receptores GABAA y GlyR, los nnAChR pasan cationes cuando son
activados y por
Figura 25-7. A A. Modelo molecular de receptor A
# y % B. Sección transversal a la altura de la línea de puntos
en A C. Región ampliada del sitio de unión anestésica entre
subunidades derivado de la región en B
(Por cortesía de Bertaccini laboratory, Stanford
University.)
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tanto despolarizan el potencial de membrana. Los receptores con
subunidades #4%2 son muy sensibles al bloqueo por iso-flurano y
propofol124,125. Es improbable la participación del bloqueo nnAChR
en la inmovilización, sedación e incons-ciencia por anestésicos
inhalatorios porque los nnAChR son bloqueados también por no
inmovilizantes, aunque es posible que contribuyan a la amnesia.
Los receptores NMDA son un subtipo principal de recep-tor
postsináptico de receptores ionótropos para glutamato, el principal
neurotransmisor excitador en el SNC de los mamíferos126. Los
receptores NMDA típicos, definidos far-macológicamente por su
activación selectiva por el agonista exógeno NMDA, son heterómeros
formados por una subuni-dad GluN1 obligatoria y otras subunidades
GluN2 regulado-ras. La apertura del canal precisa glutamato (u otro
agonista sintético como NMDA) unido a la subunidad GluN2, mien-tras
que el coagonista glicina se une a la subunidad GluN1. Los
receptores NMDA precisan también despolarización de membrana para
eliminar el bloqueo dependiente de voltaje por Mg2+. La
despolarización se debe habitualmente a unión del glutamato a
receptores glutamato no NMDA (v. más adelante). Debido a este
requisito para la liberación de trans-misor y para la
despolarización postsináptica, los receptores NMDA sinápticos
funcionan como detectores de coinci-dencia, y se cree que esta
característica es esencial para su papel en el aprendizaje y la
memoria. Los receptores NMDA están involucrados también en el dolor
crónico, quizá por mecanismos similares subyacentes a la
plasticidad sináptica, y en la excitotoxicidad provocada por
isquemia mediante su capacidad de permitir la entrada de la señal
intracelular ubicua de Ca2+. Los anestésicos inhalatorios no
halogenados, como el xenón, el óxido nitroso y el ciclopropano,
tienen efectos mínimos en los receptores GABAA, pero deprimen la
transmisión sináptica glutamatérgica en la región post-sináptica
mediante bloqueo del receptor glutamato NMDA (fig. 25-8)70,127. Los
anestésicos volátiles pueden inhibir también receptores NMDA
aislados a mayores concentracio-nes128. Junto con la inhibición
presináptica de la liberación de glutamato, esto podría contribuir
a la depresión de la transmisión excitadora mediada por el receptor
NMDA.
Una segunda clase de receptores glutamato ionótropos son los
receptores no NMDA, que se subdividen en recepto-res de ácido
#-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol propió-nico (AMPA) y de
cainato según su sensibilidad a agonistas exógenos selectivos126.
Los anestésicos inhalatorios inhiben débilmente los receptores
AMPA, por lo que es improbable que esta sea una acción
importante129. Curiosamente los receptores de cainato son
potenciados por los anestésicos inhalatorios, aunque es improbable
que esto intervenga en la inmovilidad porque la CAM no cambia en
ratones deficientes en la subunidad de receptor GluR6130. La mayor
parte de la evidencia sugiere que el mecanismo principal de la
depresión de la transmisión glutamatérgica por anes-tésicos
volátiles es presináptica, con contribuciones menores del bloqueo
receptor postsináptico131-133 (v. «Mecanismos celulares»).
CANALES IÓNICOS REGULADOS POR VOLTAJE Y OTROS
Inhibición de canales de Na+ excitadoresLos canales de Na+
regulados por voltaje son fundamentales para la conducción axónica,
integración sináptica y la exci-tabilidad neuronal. A diferencia de
los hallazgos en axones
gigantes de invertebrados134, los anestésicos volátiles135,136
disminuyen la conducción axónica en axones hipocámpicos amielínicos
pequeños (0,1-0,2 &m) y pequeños descensos de la amplitud del
potencial de acción preterminal reducen de modo notable la
liberación de transmisor y por tanto las respuestas postsinápticas
en la sinapsis de los mamíferos137. Los canales de Na+ regulados
por voltaje de los mamíferos con expresión heteróloga son sensibles
a concentraciones clínicamente relevantes de anestésicos volátiles.
La familia de canales de Na+ consiste en nueve subunidades #
formado-ras de poros homólogas con distintas distribuciones
celulares y subcelulares138. El isoflurano y otros anestésicos
volátiles inhiben las isoformas principales de los canales de Na+
de los mamíferos, como los canales neuronales (Nav1.2), los del
músculo estriado (Nav1.4), los cardíacos (Nav1.5) y la isofor-ma
periférica Nav1.8139. Los anestésicos volátiles, pero no los
inmovilizantes, inhiben también los canales de Na+ nativos
neuronales y en terminales nerviosas140-143, sustentando
Figura 25-8.
∼
(A),
componente mediado por el receptor NMDA lento de la corriente
(B). ∼
(Modificado y reproducido con autorización a partir de Sousa
SLM, et al: Contrasting synaptic activity of the inhalational
general anesthetics iso-fluorane and xenon, 92:1055-1066,
2000.)
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la noción de que el bloqueo del canal Na+ contribuye a la
depresión de la liberación sináptica de neurotransmisor143. Por el
contrario, el xenón no tiene efecto apreciable en los canales de
Na+, Ca2+ ni K+ en miocardiocitos aislados92. La demostración
reciente de que NaChBac, un homólogo procariota de canales de Na+
regulados por voltaje, también es inhibido por anestésicos
volátiles abre la vía a estudios de función-estructura de estos
canales141.
Inhibición de canales de Ca2+Múltiples funciones celulares
dependen de una concentra-ción estrictamente regulada de Ca2+ libre
intracelular ([Ca2+]i) determinada por la actividad integrada de
los canales de Ca2+ regulados por voltaje, canales de Ca2+ de
capacidad, Ca2+-adenosina trifosfatasa (bombas) de membrana
plasmática y retículo sarcoplásmico/endoplásmico, intercambiadores
Na+/Ca2+ y secuestro mitocondrial de Ca2+. La alteración de
cualquiera de estos mecanismos por los anestésicos pue-de modificar
muchos procesos celulares regulados por las acciones de segundo
mensajero del Ca2+, como transmisión sináptica, expresión de genes,
citotoxicidad y acoplamiento excitación-contracción muscular. Las
células excitables con-vierten su actividad eléctrica en acción
mediante flujos de Ca2+ mediados principalmente por canales de Ca2+
regulados por voltaje en la membrana plasmática. Distintas células
y tejidos expresan diferentes subtipos de canales de Ca2+ que se
clasifican funcional y farmacológicamente por el grado de
despolarización necesario para abrir el canal, como los activados
por voltaje bajo (LVA, del inglés low voltage- activated; tipo T) o
los activados por voltaje alto (HVA, del inglés high
voltage-activated; tipo L, N, R y P/Q). Más adelante se ha
utilizado la identidad molecular de sus subunidades # formadoras de
poros para la clasificación144. Hay evidencia firme de que los
anestésicos volátiles inhiben ciertas isofor-mas de los canales de
calcio145.
La inhibición de los canales de Ca2+ regulados por voltaje
presinápticos acoplada a liberación de transmisor podría ser el
mecanismo de reducción de la transmisión excitadora por anestésicos
volátiles146. De hecho, los canales tipo N (Cav2.2) y tipo P
(Cav2.1), que intervienen en la entrada de Ca2+ acoplada a
liberación de neurotransmisor, tienen escasa sensibilidad a
anestésicos volátiles147,148, aunque no en todos los tipos de
neuronas149, lo que indica la importancia de las subunidades
auxiliares, modificación postraducción u otros probables
reguladores de la sensibilidad anestésica. Su sensibilidad a
anestésicos volátiles y un ligero aumento de la CAM por su
anulación genética en ratones sugieren una contribución modesta de
los canales de Ca2+ de tipo R (Cav2.3) en la anestesia150. Los
canales de Ca2+ de tipo T son especialmente sensibles a los
anestésicos volátiles151 y al óxido nitroso152. No obstante, los
ratones mutantes sin la isoforma del canal de Ca2+ de tipo T
(Cav3.1) tienen sensibilidad normal a anestésicos volátiles, aunque
el inicio de la anestesia se retrasa153. Por tanto, no está claro
el papel que desempeña la inhibición de estos u otros canales de
Ca2+ en los efectos del SNC de los anestésicos inhalatorios.
Por el contrario, es bien conocido el papel de la inhibi-ción
del canal de Ca2+ en los efectos inótropos negativos de los
anestésicos volátiles, prominentes a dosis mayores. La fuerza de la
contracción miocárdica está determinada por la magnitud del aumento
citosólico de Ca2+ tras la excita-ción eléctrica, la reactividad de
las proteínas contráctiles al Ca2+ y la longitud del sarcómero. En
los efectos inótropos negativos de los anestésicos volátiles
intervienen el descenso de la disponibilidad de Ca2+, la
sensibilidad a Ca2+ de las
proteínas contráctiles y la velocidad de eliminación de Ca2
citosólico. Los anestésicos volátiles reducen de modo tran-sitorio
el Ca2+ y acortan la duración del potencial de acción en
miocardiocitos principalmente mediante inhibición de las corrientes
Ca2+ tipo L (Cav1.2), provocando un efecto inótropos negativo y
arritmogenia97,106,154. Por el contra-rio, el xenón no deprime la
función miocárdica ni inhibe las corrientes Ca2+ tipo L, Na+ ni K+
en miocardiocitos ais-lados98,99. La inhibición de la entrada
trans-sarcolema de Ca2+ a través de canales cardíacos de Ca2+ de
tipo L tiene un papel principal en los efectos inótropos negativos
de los anestésicos volátiles –la mayor con halotano–, junto con
contribuciones de los efectos en la sensibilidad a Ca2+ de los
miofilamentos y liberación de Ca2+ por el sarcolema106,155.
En contraste con los canales de Ca2+ regulados por voltaje que
regulan la entrada de Ca2+ extracelular, los canales de Ca2+
intracelulares regulan la liberación de Ca2+ por los depósitos
intracelulares, sobre todo el retículo endoplásmico (RE) y el
retículo sarcoplásmico (RS). Incluyen receptores 1,4,5-trifosfato
(IP3R), regulados por el segundo mensa-jero IP3 y receptores
rianodina (RyR), que intervienen en la liberación rápida del Ca2+
intracelular esencial para el acoplamiento excitación-contracción
en el músculo. La fuga de Ca2+ provocada por anestésico volátil
tiene lugar a través de canales IP3R y RyR con depleción de los
depósitos intracelulares de Ca2+ del RS y del RE. Esto amortigua
los cambios del Ca2+, intracelular en respuesta a la estimulación y
contribuye también a las propiedades relajantes del mús-culo liso
de los anestésicos volátiles inherentes a la bron-codilatación y la
vasodilatación156. La predisposición a la hipertermia maligna es un
trastorno de la farmacogenética que se manifiesta por crisis
hipermetabólica potencialmente mortal desencadenada por anestésicos
volátiles, sobre todo por halotano. A menudo se asocia a mutaciones
en RyR y en el canal de Ca2+ tipo L físicamente asociado (Cav1.1)
que funciona como sensor de voltaje157. Los anestésicos volátiles
activan los RyR anormales y provocan liberación del Ca2+
intracelular, contracción muscular y actividad metabólica
descontroladas158 (v. capítulo 43).
Canales de K+ y canales de HCNLos canales de potasio (K+) son
una familia muy diversa de canales iónicos debido a sus distintos
modos de activación. Regulan la excitabilidad eléctrica, la
contractilidad mus-cular y la liberación de neurotransmisor. Son
importantes para determinar la resistencia de entrada y para
dirigir la repolarización, y por tanto determinan la excitabilidad
y la duración del potencial de acción. Dada la amplia diver-sidad
en la estructura, función y sensibilidad anestésica del canal de
K+, no sorprende que haya diversidad considerable en su
sensibilidad y respuesta a anestésicos inhalatorios159: desde
relativamente insensibles (canales de K+ regulados por voltaje
Kv1.1, Kv3)160 a sensibles (algunos miembros de la familia de
canales de K+ de dominio con dos poros [K2P]), que producen
activación, inhibición o efecto nulo en las corrientes K+.
La activación por anestésico volátil de ciertos canales de K+ de
«fuga» fue observada primero en el caracol Lymnaea161, aunque se
desconocía la identidad molecular de los cana-les iónicos
afectados. Después se observó activación de los canales de K2P por
anestésicos volátiles y gaseosos como xenón, óxido nitroso y
ciclopropano en mamíferos162. El aumento de conductancia K+ puede
hiperpolarizar las neuronas, disminuye la sensibilidad a impulsos
sinápticos excitadores y posiblemente altera la sincronía en la
red. La
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anulación dirigida de los canales de K2P TASK-1, TASK-3 y TREK-1
en ratones reduce la sensibilidad a la inmovilización por
anestésicos volátiles de forma específica para el fárma-co, lo que
implica que estos canales son dianas anestésicas contribuidoras in
vivo32-34. Otros miembros de esta amplia familia de canales de K+
son sensibles también al xenón y a los anestésicos
volátiles163.
El reconocimiento de que las canalopatías son arritmóge-nas y
son un factor contribuyente importante en la muerte cardíaca
súbita164, sobre todo en niños pequeños165, pone de manifiesto la
importancia de analizar la regulación anes-tésica de los canales
iónicos cardíacos. Los canales hERG recombinantes (relacionados con
éter a-go-go humano) son inhibidos moderadamente por halotano, y es
probable que su depresión contribuya en los efectos arritmógenos de
los anestésicos volátiles106,166. Los canales hERG están implicados
también en el síndrome del QT largo congénito y adquirido
(provocado por fármaco). Los canales de K+ activados por Ca2+ y
regulados por voltaje (Kv) rectificadores de la entrada (KIR)
cardíacos son por lo general relativamente insensibles a las
concentraciones clínicas de anestésicos volátiles y
xenón98,106,167. Por el contrario, hay evidencia considerable de
que los anestésicos volátiles y el xenón activan canales de KATP en
mitocondrias y sarcolema107, un efecto con un papel crítico en el
preacondicionamiento anes-tésico. Se han observado efectos
electrofisiológicos directos de los anestésicos con propiedades de
preacondicionamiento en canales de KATP en mitocondrias y
sarcolema, aunque se desconocen los mecanismos exactos.
Los anestésicos volátiles inhiben también los canales
«marcapasos» HCN, reduciendo la velocidad de elevación de los
potenciales marcapasos y la frecuencia de descarga de ciertas
neuronas con autorritmo. Disminuyen la conduc-tancia Ih en la
neuronas168 y modulan las isoformas del canal HCN1 y HCN2 a
concentraciones clínicamente rele-vantes169. La modulación
anestésica de estos canales podría tener un papel importante en los
efectos anestésicos en las funciones integradoras neuronales,
porque estos canales contribuyen al potencial de membrana en
reposo, control de descarga del potencial de acción, integración
dendrítica, automaticidad neuronal y adición temporal, y determinan
la periodicidad y la sincronización de las oscilaciones en muchas
redes neuronales170.
MECANISMOS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULARESLos mecanismos de
señalización celulares son esenciales en todas las fases de la
función de órgano y han sido dianas atractivas para explicar los
variados efectos de los anestésicos generales. Los anestésicos
tienen acciones mal conocidas en las vías de señalización celular
intracelulares, que incluyen procesos anterógrados desde los
receptores y los canales iónicos en la superficie celular, a
efectos de segundos mensa-jeros, vías de fosforilación de proteínas
y otros mecanismos reguladores171.
Receptores acoplados a proteína GDiversas señales, como
hormonas, neurotransmisores, citocinas, feromonas, odorantes y
fotones, producen sus acciones intracelulares al interactuar con
receptores meta-bólicos que activan proteínas de unión-nucleótido
guanina heterotriméricas (proteínas G). A diferencia de los
receptores ionótropos que se unen directamente a canales selectivos
de
ión, las proteínas G actúan como conexiones moleculares
indirectas para transmitir información desde los receptores de la
membrana plasmática activados a las dianas intracelu-lares
apropiadas. Las proteínas G heterotriméricas consisten en una
subunidad # grande y una subunidad dímero %/!, cada una expresada
con múltiples isoformas con distintas propiedades y dianas
anterógradas. Las proteínas G regulan multitud de efectores
anterógrados para controlar las con-centraciones de segundos
mensajeros citosólicos como Ca2+, monofosfato de adenosina cíclico
y trifosfato de inositol. Estos, a su vez, regulan proteínas
efectoras como canales iónicos y enzimas, bien de modo directo o
mediante vías de fosforilación de proteína reguladas por segundo
mensajero. Los fármacos que actúan a través de receptores acoplados
a proteína G (GPCR), como agonistas opioides & y receptores
#2-adrenérgicos, pueden alterar la sensibilidad anestésica (reducen
la CAM). Los anestésicos inhalatorios pueden alte-rar de modo
directo también la vía de señalización GPCR172. Por ejemplo, los
anestésicos volátiles activan múltiples GPCR olfativos en la rata
in vivo de modo selectivo de fármaco y de receptor173. Son posibles
efectos análogos en GPCR relacionados más relevantes para los
criterios de valoración anestésicos críticos, aunque no han sido
demostrados. La observación de que tanto los anestésicos volátiles
como los no inmovilizantes inhiben los receptores glutamato mGluR5,
los receptores serotonina 5-HT2A y los receptores acetilcolina
muscarínicos, sugiere que estos efectos GPCR no contribuyen a la
inmovilización anestésica174-176.
Fosforilación de proteínasLa fosforilación de proteínas en
grupos específicos serina, treonina o tirosina hidroxilo, una
modificación postraduc-ción involucrada en la regulación de muchos
receptores y canales iónicos sensibles a anestésicos, es
fundamental para la plasticidad sináptica (p. ej., potenciación a
largo plazo [PLP]). La fosforilación está controlada por el
equilibrio de actividad entre proteínas cinasas y fosfatasas,
varias de las cuales son dianas anestésicas verosímiles. La familia
proteína cinasa C (PKC) de proteínas cinasas multifuncionales se
activa por la molécula de señalización lipídica diacilglicerol y
está implicada en la regulación de muchos canales ióni-cos y
receptores. El halotano177 y el sevoflurano178 potencian la
actividad de algunas isoformas PKC y estimulan la fos-forilación de
sustratos PKC específicos. Estudios estructu-rales han identificado
un probable punto de unión en el dominio de unión diacilglicerol de
PKC" coherente con la propiedad de ciertos anestésicos de imitar a
su regulador natural mediante unión al punto de activación179. Aún
no se ha demostrado un papel específico como un efecto
farmaco-lógico directo relevante mediado por activación anestésica
de PKC o de cualquier otra cinasa. La inyección intratecal de
inhibidores PKC específicos de isoforma no altera la sensi-bilidad
al halotano in vivo180. Ratones inactivados genéti-camente sin
isoforma PKC! tienen sensibilidad normal al halotano y al
desflurano mientras que la CAM del isoflurano aumentó181, lo que
indica que la PKC no es esencial para la inmovilización por
anestésico volátil.
Se ha descubierto un papel importante de los efectos de los
anestésicos volátiles y del xenón en los mecanis-mos de
señalización celular para preacondicionamiento del corazón (v.
capítulo 28) y del encéfalo contra el daño
isquémico81,83,85,87,109. El preacondicionamiento provocado por
anestésico y el cardíaco isquémico comparten mecanis-mos de
señalización fundamentales como activación de múltiples GPCR (p.
ej., adenosina, opioide, adrenérgico) y
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proteínas cinasas (p. ej., src cinasa, PKC", PKCε, Akt,
pro-teínas cinasas activadas por mitógeno [MAPK]) y sus dianas
anterógradas, sobre todo canales de KATP en mitocondriales y/o
sarcolema, iniciados probablemente por cambios en las especies
reactivas del oxígeno como segundo mensajero crítico95. Los
anestésicos volátiles y el xenón comparten efectos
cardioprotectores y neuroprotectores que implican a estas vías de
señalización109.
Los efectos de los anestésicos en la fosforilación de resi-duos
individuales en sustratos específicos pueden estudiarse con
anticuerpos específicos de estado de fosforilación capa-ces de
detectar la forma fosforilada de sustratos cinasa. Una comparación
de los efectos de tres anestésicos diferentes (isoflurano, propofol
y ketamina) en las vías fundamentales de señalización de
fosforilación de proteína intracelular que se sabe que integran
múltiples sistemas de segundo mensajero revela acciones in vivo
compartidas y específicas de fármaco182. Los tres anestésicos
reducen la fosforila-ción de puntos activadores en receptores
glutamato NMDA y AMPA y de la cinasa ERK2 regulada por señal
extracelu-lar anterógrada, implicadas en la plasticidad sináptica,
en consonancia con la depresión de la transmisión sináptica
glutamatérgica normal en la corteza cerebral de ratones
anestesiados. Estos efectos son algo selectivos porque otros
sustratos PKA examinados no cambian, lo que indica un efecto
específico de sustrato más que una inhibición general de la
actividad PKA183. Son necesarios estudios adicionales para
determinar qué efectos anestésicos en las vías cina-sa representan
efectos directos, como ocurre con la PKC, y cuáles son indirectos
por alteraciones provocadas por anestésico en las moléculas de
señalización que regulan la actividad proteína cinasa y fosfatasa
como Ca2+ y otros segundos mensajeros.
Expresión de genesLa propiedad de los anestésicos generales de
alterar la expre-sión de genes en el encéfalo fue observada por
primera vez para los genes tempranos inmediatos muy reactivos c-fos
y c-jun184. Desde entonces se han observado efectos anes-tésicos en
la expresión de genes con múltiples anestésicos y en distintos
órganos185. En el hipocampo de ratas ancia-nas los cambios en la
expresión génica persistieron hasta 2 días en ratas expuestas a
isoflurano y óxido nitroso186, y se han observado cambios en la
expresión de proteínas 3 días después de la exposición a
desflurano187. Se desconoce la transcendencia de estos cambios en
la expresión de genes y proteínas persistente tras la recuperación
de los signos clásicos de anestesia (v. revisión)77.
MECANISMOS CELULARES
EXCITABILIDAD NEURONALLa excitabilidad neuronal depende del
potencial de mem-brana en reposo, del umbral de inicio del
potencial de acción y de la resistencia a la entrada (un indicador
de la actividad global del canal), que pueden diferir entre
compartimentos dentro de una misma neurona debido a
especializaciones subcelulares (p. ej., cuerpo frente a
den-dritas). Las neuronas muestran una considerable diversidad y,
por tanto, los efectos anestésicos varían entre las pobla-ciones
neuronales con el estado de la neurona individual y su red –es
decir, si está hiperpolarizada o despolarizada, estimulada por
entradas sinápticas o quiescente–. Por tanto,
debería reconocerse que los resultados obtenidos incluso de
preparaciones tradicionales de cortes agudos de tejido solo
reflejan de forma incompleta los efectos anestésicos sobre las
neuronas in vivo.
La excitabilidad intrínseca de las motoneuronas de la médula
lumbar in vivo parece estar poco afectada por el halotano188. Los
efectos anestésicos en las propiedades de activación de las
neuronas hipocámpicas piramidales son complejos: se han comunicado
aumento o descenso del umbral y diferencias regionales y efectos
dependientes de la dosis sobre los patrones de activación189,190.
Por el contrario, neuronas en el núcleo posteroventral del tálamo
(posible-mente neuronas talámicas de relevo) se hiperpolarizan en
presencia de isoflurano y tienen menos probabilidad de producir
potenciales de acción por un descenso de la resis-tencia de entrada
(aumento de cortocircuito), atribuido a conductancia del
potasio191. Se observan efectos similares en neuronas motoras del
nervio hipogloso y en neuronas del locus caeruleus en las que tiene
una implicación causal el canal de K2P de tipo TASK192.
El papel de los receptores GABAA localizados en las zonas
extrasinápticas puede incluir los efectos de los anestésicos
volátiles (fig. 25-9). Los receptores GABAA extrasinápticos, que
difieren de los sinápticos en la composición de subuni-dades,
intervienen en la inhibición tónica (a diferencia de la inhibición
fásica mediada por receptores GABAA sinápticos) y son muy sensibles
a muchos anestésicos generales. Los receptores GABAA
extrasinápticos tienen mucha afinidad por GABA, se desensibilizan
con lentitud y están expuestos tónicamente a concentraciones GABA
bajas en el entorno193 a las que el efecto potenciador de los
anestésicos es más pronunciado. Los efectos de los anestésicos en
la inhibición tónica han sido caracterizados en el hipocampo, que
tiene una función principal en el aprendizaje y en la memoria. Las
neuronas hipocámpicas generan una activación median-te corriente
tónica intensa de los receptores GABAA con subunidad #5194-197 que
son muy sensibles a etomidato, propofol, midazolam e isoflurano.
Los receptores GABAA con subunidad #5 son muy sensibles a
concentraciones bajas de propofol e isoflurano que producen amnesia
pero no inconsciencia y también pueden estar implicados en la mayor
duración de sus efectos cognitivos (explicado anteriormente) (v.
también capítulos 26, 30 y 99). Los receptores que contienen
subunidades #5 también con-tribuyen a frenar las corrientes fásicas
(sinápticas) que se han descubierto en muchas regiones
cerebrales198. En el hipocampo, estas corrientes denominadas
GABAAlentas son moduladas sustancialmente por etomidato e
isoflurano en concentraciones amnésicas. El lento curso temporal y
la localización de GABAAlentas coincide con las entradas sinápticas
mediadas por el receptor NMDA en las células piramidales del
hipocampo, y las sitúa en una posición ideal para modular la
plasticidad sináptica. De este modo, estos receptores proporcionan
un posible sustrato para las propiedades amnésicas de los
anestésicos.
EFECTOS PRESINÁPTICOS Y POSTSINÁPTICOS EN LA TRANSMISIÓN
SINÁPTICALos anestésicos generales tienen efectos potentes y
específi-cos en la transmisión sináptica, como acciones
presinápti-cas (alterando la liberación de transmisor) y
postsinápticas (alterando las respuestas postsinápticas de las
neuronas a transmisores específicos). Las contribuciones relativas
de