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Efecto del estrés sobre la plasticidad sináptica, la conducta y la capacidad de
aprendizaje asociativo en un modelo animal.
Castañeda P*. 1, Díaz G. 2, Mora S. 2, Fiedler J.3 1 Departamento de Biología, Facultad de Ciencias, UMCE, 2 Departamento de Bioquímica, Fac. Cs. Quim y Farm. U. Chile; 3 Departamento de Farmacología, Fac Medicina, U. Chile. El concepto de estrés ha evolucionado desde una alteración a la homeostasis, en donde el organismo desarrolla una respuesta de “fight or flight” (pelea o escape) a un concepto de “stress” como “una respuesta no específica del cuerpo a cualquier amenaza o fuerza externa” que gatilla el “Síndrome de Adaptación General” en el organismo, mediante la activación del eje Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal, como uno de los principales elementos participantes (Goldstein y Kopin, 2007). Todas estas definiciones llevan implícitas la idea de una respuesta unificadora del organismo frente al estrés. Sterling y Eyer (1988) introdujeron el término “alostasis” para referirse a los niveles de actividad requerida por el individuo para “mantenerse estable a través del cambio” en busca de la respuesta unificadora del organismo frente al estrés (Goldstein y McEwen, 2002). El costo de este “acomodamiento al estrés” es lo que se denomina actualmente “carga alostática”; es decir, el desgate acumulativo que sufre el individuao a través del tiempo para mantener un estado estable (McEwen, 1998; McEwen, 2007). A pesar de estas nuevas definiciones que muestran nuevas reflexiones en torno a este tema, aún no queda claro a través de qué mecanismos bioquímicos las situaciones adversas y persistentes se traducen en patologías psiquiátricas en un individuo. Se ha mencionado que el estrés persistente en el tiempo, es uno de los
factores más recurrentes en gatillar alteraciones psiquiátricas y desordenes psicológicos tales como: trastornos del apetito, trastornos del sueño, ansiedad, angustia, depresión y alteraciones cognitivas (Manzure y cols., 1999, Kendler y cols., 1999; van Praag, 2004; Joorman y Gotlib, 2010). Una de las alteraciones más recurrentes provocadas por el estrés, es el aumento en la secreción adrenal de hormonas glucocorticoides, es decir,
cortisol en humanos y corticosterona en roedores y alteraciones en el peso corporal Otras alteraciones que se han observado producto del estrés, son aquellas relacionadas con la plasticidad sináptica. En modelos de rata sometidas a estrés por restricción de movimiento, se ha observado remodelamiento en las densidades y largos de las dendritas como también atrofia dendrítica de las neuronas del Hipocampo y de la Amígdala. (Watanable y cols., 1992; Vyas y cols., 2002). En primates (Tupia belangeri) sometidos a un modelo de estrés psicosocial, el que consiste en someter a una disputa por las hembras a dos machos, y luego hacer que conviva el macho subordinado junto al macho α (Magariños y McEwen, 1995), se ha observado en el macho subordinado, un aumento en la expresión de la hormona liberadora de corticotropina responsable de mediar la síntesis de glucocorticoides (Zambello y cols., 2008) y una inhibición en la proliferación de neuronas del Giro Dentado, zona ubicada al interior del Hipocampo. (Czéh y cols., 2001). En la especie humana, la plasticidad del Hipocampo también queda de manifiesto en estudios post-morten, los que muestran que existe génesis y diferenciación de nuevas células con características neuronales en el Giro Dentado a nivel de Hipocampo. (Ericksson y col., 1998). A pesar de las numerosas investigaciones que involucran el estudio del efecto de los glucocorticoides, los receptores a neurotransmisores o sus transportadores, aún se desconoce el mecanismo preciso que subyace a los cambios morfológicos a nivel dendrítico. Actualmente, las investigaciones indican que los desórdenes del ánimo gatillados por diferentes estresores, podrían estar asociados con deterioros en la plasticidad estructural de las neuronas (Manji y col., 2003). En este proceso de plasticidad el desarrollo dendrítico es crítico para la formación de circuitos neuronales y procesamiento de la información puesto que son estas estructuras las que forman espinas en donde se lleva a cabo la sinápsis (Cline, 2001). Se ha demostrado que el crecimiento normal de las dendritas ocurre a través de un proceso dinámico de extensión y retracción de estructuras denominadas filopodios – prolongaciones de la membrana en forma de dedos- hasta formar las conexiones sinápticas en sus espinas (Mc Allister, 2000). Al respecto, se desconoce, si el estrés crónico pudiese provocar cambios morfológicos asociados a dichas conexiones sinápticas y particularmente a la El presente trabajo tiene por objetivo estudiar en un modelo de rata, si el estrés crónico provocado por restricción de movimiento, provoca alteraciones conductuales y cognitivas que pudiesen asociarse a la densidad de espinas dendríticas, en neuronas Animales y modelo de estrés crónico. En todos los experimentos se emplearon ratas macho (Rattus novergicus, cepa Sprague-Dawley, 200-240 g), en condiciones estandarizadas, con ciclo luz–oscuridad de 12 horas, a una temperatura de 22°C y una humedad de un 45%. Los animales recibieron alimento estéril y agua ad libitum. Para este modelo de estrés, los animales fueron colocados en cilindros de acrílico transparente (de 80mm de diámetro) con perforaciones para permitir la entrada de aire, durante 2,5 h diarias y por 14 días consecutivos. Este aparato limita la movilidad del animal, pero no lo inmoviliza completamente. (Magarinos, A.M., y cols., 1995). Determinación del peso corporal. Con el objeto de determinar si la restricción de movimiento provocaba estrés en los animales, se procedió a determinar las variaciones en su peso corporal, pesándolos diariamente antes de iniciar el protocolo de estrés. Pruebas conductuales. Para evaluar si el modelo de estrés crónico, generaba cambios en las conductas de los animales, se evaluó después de 24 h de terminado el tratamiento, la anhedonia. La prueba hedónica, es decir gusto por el placer, se evaluó frente a la opción de beber agua azucarada (1%sacarosa) o agua sola durante 3 h diarias por 14 días. La falta de preferencia por el agua endulzada refleja una condición de anhedonia (pérdida por el placer) (Zurita, A., y cols., 2000). Uno de los ensayos que apuntan a medir la capacidad cognitiva de los animales es la prueba de respuesta condicionada frente al estímulo sonoro y posterior descarga eléctrica en las patas (Mora y col., 1993). Se realizaron un total de 50 ensayos, los que duraron un total de 30 min. Esta prueba permitió evaluar de qué manera el estrés por restricción de movimiento es capaz de modificar la capacidad del animal por adquirir una respuesta condicionada, y por tanto Determinación del número de espinas dendríticas El estudio del número de espinas dendríticas se realizó en neuronas piramidales del área CA1, restringidas a las coordenadas Bregma: -2,8 a -3,8 de cortes coronales de Hipocampo. Las espinas se contaron desde el origen de la ramificación y a lo largo de 80 µm de longitud, los cuales fueron a su vez divididos en 10 secciones de 8 µm cada una. En cada uno de estos segmentos, se realizó el conteo de las espinas dendríticas de cada uno de los animales correspondiente a cada condición. Las espinas se contaron bajo aumento 100x con microscopía óptica. En este modelo de estudio, se ha encontrado que el estrés por restricción gatilla una disminución significativa del peso corporal. Esta disminución en la ganancia de peso,
podría tener distintas explicaciones: la eficacia del estrés, la velocidad de metabolización del alimento, la severidad del régimen de estrés, el incremento en la actividad locomotora como respuesta al estrés o la modulación de los centros del apetito o de la saciedad (Sapolsky 1986; Marin y cols., 2007). Los resultados también muestran que al inicio del ensayo, los animales muestran un 100% de conductas hedónicas y que el estrés provocó una clara conducta anhedónica, es decir, la pérdida
de interés por un estímulo placentero, como es beber agua azucarada (1% sacarosa). Este tipo de conducta anhedónica se observa muy marcada al cabo de 7 días de estrés, y luego existe un aumento –aunque no significativo- en el consumo de Para evaluar si los animales con restricción de movimiento exhiben respuestas que se asocien a alteraciones cognitivas se procedió a someterlos a la prueba de evitación activa. Esta prueba se basa en la clásica respuesta condicionada la cual es el eje del aprendizaje asociativo, en donde se reflejan las condiciones cognitivas del animal. En ella se determina la capacidad para asociar un estímulo aversivo (por ejemplo, choque eléctrico en las patas) con un estímulo sensorial (sonido). Los animales restringidos sólo logran un 10% de adquisición de respuesta condicionada (ARC) en comparación con el 30% de ARC en los animales controles. Estos resultados señalan que la restricción por movimiento provoca un deterioro en la capacidad asociativa y por ende en la
capacidad cognitiva de los animales. Los animales con restricción de movimiento fracasan en un alto porcentaje (aproximadamente un 25%) al momento de escapar del shock eléctrico dado en las patas, posterior al tono audible; es decir, estos animales fracasan tanto en la asociación como en su capacidad de escapar, de moverse; permaneciendo en el compartimento de la jaula electrificada, la totalidad del tiempo que dura el estímulo eléctrico. Por otra parte, los resultados muestran que el estrés promueve una alteración en la densidad de espinas; observándose que en los primeros
tres segmentos de longitud de la dendrita, la densidad de espinas no cambia en ninguna condición experimental.; sin embargo, esta situación varía a medida que el conteo se aleja de los primeros segmentos de la dendrita primaria. Esta alteración se manifiesta como una disminución en la densidad de espinas dendríticas en aquellos animales sometidos a estrés por restricción de movimiento. El conjunto de estos resultados, muestran que el estrés crónico gatilla en el organismo una disminución en la ganancia de peso corporal, mostrando así que el protocolo de restricción efectivamente gatilla estrés. Se ha reportado que uno de los neurotransmisores asociados a estrés, es la serotonina, los receptores de serotonina están ampliamente distribuidos en la mucosa gastrointestinal y alrededor de los vasos sanguíneos de la submucosa gástrica (Fujumiya y cols., 1997) en donde actúan regulando la motilidad gástrica (Yu y cols., 2001), lo que podría estar asociado a la Sumado a lo anterior el estrés también provoca conductas de pérdida por el placer (conducta anhedónica), cuestión que se manifiesta en el bajo consumo de agua azucarada en comparación con los animales controles. Se ha planteado que uno de los síntomas altamente generalizados en respuesta al estrés crónico es la conducta anhedónica (Gambarana y cols., 2001). En diferentes modelos animales de estrés crónico se ha reportado que éste induce disminución en la actividad sexual (Brotto y col, 2001), aumento en los niveles de corticosterona (Konkle y cols., 2003), todo lo cual ha sido interpretado como análogo a lo observado en pacientes depresivos (Strekalova y cols., 2004) siendo el estrés crónico uno de los factores que gatillan esta alteración. Al respecto se ha señalado que el estrés crónico altera la respuesta serotoninérgica del cerebro aumentando, por ejemplo, los niveles de mRNA del receptor 5HT1B, o provocando la desensibilización del autorreceptor 5HT1A en ratones crónicamente estresados (Fick y Markus, 2007; Bambico y cols., 2009). Los procesos cognitivos, son otro blanco del estrés, el cual afecta redes neuronales, alterando la formación de lo que se ha denominado la “memoria implícita o procedimental” (Thompson y Kim, 1996). Este tipo de memoria se asocia al aprendizaje de ciertas destrezas motoras; las cuales se construyen lentamente. Uno de los ensayos que normalmente se utiliza para evaluar este tipo de conducta es el Aprendizaje Condicionado. En nuestro modelo de estudio, el estrés provocó una fuerte alteración en la capacidad cognitiva de los animales, dado que éstos fueron incapaces de escapar al momento de emitir el tono audible, lo cual podría correlacionarse con los cambios morfológicas observados en la disminución del número de espinas dendríticas Bambico, F. R., N. T. Nguyen, y cols (2009). "Decline in serotonergic firing activity and desensitization of 5-HT1A autoreceptors after chronic unpredictable stress." Eur Cline, H. T. (2001). "Dendritic arbor development and synaptogenesis." Curr Opin Czeh, B., T. Michaelis, y cols (2001). "Stress-induced changes in cerebral metabolites, hippocampal volume, and cell proliferation are prevented by antidepressant treatment with tianeptine." 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Source: http://www.ciie2010.cl/docs/doc/sesiones/234_Castaneda_Estres_sobre_plasticidad.pdf