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1Origen de la variabilidad del reflejo monosináptico

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Instituto de Fisiología

Tesis de Maestría

Mecanismos de modulación de la

variabilidad del reflejo monosináptico

de la médula espinal del gato

Laboratorio de Neurofisiología Integrativa

Alumno: M. C. Gerardo Rojas Piloni

Tutor: Dr. Elías Manjarrez López


RESUMEN

La observación de que el reflejo monosináptico fluctúa se realizó a principios del siglo XX,sin embargo, no fue hasta 1955 cuando Hunt atribuyó este fenómeno a las variaciones en el potencialde membrana de las motoneuronas, es decir, a efectos postsinápticos. En contraste, Rudomin yDutton en 1969 encontraron que la variabilidad del reflejo monosináptico es originada por laactivación de vías neuronales que producen inhibición presináptica. Estos investigadores propusieronque el papel funcional de la inhibición presináptica sobre las fluctuaciones, sería la de incrementarel contraste motor entre músculos agonistas y antagonistas, y supusieron que este tipo de modulaciónpodría tener alguna función en el control del movimiento.

Recientemente, ha sido identificado un grupo neuronal en el asta dorsal de la médula espinaldel gato con alta actividad espontánea, el cual está localizado en la misma región donde se encuentranlas neuronas que responden a la estimulación de aferentes cutáneos de bajo umbral. Ello ha sugeridoque las neuronas que generan los potenciales espontáneos registrados en la superficie dorsal de lamédula espinal (nCDP´s espontáneos) son interneuronas que reciben entradas sinápticas de aferentescutáneos. Esto es consistente con el hallazgo de que los potenciales de campo producidos por laactivación de fibras de origen cutáneo se facilitan cuando los preceden nCDP's espontáneos. Además,se sabe que la inhibición presináptica de aferentes musculares es modulada por influencia de víascutáneas, por lo que se sugiere que ambos fenómenos se encuentren interrelacionados, es decir, quelas neuronas que generan los nCDP´s espontáneos posiblemente pueden modular la informaciónsensoriomotora.

En este proyecto se exploró la contribución de las neuronas del asta dorsal que son responsablesde generar los nCDP's espontáneos, sobre la variabilidad del reflejo monosináptico, así como suinfluencia en la inhibición presináptica de aferentes musculares, ya que existe una alta relaciónentre la actividad de estas neuronas con las respuestas producidas por estimulación de aferentescutáneos.

Nuestros resultados muestran que las neuronas responsables de generar los nCDP´s espontáneosfacilitan la vía refleja monosináptica y esta facilitación tiene un curso temporal similar al de la fasede caída de estos potenciales espontáneos. Damos evidencias de que las fluctuaciones de los reflejosmonosinápticos son originadas, en parte, por la actividad de las neuronas que generan los nCDP´sespontáneos. Ademas, mostramos que las neuronas que originan los nCDP´s espontáneos ejercenun efecto inhibitorio sobre la inhibición presináptica de la vía refleja monosináptica, explicando asísu modo de acción

Los datos reportados sugieren una posible influencia de las neuronas que generan los nCDP'sespontáneos sobre la vía refleja, modulando la variabilidad y amplitud de las respuestasmonosinápticas, posiblemente por mecanismos tanto pre como postsinápticos.

Resumen


INTRODUCCIÓN

La selección natural ha generado una gran variedad de receptores sensoriales

que cumplen la función de informar al organismo los cambios producidos, tanto en el

medio externo como en el medio interno. De esta manera, el sistema nervioso central

(SNC) coordina los movimientos con base en la información que recibe del exterior

(somestesia) por un lado, y por otro, con la información que recibe de los propios

órganos (propiocepción) (Gordon, 1979).

Los músculos contienen receptores sensibles a diferentes estados del propio

músculo. Se conocen particularmente dos tipos de receptores que se distinguen por

su importancia en el control motor: los husos musculares y los órganos tendinosos de

Golgi; ambos se encuentran distribuidos ampliamente en todos los músculos

esqueléticos (Livington, 1986).

Husos musculares.

Los husos musculares son estructuras elongadas localizadas de manera parale-

la a las fibras musculares. Están compuestos de fibras musculares especializadas, a

las cuales se les ha llamado fibras intrafusales, con la finalidad de distinguirlas de las

fibras musculares de trabajo (fibras extrafusales). Los husos musculares son recepto-

res formados de tres clases de fibras intrafusales: las fibras de cadena nuclear que

tienen diámetro pequeño y se han nombrado así por que sus núcleos se distribuyen en

forma de cadena a lo largo de la fibra; también hay dos tipos de fibras que tienen un

Introducción


diámetro y tamaño mayor denominadas fibras de bolsa nuclear estáticas y dinámicas,

que se denominan de esta manera porque sus núcleos se agrupan formando un ensan-

chamiento en forma de bolsa localizado cerca del centro de la fibra (Stratton, 1984).

Todas estas estructuras se encuentran encapsuladas en tejido conectivo, y entre la

cúpula y los componentes del huso existe un fluido viscoso que lubrica el movimien-

to de las fibras musculares (Gordon y Ghez, 1991). Las fibras intrafusales no contri-

buyen en la contracción del músculo, pues son reducidas en número en relación a las

fibras extrafusales. Los tres tipos de fibras intrafusales juegan un papel importante

que determina el patrón de descarga de las terminales sensoriales que inervan a los

husos musculares (Harris y Henneman, 1980).

Los husos musculares se encuentran inervados tanto por fibras sensoriales como

por terminaciones motoras (Gordon y Ghez,1991). Las fibras sensoriales que inervan

a los husos musculares principalmente son de tipo Ia y II, aunque también se ha

descrito que emergen otras aferentes de diámetro pequeño que terminan libremente,

probablemente con funciones termorregulatorias o bien como nociceptores (Boyd,

1975). Las fibras Ia forman terminaciones anuloespirales, es decir, se encuentran

rodeando a las fibras intrafusales. De esta manera, cuando el huso muscular cambia

su longitud se produce una despolarización de la membrana de los axones sensoria-

les, generando la descarga de potenciales de acción (Patton, 1965). Los axones

aferentes Ia terminan en todos los tipos de fibras intrafusales, en cambio los aferentes

tipo II solo terminan en las fibras de cadena nuclear y en las fibras de la bolsa nuclear

estáticas (Boyd, 1980). (Fig. 1)

Introducción


Los axones motores que inervan las fibras intrafusales se conocen como

motoneuronas γ, en cambio, las motoneuronas α inervan las fibras extrafusales. Las

motoneuronas γ se encuentran regulando la sensibilidad del huso muscular, pues su

activación produce contracción de las fibras intrafusales (Hasan y Stuart, 1984).

Existen dos tipos de motoneuronas γ: las motoneuronas γ dinámicas, que inervan

solo las fibras de la bolsa nuclear dinámicas y las motoneuronas γ estáticas, las cua-

les inervan tanto las fibras de cadena nuclear como las fibras de la bolsa nuclear

estáticas (Harris y Henneman, 1980).

Cuando un músculo es estirado, se activan los husos musculares y de esta

manera se incrementa la frecuencia de descarga de las aferentes que inervan dichos

receptores. Existen dos fases en el cambio de longitud de las fibras que componen

Figura 1. Representaciónesquemática de la estructu-ra y localización de los re-ceptores a estiramiento ytensión del músculo. Los hu-sos musculares se encuentranorientados en paralelo respec-to a las fibras musculares,inervados por fibras aferentesIa, II así como eferentes demotoneuronas γ. En cambiolos órganos tendinosos deGolgi principalmente estáninervados por fibras aferentesIb y se encuentran orientadosen serie respecto a las fibrasmusculares (modificado deHarris y Henneman, 1980).

Tendón

Cápsula de tejidoconectivo delhuso muscurar

Fibra muscularintrafusal

Fibra muscularextrafusal

Fascia muscular

TendónÓrganotendinosode Golgi

Introducción


los husos musculares: una fase dinámica, que es el periodo en el que está ocurriendo

el cambio de longitud, y una fase estática cuando el músculo se ha estabilizado en

una nueva longitud. Cuando ocurre el estiramiento las fibras Ia y II incrementan su

frecuencia de descarga, pero cuando ocurre un acortamiento disminuye más rápida-

mente la frecuencia de descarga de las aferentes del tipo Ia que de las del tipo II

(Matthews, 1972). Además, durante la fase dinámica del estiramiento las aferentes

Ia descargan a mayor frecuencia que durante la fase estática del estiramiento, en

cambio las fibras II incrementan gradualmente su frecuencia de descarga y esta no

varía durante la fase estática del estiramiento (ver Gordon y Guez, 1991). Las fibras

de bolsa nuclear dinámicas tienen una respuesta elástica al estiramiento en su región

central y una respuesta viscoelástica en sus extremos, es decir, la resistencia al estira-

miento es proporcional a la magnitud de éste, en cambio las fibras de bolsa nuclear

estáticas y las fibras de cadena nuclear tienen respuestas más uniformes a todo lo

largo de ellas (Boyd y Ward, 1975). Así, durante un estiramiento, las aferentes que

inervan las fibras de bolsa nuclear dinámicas (aferentes Ia) incrementan su frecuen-

cia de descarga durante la fase dinámica del estiramiento, pero la disminuyen gra-

dualmente durante la fase estática de éste. Sin embargo, las aferentes que inervan las

fibras de cadena nuclear y las fibras de la bolsa nuclear estáticas (aferentes Ia y II),

incrementan su frecuencia de descarga durante la fase dinámica del estiramiento y

mantienen su actividad aún durante la fase estática del estiramiento (ver figura 2).

Las aferentes Ia son altamente sensibles a la velocidad del estiramiento y se han

especializado en responder de manera eficaz a estos cambios de longitud, en cambio

las aferentes II probablemente se encuentren participando en informar el estado del

sistema (Willis y Coggeshall, 1991).

Introducción


Órganos tendinosos de Golgi.

Los órganos tendinosos de Golgi están inervados sólo por fibras aferentes del

grupo I y se conocen como fibras aferentes Ib. Estos órganos sensitivos son estructu-

ras encapsuladas de aproximadamente 100 mm de diámetro y 1 mm de largo que se

localizan entre la unión de las fibras extrafusales del músculo con el tendón. Las

fibras Ib, que inervan al órgano tendinoso de Golgi, se entretejen entre fibras de

colágeno que también pertenecen a dicho órgano, de tal forma que cuando existe

Aferentedel grupo II

Fibra debolsa nuclear

Aferentedel grupo I

Motoneuronadinámica γ

Motoneuronaestática γ

Fibra decadena nuclearTerminación

primariaTerminaciónsecundaria

1 kg

200 µV

1 kg

200 µV

1 seg

Fibra Ia

Fibra II

Figura 2. Inervación de los tipos de fibras intrafusales y sus descargas características. A, represen-tación de los tipos de fibras intrafusales presentes en los husos musculares de mamíferos y su inervación.B, registros realizados en las fibras aferentes del tipo I y II durante el estiramiento. Nótese que las fibrasIa descargan durante la fase dinámica del estiramiento, en tanto que las fibras del grupo II continuandescargando en la fase estática del estiramiento. (modificado de Harris y Henneman, 1980).

Introducción

A

B


tensión, las fibras de colágeno comprimen a las fibras sensoriales y las activan (Harris

y Henneman, 1980).

Las diferencias funcionales entre los órganos tendinosos de Golgi y los husos

musculares radican en su arreglo anatómico, pues mientras los husos musculares se

localizan en paralelo a las fibras del músculo, los órganos tendinosos de Golgi se

encuentran en serie con dichas fibras (ver figura 1), determinando que ambos recep-

tores tengan características distintas (Matthews, 1972).

Como ya se mencionó, los husos musculares juegan un papel importante en el

control motor. Si un músculo es estirado, las aferentes Ia sufren un incremento en su

actividad eléctrica, mientras que las fibras Ib no varían significativamente su fre-

cuencia de descarga (Patton, 1965). En cambio, si ahora el músculo se contrae, por

efecto de la activación de motoneuronas a, las fibras Ia disminuyen su frecuencia de

descarga mientras que las fibras Ib la incrementan significativamente (Hunt y Kuffler,

1951; Matthews, 1972; Gordon y Guez, 1991). Estos resultados han permitido supo-

ner que tanto los husos musculares como los órganos tendinosos de Golgi, otorgan

información sobre el estado mecánico del músculo, pues mientras los husos muscu-

lares informan sobre el grado de estiramiento en el que se encuentra el músculo, los

órganos tendinosos de Golgi informan sobre la tensión desarrollada durante la ejecu-

ción de un acto motor (Antuñez, 1979).

Introducción


El reflejo miotático.

El reflejo espinal más ampliamente estudiado es el reflejo miotático, que es

una respuesta de contracción muscular que se produce cuando el músculo es estira-

do. A principios del siglo XX, Sir Charles Sherrington encontró que el reflejo miotático

requiere tanto de una entrada sensorial a la médula espinal, como de la salida motora

hacia el músculo, pues este tipo de reflejo se suprime al seccionar tanto las raíces

dorsales o las ventrales de la médula espinal en el gato y sigue presente aún en ani-

males espinalizados a nivel intercolicular (Sherrington, 1925).

Las fibras aferentes Ia que inervan los husos musculares, establecen conexio-

nes monosinápticas en la médula espinal con motoneuronas que inervan el mismo

músculo (homónimas), así como motoneuronas que inervan músculos sinergistas

(heterónimas). Mendell y Henneman (1971) encontraron que un total de 60 fibras Ia

del músculo gastrocnemio medial del gato, establecen contacto con 300 motoneuronas,

de las cuales, el 60% eran motoneuronas que provenían de músculos sinergistas,

como son el gastrocnemio lateral y el sóleo. Estos mismos autores reportaron que los

potenciales sinápticos excitatorios (EPSP's) registrados en las motoneuronas difie-

ren en la amplitud, siendo mayores los EPSP's registrados en las motoneuronas

homónimas con respecto a aquellos registrados en motoneuronas heterónimas. De

esta manera, las aferentes Ia provenientes de los husos musculares activan

monosinápticamente tanto a motoneuronas homónimas así como a motoneuronas

heterónimas (Brown y Fyffe, 1981).

Introducción


Las aferentes del grupo II, las cuales también responden al estiramiento del

músculo, ejercen una excitación sobre motoneuronas homónimas (Matthews, 1972)

con una latencia mayor a 1.4 ms, lo que sugiere un circuito probablemente di o

trisináptico (Mendell y Henneman, 1980). En cambio, la latencia del reflejo produci-

do al estimular aferentes Ia resulta ser de entre 0.7 y 0.8 ms, lo que indica un reflejo

monosináptico. Este hecho fue demostrado por Renshaw (citado en: Ruch y cols.,

1974), y posteriormente con mayor detalle por otros investigadores (Brock y cols.,

1952; Eccles, 1964a; Brown y Fyffe, 1981).

El reflejo miotático es más débil y más variable en animales intactos que en

animales descerebrados, esto se debe a que en animales descerebrados, todos los

reflejos espinales se facilitan (Gordon y Guez, 1991). En cambio, en animales intac-

tos, existe un balance entre la inhibición y la facilitación de los reflejos espinales

debido a vías descendentes provenientes de la corteza cerebral, u otras vías prove-

nientes de centros superiores, que de manera normal se encuentran modulando dife-

rentes reflejos espinales. Esto quiere decir que existe un tono inhibitorio descenden-

te que se pierde por la descerebración, facilitando los reflejos espinales (Sherrington,

1947).

Inhibición espinal.

La primera evidencia de inhibición neuronal por estimulación de nervios apro-

piados se obtuvo en 1845 por los hermanos Weber (citado en: Davidoff y Hackman,

1984). Su clásica demostración de la acción del nervio vago en el corazón fue segui-

Introducción


da en los años posteriores por otros ejemplos de inhibición periférica, pero fueron las

observaciones de Sechenov (citado en: Davidoff y Hackman, 1984) las primeras que

indicaban la existencia de inhibición en el SNC. Sherrington (1925) demostró que la

inhibición es un proceso activo, y no solo la ausencia de excitación, también desarro-

lló el concepto de inervación recíproca como un elemento normal del reflejo. Estas

ideas fueron analizadas con detalle posteriormente por Eccles (1964a), el cual me-

diante registros intracelulares de motoneuronas mostró que los potenciales postsi-

nápticos inhibitorios (IPSP's) en la membrana de motoneuronas, estaban asociadas

con inhibición espinal. Existen principalmente tres tipos de inhibición espinal: inhi-

bición postsináptica, inhibición recíproca e inhibición presináptica las cuales serán

discutidas brevemente (Davidoff y Hackman, 1984).

Inhibición postsináptica.

Lloyd (1946a) no solo mostró que la estimulación de aferentes Ia produce

excitación monosináptica en las motoneuronas α homónimas, también encontró que

esta misma estimulación produce inhibición de reflejos de músculos antagonistas. Es

decir, la activación de aferentes Ia produce inhibición de motoneuronas que inervan

músculos antagonistas (Lloyd 1941, 1946a, 1946b; Laporte y Lloyd, 1952); este tipo

de inhibición se denominó inhibición postsináptica. Posteriormente, haciendo análi-

sis sobre las latencias en esta inhibición, se encontró que la latencia en la inhibición

del músculo antagonista resultaba ser 0.8 ms mayor que la latencia de los EPSP's de

los músculos agonistas (Brock y cols., 1952; Eccles y cols., 1956). Ello indicó que la

inhibición postsináptica está mediada por una sola interneurona inhibitoria (Fig. 3),

Introducción


la cual al ser activada, libera glicina sobre la motoneurona produciendo un IPSP

(Eccles, 1957). De esta manera, cuando un músculo se contrae por efecto de la acti-

vación de aferentes Ia, el músculo antagonista se inhibe. A esta inhibición se le

conoce como inhibición recíproca.

La inhibición postsináptica producida por la estimulación de fibras Ia, tam-

bién conocida como inhibición recíproca o inhibición Ia de músculos antagonistas,

tiene un curso temporal muy característico: una latencia de aproximadamente 0.5 ms

que se atribuye al retardo sináptico; alcanza su efecto máximo como a los 2 ms y

Fig. 3 Inhibición del reflejo monosináptico. A, como respuesta a un estiramiento del músculo, las fibras Iaaumentan su frecuencia de descarga; estas fibras llegan hasta la médula espinal donde hacen contacto sinápticocon motoneuronas α las cuales se dirigen de regreso al mismo músculo. Este reflejo puede ser inhibido median-te inhibición postsináptica, la cual está mediada por una interneurona glicinérgica que es activada por fibras Iade músculos antagonistas. B, la inhibición presináptica en cambio, está mediada por dos interneuronas (asícomo por el neurotransmisor GABA). Modificado de Rudomin y Schmidt, 1999.

ReflejoMonosináptico

InhibiciónPostsináptica

InhibiciónPresináptica

Interneuronainhibitoria

presináptica(libera GABA)

Motoneurona α

Aferentes Ia

Motoneurona α

Motoneurona α Interneuronainhibitoria Ia o recíproca

(libera glicina)

A

B

Introducción


decae lentamente desapareciendo aproximadamente a los 8 ms (Coombs y cols., 1955;

Curtis y Eccles, 1959; Jankowska y Roberts, 1972). Las interneuronas inhibitorias Ia

se han identificado por medio de registros intracelulares (Hultborn y cols., 1971) o

mediante estudios de inyecciones intracelulares de peroxidasa de rábano (Jankowska

y Lindström, 1972), revelando estar localizadas muy cercanas al núcleo motor de la

médula, en la lámina VII de Rexed.

Existen otros tipos de inhibiciones postsinápticas, como las producida por la

estimulación de aferentes de los órganos tendinosos de Golgi (fibras Ib), la cual se

conoce como inhibición no recíproca pues las aferentes Ib inhiben a motoneuronas

homónimas (Laporte y Lloyd, 1952), esto es, se genera en el mismo músculo por lo

que también se conoce como inhibición autogenética. Una característica que distin-

gue a los grupos de interneuronas que median la inhibición postsináptica radica en la

diferencia de las entradas sinápticas que reciben. Por un lado las interneuronas inhi-

bitorias activadas por aferentes Ib (interneuronas Ib) reciben también influencia

sináptica de aferentes Ia, sin embargo las interneuronas inhibitorias activadas por

aferentes Ia (interneuronas Ia) no tienen influencia de aferentes Ib (Hultborn y cols.,

1971; Jankowska, 1992). Además, se sabe que las fibras aferentes de origen cutáneo

facilitan las respuestas de las interneuronas Ib que se producen al estimular aferentes

Ib (Lundberg y cols., 1975); esto es relevante en la terminación de un movimiento

cuando se activan receptores cutáneos.

Las interneuronas Ib se localizan principalmente en las láminas VI y VII de

Rexed (Eccles, 1964a). Además, establecen contacto sináptico con neuronas del tracto

Introducción


espinocerebeloso dorsal o columnas de Clarke (Hongo y cols., 1978). Lo cual ha

permitido identificar dichas interneuronas por sus respuestas al estimular antidrómi-

camente las columnas de Clarke (Rudomin y cols., 1987; Jankowska, 1992).

Inhibición recurrente

En 1941, Renshaw demostró que los impulsos antidrómicos en las

motoneuronas pueden inhibir la respuesta refleja monosináptica de motoneuronas α

que inervan músculos sinergistas (Pompeiano, 1984). Esta inhibición se encuentra

mediada por interneuronas (interneuronas de Renshaw) localizadas en el asta ventral

de la médula espinal que inhiben a motoneuronas α (Eccles, 1964a). Las interneuronas

de Renshaw pueden ser activadas por motoneuronas α, y a su vez estas pueden hacer

contactos sinápticos con motoneuronas homónimas, así como con interneuronas Ia

que median la inhibición recíproca (Pompeiano, 1984). Ha sido sugerido que este

tipo de inhibición también juega un papel importante en el control de la postura y el

movimiento (Henneman, 1980).

Inhibición presináptica.

Además de la inhibición postsináptica, la transmisión sináptica también puede

ser modulada a nivel presináptico. Los EPSP’s registrados en motoneuronas

extensoras, pueden ser reducidos de tamaño por pulsos condicionantes producidos

en aferentes Ia de músculos flexores (Frank y Fuortes, 1957). Lo importante de estas

observaciones es que estos pulsos condicionantes producen inhibición sin alterar las

Introducción


propiedades de la membrana postsináptica de las motoneuronas, despolarizando a

las fibras aferentes. Esta despolarización de terminales presinápticas disminuye la

amplitud del potencial de acción que viaja por dichas terminales, provocando una

disminución en la cantidad de neurotransmisor liberado, causando así la llamada

inhibición presináptica (Eccles, 1964a y 1964b). Además, se ha sugerido que este

efecto se debe en parte a un decremento en corrientes de calcio voltaje dependientes

en las aferentes que contactan sinápticamente con las motoneuronas (véase Dunlap,

1998).

La despolarización de las aferentes que ocurre concomitantemente con la inhi-

bición presináptica ha sido llamada despolarización de aferentes primarias (PAD por

sus siglas en inglés) y se le ha asociado como el agente causal de la inhibición presi-

náptica (de acuerdo a la hipótesis propuesta por Eccles a inicios de la década de

1960). La PAD tiene una latencia compatible con procesos sinápticos que involucran

dos sinapsis, esto es, de 3 a 5 ms (Eccles y cols. 1962b; Eccles y cols., 1963a) (Fig.

3B). Además, existe suficiente evidencia que demuestra que el GABA es el neuro-

transmisor responsable de la PAD (DeGroat, 1972; Nishi y cols., 1974; Gallagher y

cols., 1979; Nistri y Constanti, 1979; Nistri, 1983), pues los antagonistas del GABA,

como la bicuculina y la pricotoxina, reducen la PAD (Eccles y cols., 1963b; Schmidt,

1963; Tabecic y Phillis, 1969; Levy y cols., 1971; Davidoff, 1972; Barker y Nicoll,

1973; Levy, 1975; Constanti y Nistri, 1976; Gmelin y Cerletti, 1976; Curtis y cols.,

1977; Quevedo y cols., 1995). El efecto del GABA en la PAD, ha llevado a suponer

que este fenómeno es debido a que el potencial de equilibrio del cloro se encuentra

por arriba del potencial de membrana, posiblemente por la presencia de un

Introducción


cotransportador de Cl-, Na+, K+ sensible a furosemida y bumetanida que mantiene

altos los niveles de cloro en las aferentes sensoriales (Alvarez-Leefmans, 1998; Ru-

domin y Schmidt, 1999), de esta forma el GABA provocaría una corriente de cloro

saliente que despolarizaría dichas aferentes.

El curso temporal de la inhibición presináptica es más prolongado que el de la

inhibición postsináptica: tiene una latencia de 3-5 ms, con un efecto máximo a los 20

ms, y aún persiste de 100 a 200 ms después de la aplicación del estímulo condicionante

(Eccles y cols., 1962a). Este curso temporal en la inhibición presináptica es muy

similar al curso temporal de la PAD, por lo que para explicar la larga duración de esta

despolarización ocurrida en las fibras aferentes se ha supuesto que es debida a una

actividad sostenida de las interneuronas que producen la inhibición presináptica

(Eccles, 1964a), o bien, a una liberación y/o recaptura lenta del GABA (Rudomin y

Muñoz-Martínez, 1969). De cualquier forma, es importante resaltar que existe un

control de la información aferente que puede ser modulado por información aferen-

te, es decir, la entrada de información sensorial regula la transmisión de información

antes de que sea transmitida hacia la salida motora (Willis y Coggeshall, 1991; Ru-

domin y Schmidt, 1999).

Efectos de la inhibición pre y postsináptica en las fluctuaciones del reflejo

monosináptico.

Se sabe que los reflejos monosinápticos provocados por la aplicación de pul-

sos de amplitud constante a las aferentes musculares, presentan fluctuaciones en su

Introducción


tamaño (Sherrington, 1925; Hunt, 1955). Se ha sugerido que dicha variabilidad de la

respuesta monisináptica es función del número de motoneuronas activadas, y se debe

principalmente a la actividad de fondo de interneuronas que controlan directa o indi-

rectamente la excitabilidad de poblaciones de motoneuronas (Hunt, 1955; Rall y

Hunt 1955; Somjen y Heath, 1966).

Como ya se ha mencionado, la transmisión monosináptica de aferentes Ia a

motoneuronas, puede ser modulada a nivel presináptico (Eccles, 1964a). En algunos

estudios se ha mostrado que la variabilidad del reflejo monosináptico se reduce

significativamente cuando la estimulación que produce dicho reflejo, es precedida

por estimulación de aferentes que producen PAD; sin embargo, no se ha podido ob-

servar una reducción de la variabilidad de los reflejos cuando se estimulan aferentes

que producen inhibición postsináptica (Rudomin y Dutton 1967, 1969a; Rudomin y

cols., 1968). También se ha observado una variabilidad en potenciales registrados

por estimulación antidrómica de fibras aferentes Ia. Esta variabilidad se reduce con-

dicionando con estímulos a fibras cutáneas, pero aunado a este fenómeno se ha ob-

servado un aumento en la excitabilidad de dicha respuesta, indicando que probable-

mente las vías cutáneas inhiben otras vías aferentes involucradas en la inhibición

presináptica (Rudomin y Dutton, 1969b).

El potencial de raíz dorsal.

Los potenciales negativos lentos de raíz dorsal (DRP’s por sus siglas en in-

glés) fueron descritos desde hace mucho tiempo (Barron y Matthews, 1938), sugi-

Introducción


riendo que estos se originan como consecuencia de ciertas propiedades de fibras

aferentes o bien, de la actividad de interneuronas (véase revisión en Willis, 1999).

Los DRP's pueden ser provocados por la estimulación de otras raíces dorsales (Barron

y Mattews, 1938), por la estimulación de aferentes musculares o cutáneas (Eccles,

1964a), por la estimulación de sitios específicos del encéfalo (Andersen y cols., 1962;

Iles, 1996), por estimulación a estructuras pertenecientes al tallo cerebral (Quevedo

y cols., 1995), así como por la estimulación del tracto de Lissauer (Cervero y cols.,

1978; Wall y Yaksh, 1978; Wall y Lidierth, 1997).

El DRP producido por la estimulación de fibras aferentes es mayor cuando se

estimulan aferentes de origen cutáneo que cuando se estimulan aferentes musculares

(Wall, 1958; Eccles y cols., 1963a y 1963c). El DRP es una consecuencia de la PAD

y, como ya se mencionó, está asociado al fenómeno de inhibición presináptica (Eccles

y cols., 1963a y 1963b). Es importante mencionar que el DRP que se produce por la

estimulación de aferentes cutáneas es producto de una despolarización exclusiva-

mente de aferentes de origen cutáneo y de una pequeña fracción de aferentes Ib. Sin

embargo, la estimulación de fibras musculares Ib puede producir DRP's por

despolarización de aferentes Ib y por la despolarización de una fracción pequeña de

aferentes Ia, así como de aferentes cutáneos. Casualmente, el DRP producto de la

estimulación de aferentes Ia, solo es debido a la despolarización de aferentes Ia,

como se resume en la figura 4 (Eccles y cols., 1963c).

Hay evidencias que sugieren que interneuronas presentes probablemente en la

sustancia gelatinosa de Rolando en el dorso de la médula (Lámina II superficial),

Introducción


están involucradas en la gene-

ración de los DRP’s (Wall y

Lidierth, 1997), y por lo tanto

en la modulación de la informa-

ción sensorial. Además, se tie-

ne evidencia de que los DRP's

pueden ocurrir espontáneamen-

te en la médula espinal aislada

y que los DRP's espontáneos

ocurren en sincronía con activi-

dad espontánea de neuronas lo-

calizadas entre las láminas III y

VI, además de la existencia de

correlación cruzada entre la ac-

tividad de pares de raíces dorsales ipsilaterales (Kerkut y Bagust, 1995). Estas evi-

dencias, sugieren que hay una relación funcional entre los potenciales producidos en

las raíces dorsales (DRP´s) y los generados por la actividad sincrónica de neuronas

del asta dorsal, como se verá en la siguente sección.

Actividad espontánea de grupos de neuronas en el asta dorsal de la médula espinal

Un tipo de registro que se ha llevado a cabo principalmente para analizar la

actividad eléctrica de la médula espinal, es el electroespinograma (SEG, por sus si-

glas en inglés). Con este tipo de registro se han caracterizado potenciales provocados

Ia

Ib

CUT

Flexor

Extensor

Ia

Ib

Ia

Ib

CUT

Fibras queproducen la PAD

Fibras en lasque se registra

la PAD

Figura 4. A la izquierda se muestran los tipos de aferentes que al serestimuladas despolarizan a las fibras aferentes que se localizan a laderecha. El grosor de las flechas indica la magnitud media de la PADproducida en las fibras aferentes registradas intracelularmente(n=100). (Modificado de Eccles y cols., 1963c).

Introducción


por la estimulación de entradas sensoriales a la médula espinal. El SEG se puede

registrar mediante electrodos finos de plata clorurada que se insertan en la médula

espinal (Gasteiger e Ichikawa, 1963). Otro tipo de registros de la actividad eléctrica

intraespinal se puede obtener mediante microelectrodos que se insertan en la médula

espinal. Con este método, ha sido posible obtener registros de potenciales de campo

extracelulares (EFP´s por sus siglas en inglés) producidos por la estimulación de

aferentes cutáneos o musculares (Willis y cols., 1973).

Con estas técnicas se han descrito potenciales espontáneos registrados en el

dorso de la médula (nCDP's espontáneos, por sus siglas en inglés), es decir, potencia-

les no provocados que ocurren en el tiempo, los cuales no son debidos a la actividad

del encéfalo, pues en gatos espinalizados están presentes, aunque las vías descendentes

pueden modularla (Levitan y cols., 1968; Kasprzaky gasteiger, 1970). Esta actividad

espontánea ha sido estudiada por Gasteiger e Ichikawa (1963), quiénes encontraron

que en el gato, los nCDP’s espontáneos son de dos clases: potenciales de amplitud

promedio mayor a 125±50 µV y duración de 40±10 ms, y otros de amplitud menor de

25±10 µV y una duración de 10±5 ms. En otros trabajos, también se han caracteriza-

do este tipo de potenciales espontáneos, en relación a su origen e influencias

(Manjarrez y cols, 1996; 1997; 1998) como se describirá con detalle mas adelante.

Esta actividad espontánea de la médula espinal se encuentra presente también

en las raíces dorsales y ventrales en preparaciones de médula espinal aislada de hámster

(Kerkut y Bagust, 1995). Se ha propuesto que los mecanismos involucrados en la

generación de los DRP´s espontáneos es producida sinápticamente, por los mismos

Introducción


mecanismos que producen la PAD de aferentes primarios (Bagust y cols., 1985). En

el asta dorsal de la médula espinal existe una gran cantidad de neuronas sensoriales

que presentan actividad espontánea (la cual se define como actividad eléctrica no

provocada por algún estímulo; Sandkühler y cols., 1995). Además, se ha encontrado

que las neuronas del asta dorsal de la médula espinal (láminas III-VI) con actividad

espontánea difieren de aquellas neuronas silentes, en que ellas poseen campos recep-

tivos mayores y una gran sensibilidad a la estimulación selectiva de receptores de la

piel (Brown y cols., 1973 y 1998). Es bien sabido que las neuronas que reciben

entradas sinápticas de aferentes cutáneos se distribuyen más dorsalmente (Láminas

IV-VI), que aquellas interneuronas que responden a la activación de aferentes mus-

culares (Lámina VII) (Willis y cols., 1973; Willis y Coggesall, 1991).

Aunque al principio no se otorgó una significancia fisiológica importante a la

actividad espontánea que se registra en el dorso de la médula (nCDP's espontáneos),

algunas evidencias sugieren que esta actividad espontánea podría participar en la

modulación de respuestas espinales ante ciertos estímulos, como los reflejos

polisinápticos que se producen por activación de aferentes cutáneos (Rothmeier y

Gasteiger, 1968; Gasteiger y Brust-Carmona, 1964; Molt y Gasteiger, 1976). En otros

estudios se han observado oscilaciones periódicas en la actividad espontánea del

dorso de la médula que aparecen por influencia de la formación reticular (Levitan y

cols., 1968). De estos trabajos se puede concluir que las neuronas que generan los

nCDP´s espontáneos pueden ser moduladas por influencias supraespinales.

Introducción


Recientemente, se ha descrito una población neuronal en el asta dorsal de la

médula espinal del gato, que muestra gran actividad espontánea asociada a los nCDP’s

espontáneos, y que es de origen cutáneo, pues los potenciales de campo producidos

por activación de aferentes cutáneos, pueden ser facilitados cuando están precedidos

por nCDP’s espontáneos (Manjarrez y cols., 1996, 1997, 1998). A continuación se

describen estos hallazgos con mayor detalle.

Localización intraespinal de los grupos de interneuronas que producen los

nCDP’s espontáneos

Gasteiger e Ichikawa en 1963 y Rudomin y colaboradores en 1987 sugirieron

que los nCDP’s espontáneos se originaban de la actividad espontánea de neuronas

en el asta dorsal de la médula espinal y quedó como un problema abierto el poder

determinar con precisión la región donde se originan estos potenciales. Para responder

esta pregunta, Manjarrez y colaboradores (1996) promediaron (n=32) el potencial

extracelular de campo espontáneo (EFP) registrado con el microelectrodo en

diferentes profundidades y sincronizado con la aparición de un nCDP espontáneo.

De esta manera midieron la amplitud de los EFP’s espontáneos a un tiempo fijo y

construyeron las gráficas de amplitud contra profundidad (Figura 5C). Los resultados

indicaron que hay un lugar preferente, cuya máxima negatividad (el pozo de

corriente), está alrededor de 1400 µm por debajo de la superficie de la médula espinal

y se encuentra localizado en una región del asta dorsal que corresponde a las láminas

de Rexed III-VI, donde también se localizan las interneuronas que responden a la

activación de aferentes cutáneos (Fig. 5C). Estos resultados sugieren que las neuronas

Introducción


que generan los nCDP’s espontáneos podrían ser las mismas interneuronas que

responden monosinápticamente a la estimulación de aferentes cutáneos de bajo

umbral (Manjarrez y cols., 1996, 1997, 1998).

Durante la ejecución de un acto motor existe una interacción de sistemas seg-

mentales con sistemas aferentes y descendentes; así, los reflejos dependen del estado

de muchas interneuronas espinales que reciben gran cantidad de influencias (Skinner

y Willis, 1970; Fu y cols, 1974; Skinner y Remmel, 1978; Edgley y Jankowska,

1987; Wall y Lidierth,1997). Es posible pensar entonces en grupos neuronales que

son los responsables de la fluctuación en los reflejos espinales. Entre los grupos de

neuronas candidatos se encuentran: las neuronas que median la inhibición presináp-

tica (Rudomin y Dutton, 1969a); las neuronas de la sustancia gelatinosa (Wall y

Lidierth, 1997), pues se les ha asociado con la generación de DRP’s espontáneos; o

bien, las neuronas que generan los nCDP’s espontáneos (Manjarrez y cols., 1996,

1997, 1998).

Introducción


A

B

C

50 ms100 ms

+

_2 mm

50 µV

PR

OFU

ND

IDA

D (µm

)0

20004000

AMPLITUD DEL EFP (µV)-300

-200

-100 0

100

nCDP-espontáneo

nCDP-espontáneo

EFP-

espo

ntán

eo

EFP

prov

ocad

o

CDP EFP

nCDP provocado

EFP-espontáneo EFP provocado

Figura 5. Distribución intraespinal de los potenciales de campo asociados a nCDP's espontáneos y poten-ciales de campo monosinápticos producidos por estimulación de aferentes cutáneos. A, nCDP's-espontá-neos registrados en la superficie de la médula espinal a nivel L6 (izquierda) y nCDP's espontáneos promedioobtenidos por aquellos potenciales espontáneos que excedieron un nivel de ventana arbitrario mostrado por lalínea horizontal (derecha). B, nCDP's espontáneos promediados (como en A) y nCDP's registrados en el dorsode la médula provocados por estimulación al nervio cutáneo peroneo superficial (pulsos únicos, 1.2xT). C,izquierda: potenciales promedio de campo extracelulares (EFP's) espontáneos y provocados por la estimulaciónal nervio peroneo superficial registrados a diferentes profundidades como lo indican la flechas. Centro: Gráficade amplitud de los nCDP's-espontáneos (círculos) y EFP's provocados (triángulos) contra la profundidad delregistro. Derecha: sección transversal del segmento espinal L6 superponiendo los contornos isopotenciales delos EFP's espontáneos y provocados derivados de una serie de 4 penetraciones mostradas por las líneas parale-las. Nótese que la negatividad máxima parece ocurrir en la misma región del asta dorsal.

Introducción


Planteamiento del problema

Se ha mencionado anteriormente que las neuronas que responden a la activa-

ción de aferentes cutáneos, se localizan en la misma región (Láminas III-VI) que las

neuronas responsables de generar los nCDP´s espontáneos (Manjarrez y cols., 1996).

Además, las neuronas que responden a la estimulación de aferentes cutáneos presen-

tan efectos sobre la vía del reflejo monosináptico (Lund y cols., 1965), actuando

sobre de la interneurona de primer orden que media la PAD de aferentes Ia (Rudo-

min y cols., 1986). Aunado a estos resultados, se tiene evidencia de que la variabili-

dad de los reflejos monosinápticos puede ser modulada presinápticamente (Rudomin

y Dutton, 1969a), por lo que en este trabajo nos propusimos explorar si las

interneuronas del asta dorsal, que son responsables de generar los nCDP’s espontá-

neos, contribuyen a la variabilidad que presenta la amplitud del reflejo monosináptico,

de la misma manera que lo hace la influencia de los aferentes cutáneos.

Introducción


HIPÓTESIS

El origen de la variabilidad en la amplitud del reflejo monosináptico se debe,

en parte, a la participación de las fluctuaciones de la actividad espontánea poblacional

de interneuronas del asta dorsal de la médula espinal.

OBJETIVOS

Objetivo general.

Examinar la relación funcional entre las fluctuaciones de la actividad espontá-

nea poblacional de las interneuronas del asta dorsal y la amplitud del reflejo

monosináptico.

Objetivos específicos.

1. Analizar la amplitud de las respuestas monosinápticas cuando son precedi-

das por nCDP´s espontáneos (de diferente amplitud).

2. Analizar la amplitud de las respuestas reflejas monosinápticas que son pre-

cedidas por nCDP´s espontáneos registrados en el dorso de la médula a diferentes

intervalos de tiempo.

3. Explorar el efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP´s

espontáneos sobre la amplitud de los reflejos monosinápticos condicionados por la

estimulación de fibras que producen inhibición presináptica.

4. Explorar el efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP´s

espontáneos sobre la despolarización de aferentes primarios musculares.

Hipótesis y Objetivos


MATERIAL Y MÉTODOS

Preparación experimental.

Para los experimentos se emplearon 32 gatos anestesiados con pentobarbital

sódico a una dosis de 35 mg/kg i.p. La presión arterial fue monitoreada mediante un

cateter colocado en la arteria carótida izquierda y conectada a un transductor de

presión. La temperatura fue mantenida a 37°C irradiando luz infrarroja. En cada

experimento se expuso la médula espinal, a nivel lumbosacro y torácico bajo me-

diante una laminectomía de las vértebras correspondientes. Se seccionaron las raíces

ventrales L5, L6, L7 y S1, así como las columnas dorsales a nivel de T12. Se diseca-

ron y seccionaron los nervios del bíceps posterior y semitendinoso (PBSt), sural

(SU), peroneo superficial (SP), gastrocnemio-soleo (GS). Estos nervios fueron mon-

tados en electrodos bipolares de plata clorurada con la finalidad de estimulación.

Registro.

Se realizó el registro de potenciales de raíz dorsal (DRP’s) a nivel de L7 por

medio de electrodos bipolares de gancho de plata clorurada. Simultáneamente se

hizo el registro del reflejo monosináptico en las raíces ventrales a nivel de L7 y en

algunos casos L6. Los potenciales espontáneos del dorso de la médula (nCDP´s es-

pontáneos) se registraron a través de un electrodo de plata con un polo colocado en el

dorso de la médula, en forma de bolita para no lesionar el tejido, y el otro insertado

en los músculos paravertebrales.

Material y Métodos


Las señales registradas del CDP, DRP y el reflejo monosináptico se llevaron a

amplificadores de AC (Grass P511), donde las señales se amplificaron x5000 para el

caso del CDP, x2000 para el reflejo monosináptico y x10000 para el caso del DRP.

Las frecuencias de corte (filtros pasa bajas y pasa altas) de los registros fueron de 0.3

Hz y 30 KHz para todas las señales registradas. Posteriormente, las señales se

digitalizaron (frecuencia de digitalización 100 KHz) en una interface analógico digital

(DigiData 1200 de Axon Instruments) para su posterior análisis. La actividad espon-

tánea del dorso de la médula (nCDP's espontáneos) se pasó por un discriminador de

ventana (WPI 121) de tal forma que cuando un potencial espontáneo superó el nivel

de ventana indicado, se generararon pulsos de estimulación programados a los ner-

vios indicados anteriormente. Esto se hizo con la finalidad de inducir un reflejo

monosináptico y correlacionar la respuesta de la estimulación cuando fue precedida

por un potencial espontáneo del dorso de la médula.

Los reflejos monosinápticos se provocaron mediante la estimulación a los ner-

vios musculares GS y PBSt mediante un estimulador de pulsos programable (Master

8 de AMPI). La intensidad de la estimulación se expresó como múltiplos del valor

umbral (xT), que para las fibras sensoriales se determinó cuando apareció la primera

deflección negativa (salva aferente) registrada en el dorso de la médula.

Material y Métodos


Método de discriminación por amplitud de las señales.

Los nCDP’s espontáneos fueron seleccionados por amplitud mediante un

discriminador de ventana. De esta manera, un evento espontáneo específico pudo

activar un estímulo a las fibras

sensoriales que produjeron el re-

flejo monosináptico, con lo cual

se obtuvieron reflejos que sólo

fueron precedidos por eventos

espontáneos.

Método de estimulación acti-

vada por eventos espontáneos.

Se empleó un dispositivo

electrónico que permitió exami-

nar la respuesta producida por

la estimulación de una vía sen-

sorial, cuando esta fue precedi-

da a distintos intervalos de tiem-

po por potenciales espontáneos

registrados en el dorso de la mé-

dula (Fig. 6). El sistema genera

un pulso de sincronía o de

Figura 6. Representación esquemática del sistema que permitió elanálisis de respuesta a estímulos de vías sensoriales precedidaspor nCDP´s. A, Potenciales espontáneos registrados en la superficiede la médula espinal (nCDP’s espontáneos), la línea puntedaesquematiza el nivel de ventana bajo el cual fueron discriminados. B,Diagrama esquemático del funcionamiento del equipo. Este consta deuna entrada, tres salidas de sincronía (T1, T2, T3) y una de estimulación(Stim) que fue usada para activar las aferentes sensoriales (con losestímulos 1 y 2) y producir los potenciales provocados. La ocurrenciade T1 indica que un potencial provocado (condicionado) fue precedi-do por un nCDP, T2 corresponde a un potencial provocado (no-con-dicionado) y T3 a la ocurrencia de un nCDP espontáneo solo.

A

B

Material y Métodos

nCDP

Estímulo 1 Estímulo 2

nCDP + Reflejo Reflejo sólo nCDP sólo

IN OUT

Stim

T1

T2

T3

150 ms50 µV

CDP

VRP

Discriminador Analógicode Alternancia


estimulación específicamente cuando un evento espontáneo aparece, además de im-

pedir durante un tiempo que es definido por el usuario, que un nuevo evento espon-

táneo genere los pulsos de sincronía o estimulación. Este sistema solo requiere que la

entrada sea una señal de voltaje variable en el tiempo que pueda ser discriminada por

amplitud. El equipo permite la alternancia de tres eventos: el potencial provocado

(por el estímulo de prueba 1) precedido por el potencial espontáneo (nCDP), el po-

tencial provocado (por el estímulo de prueba 2) no precedido por un potencial espon-

táneo y el potencial espontáneo solo (Fig. 6). La alternancia de estos eventos ocurre

con un intervalo de tiempo elegido por el usuario (0.5-2s). Ello garantiza que las

comparaciones promedio entre las respuestas condicionadas y no-condicionadas no

se vean afectadas por posibles no estacionariedades atribuibles al estado de la prepa-

ración experimental.

Cada vez que un potencial espontáneo es detectado por un discriminador de

ventana, un pulso TTL, referido a este potencial, es enviado al equipo. Entonces se

activa el siguiente protocolo (Fig. 6B) que se divide en dos partes:

I) Un intervalo de tiempo (0-200ms) después de haber accesado el pulso TTL (co-

rrespondiente al nCDP espontáneo discriminado), se activa el estímulo de prueba 1

que genera un potencial provocado (condicionado). En seguida el equipo empieza a

monitorear la entrada con el objeto de detectar cualquier nCDP espontáneo que ocu-

rra en un rango de 0.5-1 s de intervalo de muestreo (seleccionado por el usuario). Si

en este intervalo no se presenta un nCDP espontáneo, se activa el estímulo de prueba

2 que genera un potencial provocado (no-condicionado); de lo contrario, no se pro-

Material y Métodos


duce estimulación II) y se inhabilitan los estímulos 1 y 2, permitiendo la detección de

un nCDP espontáneo solo. Estas dos partes del protocolo se activan sucesivamente

en forma alternada, de manera que cuando ocurre un nCDP espontáneo, comienza la

parte I del protocolo con intervalo de tiempo de 1-2s (seleccionado por el usuario).

Terminado este intervalo, el equipo está listo para llevar a cabo la parte II en cuanto

reciba otro nCDP espontáneo, y así sucesivamente. De esta manera se obtienen refle-

jos precedidos por nCDP's espontáneos, asi como reflejos no precedidos por dichos

eventos.

Análisis de datos.

Se calculó la varianza de la amplitud que presentó el reflejo monosináptico a

diferentes niveles de discriminación. Este análisis se realizó tomando en cuenta dife-

rentes intervalos de tiempo entre la ocurrencia de un nCDP espontáneo y la

estimulación provocada a algún nervio. Se hizo el cálculo del coeficiente de correla-

ción lineal entre las amplitudes de los nCDP’s espontáneos y los reflejos

monosinápticos.

Material y Métodos


RESULTADOS

En este estudio se emplearon 32 gatos adultos sin distinción de su sexo. En

una primera serie de experimentos, se analizó el efecto de la activación espontánea

de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la respuesta refleja

monosináptica producida por la estimulación al nervio GS. Con ayuda del estimulador

activado por eventos espontáneos (vease métodos) fue posible obtener reflejos que

no estuvieron precedidos por nCDP's espontáneos (Fig. 7A-B), ya que el sistema

realiza una estimulación automática cuando detecta que no se ha presentado ningún

evento que rebase el nivel de ventana bajo los cuales se discriminan dichos nCDP's

espontáneos. En la figura 7D se ilustra el registro promedio de los reflejos

monosinápticos precedidos por nCDP´s espontáneos de amplitud fija. Las figuras

7B-D corresponden a los registros expandidos de reflejos monosinápticos emplea-

dos para obtener la figura 7E. Se eligió un intervalo de tiempo de 15 ms entre los

nCDP's espontáneos condicionantes y la estimulación que produjo el reflejo

monosináptico. Se empleó dicho intervalo ya que el mayor efecto en la reducción de

la variabilidad de los reflejos monosinápticos por condicionamiento de aferentes

cutáneos se obtiene entre los 15 y 20 ms (Rudomin y cols., 1969). Los resultados

obtenidos muestran que los reflejos precedidos por nCDP's espontáneos presentaron

una amplitud mayor que aquellos que no fueron precedidos por dichos eventos (Fig.

7E). Se puede observar una diferencia del 62.9% en la amplitud de reflejos condicio-

nados por nCDP's espontáneos respecto a reflejos que no se encontraron precedidos

por estos eventos espontáneos. El mismo análisis se realizó en cinco experimentos,

obteniéndose una diferencia promedio de un 55.6±12.2%, la cual fue estadísticamente

Resultados


significativa (p<0.05, t=3.6, g.l.=8; t de Student) para cada uno de ellos. Estos resul-

tados sugieren que las neuronas responsables de generar los nCDP's espontáneos

facilitan la vía del reflejo monosináptico (aferente Ia-motoneurona), pues es claro

que la amplitud de los reflejos precedidos por los nCDP's espontáneos muestran ser

significativamente mayores con respecto a la amplitud de aquellos reflejos

monosinápticos no precedidos por dichos eventos.

Amplitud del reflejo (µV)100 200 300 400 500

No.

de

mue

stra

s

0

10

20

30

40

Reflejos no precedidospor nCDP's espontáneos

Reflejos precedidospor nCDP's espontáneos

nCDP espontáneo

CDP provocado porestimulación a GS

Artefacto deestimulación Reflejo monosináptico

CDP provocado porestimulación a GS

*

Figura 7. Efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la amplitud delreflejo monosináptico. A, registro promedio de reflejos monosinápticos provocados por estimulación a GS (2xT), noprecedidos por nCDP's espontáneos. B, amplificación temporal de los mismos registros que A. C, mismo tipo de registros,pero con los reflejos monosinápticos precedidos por nCDP's espontáneos (15 ms de intervalo). Nuevamente, en D, seamplificó el registro correspondiente al reflejo (raíz ventral L7); nótese como las amplitudes de los reflejos son diferentesde aquellos que no estan precedidos por nCDP's espontáneos. En E, se muestra la distribución de las amplitudes de losreflejos monosinápticos precedidos por nCDP's espontáneos (barras negras) y los no precedidos por nCDP's (barrasgrises). Los valores de media y desviación estandar se esquematizan por las líneas horizontales insertadas. Ambosconjuntos de datos resultan tener diferencias estadísticamente significativas (*p<0.05, t=27.7, g.l.=445, t de Student).

200 µV

200 µV25 ms

1 ms

B

A C

D

E

CDP

VRP

VRP

Resultados


Modulación de la amplitud del reflejo monosináptico por la activación de las

neuronas que generan los nCDP's espontáneos

Los resultados de la figura 6, sugieren que la amplitud de los reflejos

monosinápticos podría ser modulada por la activación espontánea de las neuronas

que generan los nCDP´s. Con el fin de examinar esta posibilidad, en 6 experimentos

se analizaron los reflejos precedidos por nCDP's espontáneos de diferente amplitud.

Para ello, en cada experimento, se promediaron (n=16) los reflejos precedidos por

nCDP's espontáneos de diferente amplitud. Tales eventos fueron discriminados me-

diante una ventana, colocando una apertura entre el nivel superior y el inferior de 8

µV (se tomo dicho intervalo ya que la relación señal ruido varía aproximadamente en

ese orden de magnitud). De esta manera los nCDP's espontáneos discriminados solo

variaron en ese rango de amplitudes. Se realizaron los promedios de los registros de

reflejos precedidos por nCDP's espontáneos de diferente amplitud, los resultados de

un experimento se muestran en la figura 8. El promedio de todos los experimentos

indicó una alta correlación positiva (r=0.92±0.02) entre la amplitud de los nCDP's

espontáneos y la amplitud de los reflejos monosinápticos. Cuando la correlación se

hizo con los datos normalizados y agrupados de todos los experimentos (Fig. 11A),

la alta correlación se mantuvo (r=0.88). Lo cual indica claramente que la variabili-

dad que presentan los reflejos monosinápticos se encuentra estrechamente relaciona-

da con la actividad de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos.

Para verificar que el efecto descrito anteriormenrte era debido a una acción

sináptica sobre la vía refleja monosináptica, se analizó la respuesta de la raíz ventral

Resultados


en ausencia de estimulacíon. La figura 9 ilustra la relación entre la amplitud máxima

obtenida en registros de la raíz ventral y nCDP's espontáneos en ausencia de

estimulación. Para ello se realizaron registros de la raíz ventral sincronizados con la

aparición de nCDP's espontáneos y la relación se obtuvo midiendo la amplitud de

dichos potenciales y la respuesta máxima registrada en la raíz ventral. Como se pue-

VRP

CDP

A

Figura 8. Facilitación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la vía del reflejomonosináptico. A, registros de la actividad espontánea del dorso de la médula (nCDP's espontáneos). Laslíneas esquematizan los niveles de ventana entre los cuales se realizaron las discriminaciones de los nCDP's;es decir, solo fueron seleccionados aquellos nCDP's que cruzaron el nivel inferior pero no el nivel superior.B, serie de registros del dorso de la médula (trazos superiores) y del reflejo monosináptico registrado en laraíz ventral, provocado por la estimulación a GS (1.5xT). De izquierda a derecha, se puede observar que losreflejos monosinápticos son de mayor amplitud cuando la estimulación que los produjo fue precedida pornCDP's espontáneos de mayor amplitud. C, relación entre la amplitud de los nCDP's y la amplitud de losreflejos monosinápticos para el experimento correspondiente a los registros de B; el coeficiente de correlación(r) para este experimento fue de 0.96.

20 ms50 µV80 µV

Amplitud del nCDP espontáneo (µV)

0 20 40 60

Ampl

itud

del

refle

jo m

onos

ináp

tico

(!V)

40

50

60

70

r=0.96

C

B

200 ms40 µV

Resultados

nCDP'sespontáneos

nCDPespontáneo CDP provocado

(GS, 1.5xT)


de observar, no existe una relación lineal entre la variabilidad en el registro de la raíz

ventral, en ausencia de estimulación, y el registro del dorso de la médula (nCDP's

espontáneos). Ello sugiere que la relación lineal encontrada entre la amplitud de los

nCDP's espontáneos y los reflejos monosinápticos es de origen sináptico y posible-

mente se deba a una acción pre y/o postsináptica de las neuronas que generan los

nCDP's espontáneos sobre la vía aferente Ia-motoneurona.

Se realizó también el análisis de las amplitudes de los reflejos monosinápticos

precedidos por nCDP's espontáneos a diferentes intervalos de tiempo, es decir, una

Figura 9. Relación entre la respuesta de raíz ventral y la amplitud de los nCDP's espontáneos enausencia de estimulación. A, trazos superiores muestran registros de la raíz ventral L6 (VRP)sincronizada con la aparición de nCDP's espontáneos (trazos inferiores). Note la ausencia de respuestarefleja debido a que no se estimularon las aferentes que producen dicha respuesta. B, relación entre laamplitud de los nCDP's espontáneos y la amplitud máxima obtenida en los registros de la raíz ventraldurante el tiempo de ocurrencia de los nCDP's espontáneos. Nótese la carencia de correlación entreambos eventos. Los símbolos insertados en la gráfica señalan los puntos obtenidos de los registros de Amedidos a partir de la línea basal mostrada.

Amplitud denCDP´s espontáneos (µV)

0 5 10 15 20 25 30

Ampl

itud

máx

ima

de

raíz

ven

tral (!V

)(V

RP)

0

4

8

12

16

16 µV20 ms

r = 0.15

B

X1

Y1

X2

Y2

X3

Y3

nCDPespontáneo 8 µV

Xi

Yi

CDP

VRP

A

Resultados


caracterización de la influencia que ejercen los nCDP's espontáneos sobre el reflejo

monosináptico en relación al tiempo que transcurre entre ambos eventos (n=4). Para

ello se aplicaron estímulos a nervios musculares (en tres experimentos a GS y en uno

a PBSt). La aplicación de estos estímulos produjo reflejos monosinápticos, los cua-

les se precedieron por nCDP's espontáneos. Esto se repitió variando el intervalo tem-

poral entre la aparición de los nCDP's espontáneos y la estimulación que produjo el

reflejo monosináptico. La figura 10 muestra el análisis obtenido en un experimento,

Intervalo de tiempo (ms)nCDP + GS (1.2xT)

0 20 40 60 80 100

Ampl

itud

del

refle

jo m

onos

ináp

tico

(µV)

95

100

105

110

115

120

Figura 10. Curso temporal de la facilitación producida por la activación de las neuronas que generan losnCDP's espontáneos sobre el reflejo monosináptico. A, trazos superiores muestran el registro realizado en eldorso de la médula (CDP) y los trazos inferiores el registro realizado en la raíz ventral (VRP). En este segundotrazo se ilustran los reflejos monosinápticos producidos por la estimulación del nervio GS (1.2xT). Los registrosse hicieron a diferentes intervalos de tiempo entre la aparición de los nCDP´s espontáneos y los reflejosmonosinápticos. B, relación entre dicho intervalo de tiempo y la amplitud de los reflejos monosinápticos para esteexperimento en particular. Se puede observar que la facilitación que ejercen los nCDP's espontáneos sigue uncurso temporal muy característico, con una constante de tiempo τ=19.9.

A

B

VRP

CDP

80 µV100 µV

20 ms

τ=19.9

nCDP espontáneo CDP provocadoGS (1.2xT)

Reflejomonosináptico

Resultados


Intervalo de tiempo (ms)0 5 10 15 20

Faci

litac

ión

(% d

el c

ontro

l)

100

110

120

130

donde se puede observar que los reflejos monosinápticos redujeron su amplitud con-

forme se incrementó el intervalo de tiempo entre los eventos espontáneos (nCDP´s)

y los reflejos monosinápticos. Este análisis se hizo promediando eventos (n=16), a

diferentes intervalos de tiempo, en los que la amplitud de los nCDP's espontáneos se

mantuvo constante. Se encontró que la facilitación que ejercen los nCDP's espontá-

neos sobre el reflejo monosináptico fue máxima al pico de los nCDP's espontáneos

promediados y decayó de manera muy similar a la fase de caída de los nCDP's espon-

táneos promedio (Fig. 11B).

Amplitud del nCDP espontáneo (ua)2 4 6 8 10

Faci

litac

ión

(% d

el c

ontro

l)

100

110

120

130

140

150

Figura 11. Facilitación de la vía refleja monosináptica. A, correlaciones obtenidas entre laamplitud de los nCDP's espontáneos, que preceden a la estimulación que provoca la aparicióndel reflejo monosináptico y las amplitudes de dichos reflejos (datos normalizados). Los datosfueron obtenidos de reflejos monosinápticos provocados por estimulación de nervios flexores(PBSt) y extensores (GS). B, curso temporal que sigue la facilitación de la vía refleja, el cual seobtiene al relacionar el intervalo de tiempo (entre la aparición de los nCDP's espontáneos y losreflejos monosinápticos) contra la amplitud del reflejo monosináptico condicionado. A la gráficase le ha superpuesto (línea continua) el registro de un nCDP espontáneo promedio. Los datosmostrados en el panel B corresponden a la media mas menos la desviación estandar de 4experimentos. Los datos de A corresponden a 6 experimentos donde cada símbolo indica losresultados obtenidos para cada uno de ellos.

A B

N = 6

Reflejos flexores (PBSt) r = 0.83Reflejos extensores (GS) r = 0.94

N = 4

nCDP espontáneopromedio

Resultados


Modulación de la inhibición presináptica de la vía aferente Ia-motoneurona por

la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos

El efecto que la actividad espontánea tiene sobre la respuesta refleja espinal

monosináptica, podría deberse a una modulación a nivel presináptico y/o postsináp-

tico de la vía refleja. Para responder esto, se llevó a cabo una serie experimental

(n=6) donde se analizó el efecto de los nCDP's espontáneos sobre la inhibición pre-

sináptica. El protocolo experimental (esquema inferior de la figura 12), consistió en

producir la inhibición presináptica de la vía refleja de GS cuando se estimuló al

nervio PBSt, a un intervalo de 25 ms, 3 choques a 300 Hz (donde es bien conocido se

obtiene el máximo efecto de inhibición; Eccles, 1964a). Precediendo a este protoco-

lo de inhibición presináptica, se estimuló un nervio cutáneo (SU) a una frecuencia de

0.7 Hz, o bien, la aparición de un evento espontáneo (nCDP) a 30 ms de intervalo. En

la figura 12 se muestran los promedios de 16 registros obtenidos en un experimento.

Se puede observar que el efecto de la reducción de la amplitud del reflejo por inhibi-

ción presináptica (Fig. 12B), se revirtió por la estimulación previa al nervio SU (Fig.

12C), como ya ha sido reportado previamente (Lund y cols., 1965; Rudomin y cols.,

1983; Nakashima y cols., 1990). Este mismo efecto pudo observarse cuando el pro-

tocolo de inhibición presináptica se precedió por la aparición de algún nCDP espon-

táneo (Fig. 12D). La amplitud del reflejo monosináptico disminuyó en un 58.3±12.5%

(n=6) cuando la estimulación que lo produce estubo condicionada por la estimulación

al nervio PBSt (inhibición presináptica del reflejo monosináptico). El efecto de re-

versión de la inhibición fue de 56.4±31.2% (n=4) cuando se condicionó con la

estimulación a SU, y de un 39.04±26.6% (n=6) cuando se condicionó por la activa-

Resultados


ción de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos. Esto indica que muy pro-

bablemente la facilitación que realizan la neuronas que generan los nCDP's espontá-

neos sobre la vía refleja se de por una influencia presináptica. Tal influencia posible-

mente ocurra a nivel de la neurona de primer orden, como ya ha sido reportado para

las aferentes de origen cutáneo (Rudomin y cols., 1983; 1986; Quevedo y cols., 1995;

véase origen de los nCDP's espontáneos en la discusión).

Resultados


Figura 12. Efecto de la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la inhibiciónpresináptica del reflejo monosináptico. A-D, Trazos superiores de izquierda a derecha: promedios de 16 depotenciales del dorso de la médula y de los reflejos monosinápticos: A, estimulación al nervio GS (1.5xT). B,estimulación a GS precedida por estímulación al nervio PBSt (2xT a un intervalo de 25 ms) con la finalidad deinhibir presinápticamente la vía refleja. C, precediendo al protocolo de inhibición presináptica por estimulación alnervio SU (1.2xT, 30 ms de intervalo). D, precediendo al protocolo de inhibición presináptica por nCDP's espontáneos(30 ms de intervalo). A-D, Trazos inferiores: registros promedio correspondientes a los reflejos obtenidos en la raízventral L6; nótese como el reflejo producido por estimulación a GS se decrementa cuando se precede por laestimulación a PBSt (inhibición presináptica); sin embargo, cuando se antecede por estimulación a SU o un eventoespontáneo (nCDP), el efecto inhibitorio de la inhibición presináptica se revierte (las líneas horizontales se hancolocado con objeto de evidenciar el efecto de reversión). E, histograma del efecto en la reversión de la inhibiciónpresináptica obtenido en 6 experimentos (39.04± 26.6). En la parte inferior se esquematizan las conexiones sinápticasconocidas entre las aferentes musculares y aquellas de origen cutáneo (izquierda) y las conexiones propuestas eneste trabajo de tesis (derecha). Se puede observar que las neuronas que generan los nCDP's espontáneos, así comode las fibras de origen cutáneo comparten características semejantes, ya que su efecto sobre la inhibición presinápticade la vía refleja es similar (vease figura 18 en la discusión).

200 µV

GS PBST SU Spont.

CDP

VRP

20 ms

32 µV


GS PBST GS PBST GS

A

(1) Lund y cols., 1965 (2) Esta tesis

Ia flexor (PBSt)

Ia extensor (GS)

Ia flexor (PBSt)

Ia extensor (GS)

CUT (SU)

(1) (2)

Neuronas que generan losnCDP's espontáneos

B C D

Resultados

Reversión Reversión

% d

e re

vers

ión

resp

ecto

al c

ontro

l (PB

St+G

S)

0

20

40

60

80

100 SU+PBSt+GS

PBSt+GS

nCDP+PBSt+GSN=6

+

+

+

+

_

_

+

+

+

+

_

_

E


Modulación de la PAD de aferentes musculares por la activación de las neuronas

que generan los nCDP's espontáneos

Para poder separar la activación de las aferentes Ia de las Ib se registró la salva

aferente, como lo muestra la figura 13, donde se observa que a intensidades de

estimulación entre 1.0-1.4 xT sólo se activan las fibras Ia. Sin embargo a mayores

intensidades (entre 1.4-1.7 xT) se logran reclutar también las aferentes Ib.

De acuerdo a Lund y colaboradores (1965), los DRP´s producidos por la

estimulación de aferentes Ia pueden ser inhibidos, cuando la estimulación que los

produce es precedida por la estimulación de aferentes cutáneos. En contraste, los

Intensidad de estimulación a PBSt (xT)1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

Am

plitu

d de

las

salv

asaf

eren

tes

Ia y

Ib (%

)

0

25

50

75

100

A

C

Figura 13. Caracterización de las fibras aferentes musculares por su respuesta a la intensidadde estimulación. A, registros de la salva aferente provocada por la estimulación de PBSt a diferentesintensidades de estimulación (1.1, 1.2 y 1.3 xT). B, lo mismo que en A pero las intensidades deestimulación se incrementaron (1.5, 1.6 y 1.7 xT) para activar a las aferentes Ib. Nótese, de izquierdaa derecha, cómo al aumentar la intensidad del estímulo aparecen los componentes correspondientesa la excitación de fibras del tipo Ia y Ib. C, relación entre la intensidad del estímulo aplicado contrala amplitud de los componentes Ia ( ) y Ib ( ) registrados en el dorso de la médula espinal.

B

CDP

IaIa Ib

800µV

1ms

Resultados

Ia Ib


DRP´s producidos por la activación de aferentes Ib se ven facilitados, cuando la

estimulación que produce tales DRP´s es precedida por la estimulación de aferentes

cutáneos. Con el fin de examinar si las neuronas que generan los nCDP´s espontá-

neos comparten la misma propiedad, se analizó el efecto de los nCDP's espontáneos

sobre la PAD producida por la estimulación de aferentes musculares Ia así como Ib.

La figura 14 muestra los efectos que tienen la aparición de los nCDP´s espontáneos

sobre los DRP´s provocados por la estimulación de estas aferentes. Para ello se

promediaron (n=32) DRP's asociados a nCDP's epontáneos (Figs. 14A y 14E), DRP´s

provocados por la estimulación a PBSt a diferentes intensidades de estimulación

(Figs. 14B y 14F) y DRP´s provocados por la estimulación a PBSt pero precedidos

por nCDP's espontáneos (Fig. 14C y 14G). Como se puede observar (Fig. 14), la

PAD producida por la estimulación de fibras aferentes Ia provenientes de un múscu-

lo flexor se inhibió cuando la estimulación estuvo condicionada por nCDP's espontá-

neos (comparar registros de las figura 14D con 14B). Sin embargo se observó un

efecto diferente cuando se incrementó la intensidad de estimulación para reclutar a

las aferentes Ib, ya que la PAD producida por la estimulación de fibras Ib del nervio

PBSt se facilitó cuando la estimulación se encontró precedida por nCDP's espontá-

neos (comparar registros de las figuras 14H con 14F). El efecto inhibitorio de los

nCDP's espontáneos sobre la PAD, que se obtuvo al estimular solamente aferentes

Ia, fue de 38.04±12.3 (n=5) y el efecto facilitador de la PAD obtenida al estimular

aferentes Ia así como las Ib fue de 19.8±5.1 (n=5). Este efecto diferencial que pre-

sentan las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la PAD provocada a

las aferentes Ia y Ib fue similar al efecto que tienen los aferentes cutáneos (Lund y

cols., 1965), lo que apoya aún mas la propuesta acerca del origen cutáneo de las

Resultados


neuronas con actividad espontánea del asta dorsal y de su posible acción moduladora

sobre la vía refleja. Por lo tanto, estos resultados sugieren un origen presináptico en

cuanto al efecto que presentan estas neuronas sobre la vía refleja monosináptica, ya

que la PAD está asociada con la inhibición presináptica del reflejo monosináptico.

Sin embargo, no se puede descartar la participación de un efecto a nivel postsinápti-

co (ver Gossard y cols., 1994).

40µV

50ms

CDP

DRP

40µV

50msCDP

DRP

IbIa

Ia

20µV

250µV

1 ms

Figura 14. Cambios en la amplitud de los DRP's provocados por estimulación de aferentes muscularesdurante la activación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos. A-D, efectos de los DRP'sprovocados por la estimulación de aferentes Ia en el nervio PBSt. Los trazos superiores son registros realizadosen la superficie dorsal de la médula (CDP). Los trazos inferiores son registros realizados en la raíz dorsal mascaudal de L6. A, DRP's registrados durante la ocurrencia de nCDP's espontáneos. B, DRP's producidos por laestimulación del nervio PBSt (1.2xT). C, DRP's producidos por la estimulación a PBSt pero precedidos pornCDP's espontáneos (30 ms de intervalo). D, diferencia entre los registros de C y A donde se observa unadepresión del DRP producido por la estimulación a PBSt. E-H, lo mismo que A-D pero la estimulación a PBStse incrementó a 1.6xT para activar tanto fibras aferentes Ia como Ib (la salva aferente se muestra en los recuadrosde D y H). Nótese la facilitación de los DRP's durante la ocurrencia de los nCDP's espontáneos. Todos los trazosson el promedio de 32 señales. I-J, histogramas de comparación de los promedios de 5 experimentos, en lainhibición y facilitación de los DRP's producidos por la activación de aferentes Ia y Ib respectivamente. Laabreviación nCDP en las gráficas y registros se refiere a los nCDP's espontáneos.

A B C D

E F G H

nCDP

nCDP

PBSt (1.15xT)

PBSt (1.6xT)

nCDP+PBSt

nCDP+PBSt

C-A

G-E

%

0

50

100

PBSt nCDP+PBSt

%

0

50

100

150

PBSt nCDP+PBSt

N=5

N=5

nCDPespont.

nCDPespont.

Resultados

I

J


Modulación de la variabilidad del reflejo monosináptico por la activación de las

neuronas que generan los nCDP's espontáneos

Como se puede ver el la figura 10, existe una facilitación de los reflejos

monosinápticos cuando estos ocurren durante los nCDP´s espontáneos. Sin embar-

go, se sabe que la estimulación a una frecuencia constante de la fibras aferentes Ia,

provocan respuestas reflejas monosinápticas de amplitud variable (Hunt, 1955; Somjen

y Heath, 1966; Rudomin y Dutton, 1969a; Gossard y cols., 1994). Probablemente la

amplitud de estas respuestas reflejas monosinápticas sea debida a variaciones en la

actividad de las neuronas con actividad espontánea del asta dorsal, y que son las

responsables de generar los nCDP´s espontáneos. En la figura 15A se muestran los

registros superpuestos de reflejos monosinápticos provocados por la estimulación al

nervio PBSt a una frecuencia constante (0.5 Hz). Se puede observar que existe una

variabilidad considerable de estos reflejos (ver los trazos expandidos de la figura

15B). La figura 15B muestra la relación de la amplitud promedio de estos reflejos a

diferentes intensidades de estimulación y los círculos llenos de las figuras 15C y D

sus respectivas varianzas y coeficientes de variación. En estudios previos se ha des-

crito que la relación entre las amplitudes promedio de los reflejos monosinápticos y

la varianza que presentan, sigue una forma parabólica (Rudomin y Dutton, 1969a),

por ello se ha ajustado una función cuadrática a los datos de la figura 15C.

Los reflejos precedidos por nCDP´s espontáneos de amplitud variable se com-

pararon con aquellos precedidos por nCDP´s espontáneos de la misma amplitud (Fig.

15D). En esas condiciones, las respuestas monosinápticas presentaron menor varia-

Resultados


10 ms

40 µV35 µV

2 ms10 µV

Estimulación a PBSt (xT)

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

Am

plitu

d de

l ref

lejo

mon

osin

áptic

o (µ

V)

0

50

100

150

200

250

Estimulación a PBSt (xT)

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0A

mpl

itud

del r

efle

jom

onos

ináp

tico

(µV

)

0

50

100

150

200

250

Amplitud del reflejo monosináptico (µV)

0 50 100 150 200 250

Coh

efic

ient

e de

var

iaci

ón

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Amplitud del reflejo monosináptico (µV)

0 50 100 150 200 250

Var

ianz

a (µ

V2)

0

200

400

600

800

1000

CDP

VRPReflejos monosinápticos

A

B

C

D

E

F

Figura 15. Disminución de la variabilidad de los reflejos monosinápticos que ocurren durante la activación de lasneuronas que generan nCDP´s espontáneos de la misma amplitud. A, cinco registros superpuestos de los nCDP´sespontáneos (trazo superior) y reflejos monosinápticos registrados en la raíz ventral L6 (trazo inferior) producidos por laestimulación a PBSt 2 pulsos, 1.7xT a una frecuencia constante de 0.5 Hz. D, lo mismo que en A, pero la estimulaciónestuvo precedida por la ocurrencia de nCDP´s espontáneos de una amplitud fija. B y E, media mas menos la desviaciónestandar de la amplitud de reflejos monosinápticos provocados a diferentes intensidades de estimulación. C y F, varianzay coeficiente de variación contra el promedio de los valores de amplitud de los reflejos monosinápticos de B y E. Loscírculos llenos indican los reflejos monosinápticos condicionados por nCDP´s espontáneos variables (como en A). Loscírculos vacíos indican los reflejos condicionados por nCDP´s espontáneos de la misma amplitud (como en D). Losresultados son el promedio de 32 muestras. G-H, histogramas de comparación de la varianza y coeficiente de variaciónpara 3 experimentos. (*p<0.05, t de Student).

Var

ianz

a (!

V2 )

0

200

400

Coe

ficie

nte

de v

aria

ción

0.0

0.2

0.4

Control

Condicionado

Control

Condicionado

N=3 N=3

Resultados

G H

* *


bilidad (Fig. 15E), ya que la varianza y el coeficiente de variación de las amplitudes

de estos reflejos fue menor en todo el rango de amplitudes registrado, obteniéndose

resultados muy similares en otros dos experimentos (véase figuras 15 G-H).

La estimulación de aferentes cutáneos modula la actividad de las neuronas que

generan los nCDP's espontáneos

Ya se ha mencionado que la variabilidad del reflejo monosináptico se ve redu-

cida cuando la estimulación que produce el reflejo es preceido por la estimulación de

aferentes cutáneos de bajo umbral (Rudomin y Dutton, 1969a). Siguiendo la hipóte-

sis acerca de que el origen en la variabilidad del reflejo monosináptico es debida a

fluctuaciones en la actividad de neuronas con actividad espontánea del asta dorsal,

se analizó el efecto de la estimulación de aferentes cutáneos sobre los nCDP's espon-

táneos en 4 experimentos, obteniendo resultados similares en cada uno de ellos. La

figura 16 muestra un ejemplo donde se realiza una comparación en el número de

potenciales espontáneos que aparecen antes y después de la estimulación de aferentes

de los nervios SU y SP (1 choque, 1.2xT). Se puede observar que en ausencia de

estimulación, existe una aparición periódica de nCDP's espontáneos (Fig. 16A), sin

embargo, el número de nCDP's espontáneos se suprime considerablemente entre 50

y 100 ms cuando se estimulan aferentes cutáneos (Fig. 16B-C). Se sabe que a este

intervalo de tiempo ocurre la mayor reducción en la varianza de los reflejos

monosinápticos condicionados por la estimulación de aferentes cutáneos (Rudomin

y Dutton, 1969a). De estos resultados se puede concluir que hay una relación entre la

variabilidad del reflejo monosináptico y la actividad espontánea del asta dorsal de la

Resultados


médula espinal.

La inhibición en el número de potenciales espontáneos, que surge como resul-

tado de la activación de aferentes cutáneos, es dependiente de la intensidad de

estimulación. La figura 17 relaciona la intensidad de estimulación a los aferentes

cutáneos con el parámetro de tiempo en el cual el número de potenciales espontáneos

promedio, llegó al 63% de su valor de estabilización (constante de tiempo). El valor

de estabilización se obtuvo ajustando una función sigmoidal a los datos del número

de potenciales espontáneos que aparecen posteriores a la estimulación de los aferentes

cutáneos. Esta relación indica que la inhibición en el número de nCDP´s espontáneos

que aparecen posteriores a la estimulación de aferentes cutáneos es dependiente de la

intensidad de estimulación, probablemente debido a la sumación del número de gru-

pos neuronales que se influencían por dicha estimulación. Estos resultados sugieren

que la reducción en la variabilidad de los reflejos monosinápticos que surge como

resultado de la estimulación condicionante de aferentes cutáneos, es debida a un

reclutamiento en la actividad de las neuronas del asta dorsal que son responsables de

la generación de los nCDP's espontáneos, llevando a un silenciamiento de las neuronas

espontáneamente activas.

Resultados


Figura 16. La estimulación de aferentes cutáneos reduce transitoriamente el número de nCDP'sespontáneos. A, de arriba hacia abajo, registros superpuestos de potenciales del dorso de la médula, seriesde registros individuales e histogramas de ocurrencia de los nCDP's espontáneos discriminados bajo unnivel de ventana. B y C, lo mismo pero durante la estimulación de los nervios SU y SP (pulsos únicos 1.2xT,0.7 Hz). Nótese cómo el número de nCDP's espontáneos que aparecen posteriores a la estimulación de lasfibras de los aferentes cutáneos se reduce respecto al número de nCDP's espontáneos presentes antes de laestimulación.El número de barridos (n) en A fue de 66 y en B-C de 100. Este tipo de "silenciamiento" en laocurrencia de los nCDP´s espontáneos fue consistente en otros 3 experimentos.

No.

de

nCD

P's

/ n

0.00

0.04

0.08

0.12

0.16N

o. d

e nC

DP

's / n

0.00

0.04

0.08

0.12

0.16

No.

de

nCD

P's

/ n

0.00

0.04

0.08

0.12

0.16100 µV

100 ms

nCDP´s espontáneos

SU 1.2xT

SP 1.2xT

B

C

A

Resultados


SU 1.2xT

SU 1.5xT

SU 2xT

SU 3xT

200 ms 40 ms

No. d

e nC

DP'

s / n

0.00

0.08

0.16

0.00

0.08

0.16

0.00

0.08

0.16

0.00

0.08

0.16

0.00

0.04

0.08

0.12

0.00

0.04

0.08

0.12

0.00

0.04

0.08

0.12

0.00

0.04

0.08

0.12

A B

Figura 17. La depresión en el número de nCDP'sespontáneos por estimulación de aferentes cutáneos esdependiente de la intensidad de estimulación. A, de arribahacia abajo, serie de registros individuales e histogramas deocurrencia de nCDP's espontáneos durante la estimulación delnervio SU a diferentes intensidades de estimulación (pulsosúnicos, 0.7 Hz). Nótese como a medida que se incrementa laintensidad de estimulación, se decrementa el número de nCDP'sespontáneos que aparecen posteriores al estímulo (la flechaindica el momento de la aplicación del estímulo). B, mismoshistogramas que en A, pero a partir del momento en que esaplicado el estímulo (como lo indica la flecha). Las líneascontinuas son ajustes de funciones sigmoides realizadas a los

puntos de las gráficas. C, relación entre la intensidad de estimulación con la constante de tiempo obtenida delajuste realizado a las gráficas de B. La línea es el resultado de una correlación lineal, y el valor de su coeficiente(r) se muestra insertado en la gráfica. Se puede observar que conforme se incrementa la intensidad de estimulación,el tiempo de recuperación en el número de nCDP's espontáneos que aparecen después de aplicado el estímulo,se incrementa. El número de barridos (n) fue de 100 para todas las intensidades de estimulación.

Intensidad de estimulación (xT)

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Con

stan

te d

etie

mpo

(ms)

40

80

120

160

r = 0.9

Resultados

C


Resumen de resultados

1) La amplitud de los reflejos monosinápticos se encuentra correlacionada de mane-

ra lineal con la amplitud de los nCDP's espontáneos registrados en el dorso de la

médula espinal a nivel lumbar, y esta correlación tiene un curso temporal similar al

que presenta la fase de decaimiento de los nCDP's espontáneos.

2) Las neuronas responsables de generar los nCDP's espontáneos decrementan el

efecto inhibitorio del reflejo monosináptico producido por la activación de fibras

aferentes que participan en la inhibición presináptica de aferentes primarios.

3) La PAD producida por la estimulación de aferentes Ia se inhibe cuando la

estimulación que la produce se encuentra condicionada por nCDP's espontáneos. En

contraste, la PAD producida por la activación de aferentes Ib se facilita cuando la

estimulación que la produce se encuentra condicionada por nCDP's espontáneos.

Resultados


DISCUSIÓN

Los resultados indican que la variabilidad del reflejo monosináptico está aso-

ciada con la variabilidad en la amplitud de los potenciales espontáneos registrados

en el dorso de la médula espinal. Estos resultados son consistentes con los hallazgos

de Molt y Gasteiger (1976), quienes propusieron que la variabilidad de los reflejos

espinales polisinápticos puede ser modulada por interneuronas con actividad espon-

tánea localizadas en el asta dorsal de la médula espinal.

Recientemente Arieli y colaboradores (1996) han descrito, en la corteza occipital

del gato, un fenómeno análogo cuando se presenta un estímulo visual repetitivo.

Estos autores han observado la dinámica espaciotemporal en la corteza visual prima-

ria (áreas 17 y 18) mediante regístros de imágenes obtenidas con colorantes sensi-

bles a voltaje, así como por registros electrofisiológicos, antes y durante la aplica-

ción del estímulo visual. Estos autores encontraron una alta correlación entre la acti-

vidad de fondo presente antes del estímulo y la actividad provocada por el estímulo.

De esta manera fue posible predecir, de acuerdo a las condiciones iniciales, cual sería

la respuesta que se presenta ante cierto estímulo. Estos autores propusieron que es

muy probable que la variabilidad en las respuestas provocadas por el estímulo visual,

esté determinada por la actividad de las neuronas responsables de dicha actividad

espontánea, debido a la alta correlación existente entre la actividad espontánea de

fondo y las respuestas provocadas.

El origen de la actividad espontánea en el sistema nervioso ha sido estudiada

Discusión


principalmente en sistemas aislados como en el hipocampo (Garaschuk y cols., 1998),

en la retina (Wong y cols., 1995), así como en la médula espinal (Provine y cols.,

1972). Se sabe que la actividad espontánea en el sistema nervioso se encuentra origi-

nada por neuronas que se encuentran conectadas sinápticamente y donde el GABA,

el glutamato, así como la acetilcolina juegan un papel importante en el acoplamiento

de estas redes neuronales (O´Donovan, 1999); sin embargo, el papel fisiológico que

juegan estas redes se ha ignorado, por lo que los resultados mostrados en esta tesis

aportan información novedosa sobre su posible función en el sistema motor.

Origen de los nCDP´s espontáneos

Hay evidencias que sugieren que las neuronas que participan en generar los

DRP's provocados por estimulación de aferentes cutáneos o musculares se encuen-

tran en las regiones mas profundas del asta dorsal de la médula espinal (Jankowska y

cols., 1981; Rudomin y cols., 1987). Se sabe que los DRP's registrados en aferentes

de origen cutáneo pueden ser producidos por la estimulación de regiones profundas

del asta dorsal de la médula espinal del gato (1400 µm). Sin embargo, estimulaciones

mas profundas (entre 2000 y 2500 µm) a nivel del núcleo intermedio, provocan DRP's

en aferentes musculares (Jankowska y cols., 1981). Otros resultados que comple-

mentan estos hallazgos fueron realizados por Rudomin y colaboradores (1987), quie-

nes describieron que en el núcleo intermedio de la médula espinal del gato, existen

neuronas con actividad espontánea que contactan sinápticamente con aferentes pri-

marias en las que se registran DRP's espontáneos. Estas neuronas del núcleo inter-

medio reciben entradas sinápticas de aferentes musculares, de aferentes cutáneos y

Discusión


de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos. Estos mismos autores encon-

traron que los potenciales de acción de neuronas individuales registradas en el nú-

cleo intermedio, eran precedidos por potenciales espontáneos poblacionales regis-

trados en la superficie dorsal de la médula espinal (nCDP's espontáneos). Asimismo,

encontraron dos tipos de neuronas cuya descarga se encontraba precedida por poten-

ciales espontáneos: las neuronas denominadas Clase I, tenían actividad relacionada

con potenciales sinápticos inhibitorios en las motoneuronas, pero no a una

despolarización de aferentes primarios. La otra clase de neuronas (neuronas Clase

II), estuvieron relacionadas con potenciales de raíces ventrales y dorsales. Aunado a

esto, encontraron que ambos tipos de neuronas recibían entradas sinápticas de aferentes

cutáneos de bajo umbral y de aferentes musculares, proponiendo que las neuronas

Clase II son aquellas que median la PAD de origen GABAérgico, y las Clase I las que

median la inhibición no recíproca de origen glicinérgico (Rudomin y cols., 1990).

Los potenciales de acción de las neuronas del núcleo intermedio (Clase I y

Clase II), descritas por Rudomin y colaboradores (1987), parecen estar sincronizados

con los nCDP's espontáneos. Ello planteó que dichos potenciales fuesen el resultado

de la activación de dos grupos de neuronas separados en el asta dorsal, que activarían

a las neuronas Clase I y Clase II del núcleo intermedio, propuesta que ha quedado

abierta a su demostración. Estos hallazgos han sugerido que las neuronas que tienen

actividad espontánea del asta dorsal de la médula espinal podrían activar sináptica-

mente a interneuronas del núcleo intermedio, las cuales se encuentran implicadas en

circuitos neuronales que participan en la modulación de la información sensorial y

en el control del movimiento (Jankowska y cols., 1981; Rudomin y cols., 1987). Los

Discusión


resultados mostrados en esta tesis otorgan una importancia funcional de las neuronas

del asta dorsal que generan los nCDP's espontáneos, las cuales han demostrado que

participan en la modulación de la información sensorial.

Estudios recientes indican que la actividad espontánea de interneuronas del

dorso de la médula tiene un origen cutáneo, ya que es claro que los potenciales del

dorso producidos por estimulación de aferentes cutáneos se facilitan cuando esta

estimulación es precedida por nCDP´s espontáneos registrados en la superficie dor-

sal de la médula espinal. Este grupo de neuronas con actividad sincrónica se encuen-

tran localizadas entre las láminas III a la VI y organizadas a todo lo largo de los

segmentos lumbares L6-L7 de la médula espinal (Manjarrez y cols., 1996, 1997,

1998). Otro hallazgo importante es que los potenciales de raíz dorsal, que son produ-

cidos por la estimulación de aferentes cutáneos de bajo umbral, también se facilitan

cuando la estimulación que los produce es precedida por la ocurrencia de nCDP´s

espontáneos. Nuestros resultados sugieren que existe una disminución de la inhibi-

ción presináptica de aferentes Ia cuando el pulso de estimulación condicionante (pulso

a PBSt + GS) es precedido por un evento espontáneo (nCDP). Ello fue inferido de la

observación de que la PAD producida por estimulación de aferentes Ia se reduce por

el condicionamiento con nCDP's espontáneos, mientras que la PAD que produce la

estimulación a aferentes cutáneos aumenta. Este hallazgo es consistente con los re-

sultados de Lund y colaboradores (1965), quienes examinaron los efectos que tiene

la estimulación de aferentes cutáneos sobre la inhibición presináptica de aferentes

flexores sobre aferentes extensores Ia. De esta forma, las interneuronas que son res-

ponsables de producir los nCDP's espontáneos pueden actuar de forma distinta sobre

Discusión


los aferentes cutáneos y sobre aferentes musculares Ia. Este hecho se ve apoyado por

trabajos recientes en donde la activación de aferentes cutáneos de bajo umbral, de las

superficies plantar y dorsal del pie en humanos, reduce la inhibición presináptica

producida por estimulación de aferentes Ia del músculo soleo sobre músculos flexo-

res (Iles, 1996), así como por hallazgos que muestran este hecho indirectamente (Lund

y cols., 1965; Rudomin y cols., 1986). Además, existe evidencia de que asociado a la

ejecución de una contracción voluntaria, ocurre decremento en la inhibición presi-

náptica de aferentes del músculo que se va a contraer, pero un claro aumento en la

inhibición presináptica del músculo que se contrae voluntariamente, sobre un mús-

culo que no se contrae (Hultborn y cols., 1987). Esto sugiere que estos cambios se

deben en parte a actividad descendente (proveniente de la corteza motora) y que

además actúa de forma selectiva (Eguibar y cols., 1994 y 1997). Estos resultados se

podrían explicar si se supone que la vía refleja se encuentra modulada por las

interneuronas con actividad espontánea del asta dorsal que generan los nCDP's, sien-

do blanco de vías descendentes y de vías cutáneas, que en conjunto podrían ejercer

una acción indirecta sobre las respuestas motoras.

De la misma manera, se encontró que los cambios en los reflejos espinales

monosinápticos que ocurren durante la aparición de los nCDP's espontáneos son

similares a los que ocurren por la estimulación condicionante de aferentes cutáneos.

Esto concuerda con la propuesta de que las neuronas que producen los nCDP's es-

pontáneos son las mismas que aquellas que responden a la estimulación de aferentes

cutáneos de bajo umbral (Manjarrez y cols., 1996, 1997 y 1998). Apoyando estos

resultados sobre las vías reflejas monosinápticas, se encontró también que los DRP's

Discusión


producidos por la estimulación de aferentes Ia se inhiben durante la ocurrencia de

nCDP's espontáneos, no siendo así para los DRP's provocados por la estimulación de

aferentes Ib (ver figura 13). En contraste, tanto los potenciales de campo intraespinales

registrados en el núcleo intermedio del asta dorsal, como los DRP's provocados por

la estimulación de aferentes Ib y cutáneos se facilitan durante la ocurrencia de nCDP's

espontáneos (Manjarrez y cols., 1997). Estos mismos efectos son obtenidos cuando

se estimulan fibras de aferentes cutáneos de bajo umbral (Rudomin y cols., 1986),

apoyando la idea de un posible origen cutáneo de las neuronas que generan la activi-

dad espontánea en el asta dorsal de la médula espinal.

La modulación de las neuronas que generan los nCDP's espontáneos sobre la

vía del reflejo monosináptico (aferente Ia-motoneurona) es muy similar a la modula-

ción que los aferentes cutáneos ejercen sobre la misma vía. Por un lado, las aferentes

de origen cutáneo tienen acciones presinápticas selectivas sobre otros aferentes cutá-

neos (Eccles y cols., 1963c), así como por aferentes provenientes de los órganos

tendinosos de Golgi (aferentes Ib) (Eccles y cols., 1963d). En contraste, las neuronas

que generan los nCDP's espontáneos presentan los mismos efectos presinápticos so-

bre los aferentes cutáneos y sobre aferentes Ib (Manjarrez y cols., 1997). Se ha des-

crito que los aferentes cutáneos tienen influencia sináptica inhibitoria sobre la inter-

neurona de primer orden que media la inhibición presináptica de aferentes Ia (ver

figura 18), provocando una disminución de la PAD de aferentes Ia y por lo tanto una

inhibición de la inhibición presináptica de la vía refleja monosináptica (Lund y cols.,

1965; Rudomin y cols., 1983 y 1986; Iles, 1996). Este efecto indirecto de las aferentes

de origen cutáneo sobre las aferentes Ia, es muy similar al efecto de las neuronas que

Discusión


generan los nCDP's espontáneos sobre la inhibición presináptica de las aferentes Ia,

el cual además sigue el curso temporal de los nCDP's espontáneos (Figura 11B).

Estas semejanzas, permiten suponer que estas neuronas se encuentran modulando la

vía del reflejo monosináptico a través de la interneurona de primer orden que media

la PAD, al igual como se ha propuesto para las aferentes de origen cutáneo (Eguibar

y cols., 1994; Quevedo y cols., 1995; Eguibar y cols., 1997).

Es claro que el GABA es el neurotransmisor involucrado en la despolarización

de aferentes primarios (véase Rudomin y Schmidt, 1999), y que la modulación de la

vía refleja monosináptica por estimulación de aferentes cutáneos no se ve afectada

Discusión

Figura 18. Esquema del circuito neuronal que explica la modulación de los reflejos monosinápticos por las neuronasque generan los nCDP's espontáneos. Las neuronas que generan los nCDP's espontáneos inhiben el efecto de lainhibición presináptica de la vía refleja monosináptica, probablemente actuando a traves de la neurona de primer ordenque media la vía de la inhibición presináptica. Este efecto es diferencial sobre las aferentes Ib y de origen cutáneo, puesestas neuronas facilitan la despolarización de dichas aferentes. La actividad de estas neuronas podría modularse porcentros supraespinales y existiría un intercambio de información entre estas neuronas y centros superiores. El * señala ala neurona de primer orden que media la inhibición presináptica (explicación en el texto)

PBSt Ia

GS Ia

MN

Excitatoria

Inhibitoria

GABAérgica

PBSt Ib

CUT

Centrossupraespinales

Neuronas del asta dorsalque generan los nCDP's

espontáneos(Láminas III-VI)

*



por estricnina. Ello sugiere que la neurona de primer orden (marcada con * en la

figura 18) no es activada sinápticamente por la glicina (Lund y cols., 1965). Los

neurotransmisores inhibitorios mas ampliamente distribuidos en la médula espinal

son el GABA y la glicina (Willis y Coggeshall, 1991), por lo que se ha propuesto que

la modulación de la vía refleja por estimulación de aferentes cutáneos de bajo umbral

se encuentra mediada por el GABA (Rudomin y cols., 1983). Muy probablemente, la

modulación de la vía refleja monosináptica por la actividad de las neuronas que

generan los nCDP's espontáneos se encuentre también mediada por el GABA, ya que

la influencia de las neuronas espontáneamente activas del asta dorsal sobre la vía Ia-

motoneurona, es muy similar a las descritas para los aferentes cutáneos (Lund y

cols., 1965; Rudomin y cols., 1983). La administración sistémica de antagonistas del

GABA (como la picrotoxina y la bicuculina) no demostraría que la modulación de la

inhibición presináptica por estimulación de aferentes cutáneos se encuentra mediada

por este neurotransmisor, ya que la propia inhibición presináptica de la vía refleja se

encuentra mediada por el GABA. Esto implicaría que la administración de agentes

que bloqueen la acción del GABA evitaría la inhibición presináptica de la vía refleja,

y por lo tanto la PAD de las aferentes involucradas, por lo que sería muy difícil

analizar el efecto de los aferentes cutáneos, o de las neuronas que generan los nCDP's

espontáneos, sobre la inhibición presináptica de la vía refleja, ya que ésta se encon-

traría bloqueada (ver figura 18). Ello plantea un problema serio para los análisis

farmacológicos en los que está implicado el GABA. Una posible solución sería

implementar una preparación de médula espinal aislada in vitro en la que se emplea-

ra la aplicación microiontoforética de agonistas y antagonistas del GABA.

Discusión


En la figura 18 se muestra un esquema de las posibles conexiones entre las

neuronas con actividad espontánea del asta dorsal y los circuitos espinales que mo-

dulan la vía del reflejo monosináptico, en donde se pueden comparar las relaciones

de los aferentes cutáneos y la vía de la inhibición presináptica con las de las neuronas

del asta dorsal responsables de generar los nCDP's espontáneos.

Influencias descendentes

Las neuronas que generan los nCDP's espontáneos se encuentran reguladas

por estructuras supraespinales. Levitan y colaboradores (1968) encontraron que la

actividad espontánea, registrada en el dorso de la médula espinal del gato, decrementa

en amplitud y frecuencia cuando estimulaban la formación reticular bulbar. De la

misma manera, estos autores describieron que este decremento en la actividad es-

pontánea del dorso de la médula se acompaña de un incremento en la excitabilidad

de las motoneuronas lumbares, manifestado por un aumento en la actividad muscular

de las extremidades posteriores, así como un decremento en la amplitud de los poten-

ciales provocados periféricamente. Un hallazgo importante es que los nCDP's es-

pontáneos incrementan su amplitud y frecuencia de aparición cuando se realizan

espinalizaciones en el gato anestesiado (Manjarrez y cols., 1996 y 1998), lo que

indica claramente que las neuronas que generan los nCDP's espontáneos se encuen-

tran sometidas a la influencia de estructuras del tallo cerebral. Estos resultados se

correlacionan con las descripciones de Kasprzak y Gasteiger (1970), quienes encon-

traron en gatos con libre movimiento que la actividad espontánea del asta dorsal de

la médula espinal se incrementa en amplitud y frecuencia durante la fase de sueño de

Discusión


ondas lentas, así como en la fase del sueño de ondas rápidas. Estos resultados sugie-

ren que existe una actividad tónica descendente que se encuentra modulando a los

grupos de neuronas con actividad espontánea del asta dorsal de la médula espinal.

Como ya se ha mencionado, las neuronas que generan los nCDP's espontáneos tie-

nen a su vez una influencia sobre las vías reflejas monosinápticas, lo que implicaría

que la modulación descendente de los reflejos espinales podría actuar a través de

estos grupos de neuronas del asta dorsal responsables de generar los nCDP's espon-

táneos.

Origen de la variabilidad de los reflejos monosinápticos

Nuestros datos indican que las neuronas responsables de generar los nCDP´s

espontáneos ejercen un claro efecto de facilitación de los reflejos monosinápticos,

pues los reflejos precedidos por nCDP's espontáneos se ven aumentados en relación

a los reflejos que no se encuentran precedidos por estos potenciales. Ello es consis-

tente con los resultados de Arieli y colaboradores (1996) en la corteza cerebral del

gato descritos anteriormente, así como por los hallazgos de Molt y Gasteiger (1976)

quienes encontraron que los reflejos polisinápticos se facilitan cuando están precedi-

dos por actividad espontánea registrada en el dorso de la médula. Este efecto facili-

tador sobre la vía del reflejo monosináptico es mucho más evidente cuando se anali-

za la respuesta refleja monosináptica precedida por nCDP's espontáneos de diferente

amplitud (ver figura 11A). Esta correlación entre la magnitud de la respuesta refleja

y la magnitud de la actividad espontánea, así como el curso temporal que sigue dicha

correlación (ver figura 11B), implica la existencia de una influencia de las neuronas

Discusión


que generan los nCDP's espontáneos sobre la vía del reflejo monosináptico, la cual

puede deberse a una modulación de la vía refleja a nivel presináptico (aferentes pri-

marias), a nivel postsináptico (motoneuronas), o bien a ambos niveles (Fig. 18).

Rall y Hunt (1955), sugirieron que las motoneuronas estaban sujetas a fluctua-

ciones en excitabilidad debido tanto a influencias intrínsecas como extrínsecas. De

esta manera, asumieron que las influencias extrínsecas podrían influenciar a miem-

bros de la población en una manera correlacionada. Separaron las fluctuaciones de la

excitabilidad en dos componentes: uno donde las fluctuaciones de las unidades indi-

viduales son independientes entre sí, mientras que en el otro existen fluctuaciones en

excitabilidad correlacionadas. También propusieron que las fluctuaciones en la exci-

tabilidad correlacionadas son la mayor fuente de variación en la respuesta de la po-

blación, independientemente del tipo de influencia que las origina (intrínseca o ex-

trínseca). En conclusión, estos autores atribuyeron el origen de la variabilidad del

reflejo monosináptico a una modulación postsináptica. Sin embargo, Rudomin y co-

laboradores (1969) propusieron que las influencias que originan la variabilidad del

reflejo actúan a nivel presináptico, pues encontraron que la reducción en la variabi-

lidad de las respuestas monosinápticas por estimulación de aferentes Ia, se reduce

presinápticamente tanto por influencia de otras aferentes musculares, como por in-

fluencia de estimulación cutánea. Además, también encontraron que esta reducción

en la variabilidad de los reflejos espinales sigue un curso temporal que asemeja al

curso temporal que sigue la PAD y por lo tanto la inhibición presináptica. De esta

manera, propusieron que esta reducción en la variabilidad podría aumentar el con-

traste motor entre músculos agonistas y antagonistas para originar respuestas moto-

Discusión


ras coordinadas (Rudomin y Dutton, 1969a).

También se ha sugerido que la varianza de grupos de respuestas monosinápticas

se incrementan con el aumento de influencias que correlacionan (entradas

correlacionantes) los elementos individuales en la vía monosináptica. De manera

que la estabilización de los reflejos monosinápticos se puede obtener con una reduc-

ción en la correlación entre elementos individuales debido a influencias presinápticas.

Por lo tanto, cambios en las fluctuaciones en la excitabilidad no correlacionada de

fibras presinápticas (aferentes Ia) o de las motoneuronas, así como cambios en la

distribución de los umbrales de disparo pueden afectar la varianza de la población

(Rudomin y cols., 1969). Así, un decremento en las entradas correlacionantes hacia

los elementos individuales de la vía, tendría efectos en la variabilidad de las respues-

tas reduciendo dicho parámetro. Esto quiere decir que la reducción en la variabilidad

de las respuestas que se obtienen mediante el condicionamiento, se debe a una reduc-

ción de las actividades correlacionadas de las interneuronas que afectan la transmi-

sión de información Ia-motoneurona. Dada la alta relación que existe entre la activi-

dad espontánea de interneuronas y las respuestas cutáneas (como ha sido documen-

tado por Manjarrez y cols., 1996, 1997 y 1998), es muy probable que la influencia de

la actividad espontánea de la médula espinal sobre las respuestas motoras, se realice

presinápticamente, de manera similar a la influencia que sobre la vía de la inhibición

presináptica ejercen los aferentes cutáneos (ver figura 18). Es por ello que se sugiere

que la variabilidad del reflejo monosináptico tenga su origen en una influencia

correlacionante extrínseca de los elementos individuales de la vía refleja, introduci-

da a nivel pre y/o postsináptico, por las neuronas que generan la actividad espontá-

Discusión


nea registrada en el dorso de la médula (nCDP's).

En 1994, Gossard y colaboradores propusieron que la variabilidad de los re-

flejos monosinápticos se debe principalmente a una influencia postsináptica, aunque

no descartaron cierta influencia debida a elementos presinápticos. Estos autores es-

tudiaron la relación entre la magnitud del reflejo monosináptico con la magnitud de

EPSP's registrados en motoneuronas (EPSP con ruido). Para ello, midieron los EPSP's

desde una línea basal arbitraria (obtenida restando la amplitud de los EPSP's integra-

dos menos la línea de base integrada anterior a la ocurrencia del EPSP, a lo que

llamaron EPSP sin ruido). Con este procedimiento correlacionaron la amplitud del

reflejo con la línea de base anterior a la ocurrencia del reflejo (figura 19A-C). Para

11 motoneuronas registradas en 2 gatos descerebrados, encontraron que las correla-

ciones entre la magnitud del reflejo y el EPSP con ruido, son mayores que las corre-

laciones realizadas con la línea de base y con los EPSP's sin ruido; sin embargo, el

promedio de las correlaciones de los EPSP's y las magnitudes de los reflejos

monosinápticos, obtenidas en las diferentes motoneuronas registradas, no resulta ser

tan significativo (Figura 19D), como el encontrado entre las magnitudes de los refle-

jos y las magnitudes de los nCDP's (mostrados en la figura 11A y barra final de la

Figura 19D). Esto indica que la variabilidad que presentan las respuestas

monosinápticas no se deben únicamente a influencia de elementos postsinápticos

correlacionados, sino también a la influencia de elementos presinápticos.

En 1976, Molt y Gasteiger supusieron que la variabilidad de los reflejos espi-

nales se originaba por la actividad de neuronas con actividad espontánea, presentes

Discusión


en el asta dorsal de la médula espinal. Estos investigadores provocaban reflejos

polisinápticos y monosinápticos sincronizados con la ocurrencia de nCDP´s espon-

táneos de una determinada amplitud fija (ver figura 20) y, comparaban estas respues-

tas, con reflejos provocados por estímulos aplicados de manera aleatoria (líneas pun-

teadas de la figura 20), ya sea anteriores a la ocurrencia de un nCDP espontáneo o

bien posteriores. Encontraron que los reflejos monosinápticos a veces se facilitaban

o a veces se inhibían, por lo tanto no pudieron estudiar el efecto de los nCDP's es-

pontáneos sobre la vía del reflejo monosináptico. Estos autores, atribuyeron que este

Discusión

Coe

ficie

nte

de c

orre

laci

ónpr

omed

io0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0EPSP sin ruidoLínea de baseEPSP con ruidonCDP's

Figura 19. Correlaciones entre la amplitud del reflejo monosináptico y EPSP's registrados enmotoneuronas de GS durante estimulación constante. A-C, correlaciones entre la amplitud de reflejosmonosinápticos (ordenadas, en unidades arbitrarias) y eventos medidos en una motoneurona de GS (vertexto). A, correlación realizada con la amplitud del EPSP sin ruido. B, correlacion con la línea de baseanterior a la ocurrencia del EPSP. C, correlaciones con el EPSP con ruido. D, compara las correlacionespromedio (mas menos desviación estandar) de los coeficientes de correlación de las 11 motoneuronas asícomo el coeficiente de correlación promedio obtenido al relacionar la amplitud de los reflejos monosinápticoscon la amplitud de los nCDP's espontáneos. El registro de la derecha esquematiza la forma en que fueronobtenidas las mediciones de A-C: la línea de base intracelular (LBI) fue integrada durante un tiempo (líneasverticales punteadas), así se le restó la línea de base integrada al EPSP integrado (entre las líneas verticalescontinuas) para obtener el EPSP sin ruido. El EPSP con ruido se obtuvo sólo integrando la señal sin la restade la línea de base. † Modificado de Gossard y cols., 1994. ‡ Resultados de esta tesis.

A B C

D

Amplitud EPSP sin ruido(unidades arbitrarias)

Am

p. d

el re

flejo

(uni

dade

s ar

bitra

rias)

EPSP sin ruidor=0.50

Línea de baser=0.67

EPSP con ruidor=0.84

Línea de base (unidades arbitrarias) EPSP con ruido (unidades arbitrarias)

Am

p. d

el re

flejo

(uni

dade

s ar

bitra

rias)

Am

p. d

el re

flejo

(uni

dade

s ar

bitra

rias)

††

‡†

LBIEPSP

2 mV1 ms


resultado negativo (contrario a su hipótesis)

era debido a limitaciones en el método em-

pleado, y en la discusión de su trabajo lo

plantearon como un problema abierto. Ade-

más, encontraron que existía una franca

facilitación de las respuestas polisinápticas

ocurridas durante los nCDP´s espontáneos,

sin embargo, no lograron encontrar diferen-

cias en la variabilidad de los reflejos

polisinápticos, ni en los reflejos

monosinápticos por las mismas razones ex-

plicadas anteriormente. De esta manera pro-

pusieron que existía una influencia de las

neuronas del asta dorsal sobre los reflejos

espinales, pues era claro que los reflejos

polisinápticos se veían incrementados si es-

tos ocurrían sincronizados a nCDP´s espon-

táneos. El método usado por Molt y Gasteiger (1976) presentaba ciertas limitaciones

pues, sólo permitía sincronizar las estimulaciones de las aferentes sensoriales cuan-

do ocurrían nCDP´s espontáneos de una sola amplitud (línea en 150 µV de la figura

20), por lo que no fue posible analizar en detalle la variabilidad de los reflejos espi-

nales y mucho menos de los reflejos monosinápticos, que ahora sabemos (por los

resultados de esta tesis) que su amplitud está linealmente correlacionada con la am-

plitud de los nCDP's espontáneos. La metodología utilizada en el presente trabajo de

Discusión

0 50 100 150 200

0µV

-75µV

-150µV

0V

-5V

0mV

-5mV

SPINAL ELECTROGRAM

REFLEX

Figura 20. Diagrama de discriminación de losreflejos espinales. El curso temporal de C esaplicado para los tres tazos. C, registro realizadoen la superficie dorsal de la médula espinal enlos segmentos L6 y L7. Cuando el registro alcanzaun cierto nivel umbral (mostrado por la líneapunteda en 150 µV), un circuito produce un pulsocuadrado (línea continua en B). El pulso cuadradopuede ser aplicado de manera aleatoria en eltiempo (la línea punteada del tazo medio muestraalgunos de los posibles pulsos cuadrados). La fasede ascenso del pulso cuadrado dispara unestímulo al nervio que produce el reflejo. De esamanera el nervio es estimulado durante laocurrencia de un nCDP espontáneo o bien, a untiempo aleatorio. A, respuesta reflejapolisináptica condicionada por la ocurrencia deun nCDP espontáneo. Modificado de Molt yGasteiger, 1976.

DISCRIMINATOR OUTPUT

A

B

C

ms


tesis (Fig. 6) permitió analizar las influencias de nCDP´s espontáneos de diferente

amplitud, no sólo sobre las respuestas reflejas monosinápticas, sino también sobre la

despolarización de aferentes primarios y asociado a ello, la inhibición presináptica

de aferentes Ia. La propuesta de Molt y Gasteiger (1976) concuerda con los resulta-

dos encontrados por nosotros, ya que las neuronas responsables de originar la activi-

dad espontánea del asta dorsal de la médula espinal, ejerce una influencia facilitatoria

sobre la vía refleja monosináptica y, de acuerdo a los resultados de estos investigado-

res, muy probablemente también sobre vías reflejas polisinápticas.

Los resultados presentados, también muestran que existe una reducción transi-

toria de la actividad espontánea en la médula espinal cuando se estimulan aferentes

cutáneos, tal como puede verse en la figura 16, en donde el número promedio de

nCDP´s espontáneos disminuye después de la estimulación de fibras sensoriales de

los nervios SU así como de SP (nervios cutáneos). Una posible explicación podría

darse si se revisa el trabajo de Brown y colaboradores (1973), quiénes encontraron

que la estimulación mecánica puntual de receptores sensoriales en la piel del gato

produce excitación monosináptica, inhibición oligosináptica y excitación seguida de

inhibición en neuronas del asta dorsal entre las láminas III y V. Es muy probable que

la estimulación eléctrica de aferentes cutáneos de bajo umbral produzca el mismo

efecto en las neuronas del asta dorsal, y esta excitación seguida de inhibición en la

actividad de interneuronas de esta área provoque una disminución de la actividad

poblacional de los grupos de neuronas con actividad espontánea en el dorso de la

médula. Esta reducción transitoria de la actividad espontánea, provocada por la

estimulación de aferentes cutáneos, podría explicar la reducción de la variabilidad de

Discusión


los reflejos monosinápticos que observaron Rudomin y Dutton (1969a). Estos auto-

res encontraron que al condicionar la vía refleja monosináptica mediante la

estimulación de aferentes cutáneos, había una reducción en la variabilidad de los

reflejos espinales, siguiendo un curso temporal muy similar al de la supresión transi-

toria de la actividad espontánea (aproximadamente 50-100 ms), la cual es compara-

ble cuando se estimulan estas mismas aferentes (ver figuras 16 y 17).

Algunos aspectos funcionales

La neuronas del asta dorsal con actividad espontánea que se encuentran aso-

ciadas a los nCDP´s espontáneos descargan de manera sincrónica durante la ocurren-

cia de estos potenciales (Manjarrez y cols., 1998). Esta sincronía en la actividad

podría ser producida por entrada de aferentes cutáneos, por otras neuronas espinales

o por conexiones reverberantes entre las neuronas que pertenecen al grupo (Brown y

cols., 1973; O´Donovan, 1999), de tal manera que el disparo de una sola neurona del

grupo desencadenaría actividad en muchas otras, originando así esa sincronía en la

actividad. Es posible que esta actividad sincrónica de las neuronas del asta dorsal,

otorgue un nivel de actividad basal en las vías sensoriales y motoras, y este nivel

podría ser ajustado por sistemas propioespinales segmentales o por influencia des-

cendente. Es claro que las neuronas con actividad espontánea de la médula espinal se

encuentran altamente moduladas por influencias descendentes, ya que la actividad

espontánea del dorso de la médula registrada en gatos en libre movimiento, cambia

durante diferentes estados fisiológicos del animal, como lo son el sueño y la vigilia

(Levitan y cols., 1968). Por lo tanto, podría suponerse que un sistema basal de activi-

Discusión


dad que influencie a los reflejos espinales y que a su vez se encuentre modulado por

vías supraespinales, proporcionaría un sistema de control motor eficiente a nivel

segmental, probablemente influenciando a los sistemas reflejos de ciertos dominios

motores.

Ha sido propuesto que existe una sincronización entre la actividad cortical y

la actividad de grupos de neuronas en la médula espinal, particularmente durante la

realización de los movimientos. Esta sincronización de grandes grupos de células,

originaría la activación de diferentes unidades motoras sinérgicas (Conway y cols.,

1995), de tal manera que el sistema podría actuar de manera flexible. Aunado a estos

resultados, se ha propuesto que la variabilidad en la descarga de las motoneuronas es

debida tanto a factores intrínsecos (relativos a las propiedades intrínsecas de las pro-

pias motoneuronas) como a factores extrínsecos (por grupos de neuronas que poseen

influencias sobre las motoneuronas), y que la influencia de entradas comunes sobre

las motoneuronas se relaciona muy estrechamente con la variabilidad de la respues-

tas motoras, ya que existe una relación entre la sincronización de grupos de

motoneuronas y la variabilidad de sus respuestas (Nordstrom y cols., 1992). Los

grupos de neuronas con actividad espontánea del asta dorsal de la médula se encuen-

tran altamente sincronizados, ya que en registros de pares de interneuronas de esta

área se ha observado una alta correlación entre la actividad de estos pares con la

presencia de los nCDP´s espontáneos (Manjarrez y cols., 1998). Ello sugiriere que

estas neuronas con actividad espontánea se encuentran distribuidas a los largo de los

segmentos lumbares en la médula espinal y que presentan conexiones entre sí. Como

ya se ha mencionado, estos grupos de neuronas con actividad espontánea que se

Discusión


localizan en el asta dorsal de la médula, influencían la magnitud que presentan las

respuestas monosinápticas. Por lo tanto, se puede sugerir que las neuronas que gene-

ran los nCDP´s espontáneos constituyen una entrada común sincrónica sobre múlti-

ples vías reflejas, provocando de esta manera la variabilidad del reflejo. En conclu-

sión, ello explicaría el origen de las fluctuaciones de los reflejos monosinápticos. Si

estas neuronas que generan los nCDP´s espontáneos son a su vez blanco de vías

descendentes, la influencia supraespinal podría participar sinérgicamente sobre múl-

tiples unidades motoras y así hacer mas eficiente la ejecución de los movimientos.

Un concepto que se ha venido desarrollando en el sistema motor, es el del

papel que juegan las poblaciones neuronales en el control del movimiento. Tal es el

caso de las investigaciones realizadas por Georgopoulos y colaboradores (1982 y

1993), las cuales aportan información sobre la secuencia de eventos que ocurren en

la corteza motora previos a la ejecución de un movimiento voluntario. Estos investi-

gadores, usando primates entrenados para mover el brazo en cierta dirección cada

vez que una luz se encendía, encontraron que algunas neuronas corticales

incrementaban su frecuencia de descarga algunos milisegundos antes de la ejecución

del movimiento. Calculando el vector de dirección, que se obtiene sumando la acti-

vidad de estas neuronas cuando se realiza un movimiento en determinada dirección

encontraron que dicho vector es muy similar al del movimiento que realiza el prima-

te. De esta manera propusieron que antes de la ejecución de un movimiento volunta-

rio, en la corteza motora se genera una representación de la dirección del movimien-

to. La importancia de dicha contribución radica en que el vector de dirección se

obtiene mediante la suma de las actividades de las neuronas que presentan esa carac-

Discusión


terística, por lo que se podría hablar de un vector poblacional, de tal manera que la

conducta motora se encuentra determinada por la actividad de poblaciones de neuronas

y no puede ser predicha por los patrones de descarga de una sola neurona (Ghez,

1991). Estos resultados no podrían ser explicados si, en la médula espinal, no existie-

ra un sistema que modulara linealmente las vías reflejas que se activan durante la

ejecución de los movimientos. Ello en parte justifica la importancia de los resultados

de esta tesis. Además, este sistema de neuronas de la corteza motora debería actuar

de manera sinérgica, ya que el control del movimiento es el resultado de la activación

de una gran cantidad de unidades motoras que requieren la modulación sincrónica de

múltiples vías espinales. Un candidato neuronal sobre el que podrían actuar las

neuronas de la corteza motora serían las neuronas del dorso de la médula que gene-

ran los nCDP's espontáneos. Ya que como se ha mencionado forman un sistema or-

ganizado en varios segmentos espinales y su actividad influencía vías reflejas tanto

de músculos extensores como de flexores. Además, estas neuronas espinales espon-

táneamente activas reciben entradas tanto de sistemas propioespinales como de cen-

tros supraespinales, por lo que podrían constituir un sistema poblacional eficiente

para el control del movimiento.

Es importante mencionar que una demostración directa de la posible acción

presináptica y/o postsináptica, de las neuronas que generan los nCDP´s espontáneos

sobre la vía refleja monosináptica requiere del análisis de excitabilidad de fibras

aferentes, como los realizados para demostrar la selectividad del control presinápti-

co en aferentes musculares (Eguibar y cols., 1994; Quevedo y cols., 1995; Eguibar y

cols., 1997; Lomelí y cols., 1998), o bien, del análisis de la resistencia de entrada de

Discusión


las motoneuronas (Sypert y cols., 1980). Otro protocolo experimental sería el regis-

tro de pares de motoneuronas durante la ocurrencia de nCDP´s espontáneos, para

demostrar una posible acción de entradas correlacionantes. Esto podría ser tema de

trabajos posteriores, que no se ha llevado cabo en el presente trabajo, por la dificul-

tad técnica que implica. Sin embargo, nuestros datos sugieren fuertemente la partici-

pación de un mecanismo presináptico en el efecto modulador de las neuronas que

generan los nCDP's espontáneos sobre la vía refleja monosináptica, aunque no se

debe descartar la participación de un mecanismo postsináptico en la variabilidad del

reflejo monosináptico.

En base a estos hallazgos se puede suponer que la actividad espontánea de las

neuronas del asta dorsal de la médula espinal es modulada, en parte, por estructuras

supraespinales (Lindblom y Ottosson, 1956; Brust-Carmona y cols, 1969), así como

por influencia cutánea. Por lo tanto, las neuronas con actividad espontánea del asta

dorsal podrían formar parte de los circuitos neuronales responsables de aumentar o

reducir la inhibición presináptica de algunas aferentes musculares, pero no de otras,

dependiendo de que tan relevante es la información cutánea recibida para la realiza-

ción de un movimiento determinado. De esta misma forma, una reducción en la va-

riabilidad del reflejo monosináptico, podría regular los movimientos del organismo

de acuerdo no solo a información del estado del músculo, también en base a diversos

estímulos que recibe del exterior e incluso del propio estado del organismo, discrimi-

nando información que se interpreta como innecesaria para la ejecución de un movi-

miento específico. Por último, el estudio presentado en esta tesis es relevante pues

poca importancia se ha otorgado a la actividad espontánea registrada en diversas

Discusión


regiones del sistema nervioso, la cual podría tener un papel relevante en funciones

específicas y no debería ser ignorada en futuras exploraciones de procesos fisiológi-

cos.

Discusión


CONCLUSIÓN

La variabilidad en la amplitud del reflejo monosináptico es originada por la activi-

dad eléctrica de neuronas del asta dorsal que generan los nCDP's espontáneos, por

medio de acciones presinápticas (y/o postsinápticas) sobre la vía refleja aferente Ia-

motoneurona.

Conclusión


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