Los riesgos que supone la presencia de los radicales libres en los mamíferos

 Artículo redactado por Alexia Prieto Brito.

Alguna vez te has preguntado ¿por qué envejecemos? ¿Por qué las tortugas viven muchísimos más años que un ser humano? O ¿por qué hay personas que tienen algunas enfermedades y otras no? Bueno pues, aunque parezcan preguntas sin total relación, todas ellas se conectan por uno de los factores que las provoca. Ese factor es el que estudiaremos hoy aquí analizando los radicales libres, qué son y por qué son importantes para la salud. 

Comentar que en este artículo mencionamos todo en referencia al ser humano, ya que es donde más se han centrado las aplicaciones y estudios. No obstante, los datos han sido extraídos de animales de experimentación (tenéis un artículo en este mismo blog hablando de su importancia) y otros mamíferos que sufren este proceso. 

Figura 1. Molécula normal, molécula con radical libre y molécula antioxidante.

¿Qué son los radicales libres?

Los radicales libres, también conocidos como especies reactivas de oxígeno (ERO), son moléculas inestables que poseen un electrón desapareado en su capa externa. Estas moléculas son altamente reactivas y pueden dañar otras moléculas dentro del organismo humano. Aunque los radicales libres son producidos normalmente durante procesos metabólicos, como la respiración celular (podéis verla en mi canal de Youtube), cuando su producción se desequilibra, pueden generar un estrés oxidativo en el cuerpo.

El estrés oxidativo causado por los radicales libres puede afectar negativamente las funciones de los distintos órganos del ser humano. Por ejemplo, el daño oxidativo a las células del corazón puede conducir a enfermedades cardiovasculares, como la arterosclerosis. Del mismo modo, el estrés oxidativo en el cerebro puede contribuir al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y el Parkinson (articulo 1, artículo 2, artículo 3 y artículo en Microbacterium).

El envejecimiento es causado por la presencia de radicales libres

El envejecimiento de las células también está asociado a la acción de los radicales libres. Con el tiempo, la acumulación de daño oxidativo en el ADN, las proteínas y los lípidos de las células puede llevar a la disfunción de los órganos y tejidos. Este envejecimiento celular se manifiesta en arrugas, falta de elasticidad en la piel y pérdida de la función fisiológica óptima.

Figura 2. ADN siendo dañado directamente por el sol e indirectamente. Produce radicales libres.

*Tenéis mucho contenido en el canal de Youtube sobre el ADN, por si queréis profundizar.*

Enfermedades y condiciones generadas por la presencia de radicales libres o ERO

Algunas de las enfermedades y condiciones del cuerpo que se ven afectadas por estos radicales libres, según la evidencia científica son:

• Envejecimiento: El envejecimiento puede ser resultado de la activación de genes específicos durante el ciclo celular y la acumulación de lesiones orgánicas. Esto incluye una disminución de la actividad proteolítica, concentraciones bajas de antioxidantes, inactivación de enzimas detoxificadoras y acumulación de proteínas oxidadas no degradadas.

• Arterioesclerosis: La formación de placa arteriosclerótica se inicia con la captación de lipoproteínas de baja densidad (LDL) por los macrófagos y su acumulación en el espacio subendotelial. Las LDL oxidadas o productos liberados de ellas tienen mayor poder aterogénico, causando daño al endotelio y estimulando la producción de factores vasoactivos, trombóticos y de proliferación de células musculares lisas de los vasos sanguíneos.

• Cáncer: El desarrollo tumoral implica necrosis celular, crecimiento incontrolado de las células cancerosas y neovascularización del área afectada. Se ha sugerido la implicación de los ERO en el desarrollo tumoral, incluyendo el papel del humo del tabaco en el cáncer de pulmón y la estimulación del crecimiento de células musculares lisas por los ERO.

• Catarata senil: El envejecimiento del cristalino resulta en la acumulación de lesiones irreversibles causadas por radiaciones diversas. Los ERO generados en el cristalino producen entrecruzamiento, desnaturalización y degradación de las proteínas, causando la opacificación del cristalino y la formación de cataratas.

• Insuficiencia renal: Los ERO contribuyen al daño tubular en la insuficiencia renal aguda y crónica, y juegan un papel importante en la formación de la proteinuria. Los pacientes en hemodiálisis experimentan un aumento del estrés oxidativo debido a la inadecuada eliminación de los ERO.

• Tóxicos que alteran el estado redox: Algunos tóxicos, como el paraquat, aumentan la formación de ERO y causan daño celular en el riñón. Otros tóxicos, como el rhein, también aumentan la producción de ERO y causan hepatotoxicidad.

• Diabetes mellitus: Los altos niveles de glucosa en la diabetes causan glicosilación no enzimática de proteínas, alterando su estructura y función. Además, la autooxidación de azúcares produce especies de RLO, especialmente en presencia de metales de transición. El estrés oxidativo en los diabéticos no sólo se relaciona con la producción de RLO, sino también con la disminución de antioxidantes. La vía del poliol podría ser un mecanismo clave en la alteración de células afectadas por complicaciones diabéticas. (ya os hable de diabetes en Microbacterium y en videos de Youtube)

• Hipertensión arterial (HTA): La HTA puede considerarse un resultado sistémico de las lesiones causadas por RLO. Los antioxidantes y los rastrillos de RLO son una nueva posibilidad de tratamiento para las manifestaciones patológicas y bioquímicas de la HTA. Además, se ha encontrado un aumento de la peroxidación de lípidos y una disminución de la capacidad antioxidante en los pacientes hipertensos. La HTA predispone a acelerar la arterosclerosis debido al estrés oxidativo en los vasos arteriales (hemos hablado de hipertensión en el canal de youtube por si queréis profundizar más).
  
  
• Cirrosis, insuficiencia hepática y hepatopatía alcohólica: En las enfermedades hepáticas, la presión portal no está determinada únicamente por las alteraciones en el hígado y el flujo sanguíneo esplácnico. La peroxidación lipídica por RLO puede elevar la presión portal en pacientes con cirrosis y también puede estar involucrada en el desarrollo de hemorragias agudas por varices. La producción de RLO y la disminución de antioxidantes están relacionadas con el daño hepático inducido por el alcohol.
  
  
• Otros procesos implicados: Además de las enfermedades mencionadas, el estrés oxidativo causado por RLO está implicado en una variedad de enfermedades como reoxigenación o reperfusión, desmielinización, distrofia muscular, artritis, inflamación, enfisema pulmonar, amiloidosis, colagenosis, colitis ulcerosa, demencia senil, displasia broncopulmonar, enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson, entre otras.

Como os podréis imaginar, esta lista abarca muchas de las enfermedades graves, asociadas en muchos casos al envejecimiento también. No obstante, sin duda muchas de estas enfermedades como el envejecimiento, el cáncer, nos afecta a todos, e investigar sobre ello, también nos da conocimiento y abre nuevos caminos hacía nuevas terapias.

¿Cómo se puede combatir la presencia de radicales libres en el organismo humano?

Afortunadamente, existen varias formas de combatir la proliferación de radicales libres y reducir el daño oxidativo en el organismo humano. Una de las estrategias más eficaces es consumir una dieta rica en antioxidantes. Los antioxidantes son sustancias que neutralizan los radicales libres y ayudan a prevenir el estrés oxidativo. Algunos ejemplos de alimentos ricos en antioxidantes son las frutas y verduras frescas, como las bayas, los cítricos, el brócoli y las espinacas.

Figura 3. Cómic explicando que ocurre con un radical libre en el organismo.

Además de una alimentación saludable, es importante mantener un estilo de vida activo. El ejercicio regular puede ayudar a reducir el estrés oxidativo al aumentar la producción de enzimas antioxidantes en el cuerpo. Además, dormir lo suficiente y reducir el estrés también son factores cruciales para combatir la proliferación de radicales libres.

El uso de suplementos antioxidantes reduce su proliferación

La suplementación con antioxidantes también puede ser beneficiosa en algunos casos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el exceso de antioxidantes puede ser contraproducente y dificultar la función normal de los radicales libres, que también tienen un papel importante en algunos procesos fisiológicos. Por lo tanto, es crucial hablar con un profesional de la salud antes de comenzar cualquier régimen de suplementación.

Niveles bajos de selenio están relacionados con ciertos tipos de cáncer, como los de colon, recto, próstata, mama, leucocitos, piel e hígado. Los suplementos de selenio son recomendables en individuos de alto riesgo tumoral. La carencia de selenio en ciertas localizaciones geográficas puede causar una miocardiopatía endémica, pero se ha demostrado que los suplementos de selenio en la dieta reducen la incidencia de la enfermedad. Factores nutricionales, como el estrés oxidativo y los antioxidantes, pueden influir de manera negativa o positiva en diferentes áreas geográficas.

El betacaroteno es un antioxidante que se transforma en vitamina A en el intestino. Hay resultados contradictorios en cuanto a su papel en la salud. Se ha encontrado que un mayor consumo de betacaroteno reduce el riesgo de infarto agudo de miocardio, especialmente en fumadores. También se ha observado un menor riesgo de cáncer de pulmón en aquellos que consumen más carotenoides. Sin embargo, los suplementos de betacaroteno no han demostrado ser efectivos en la prevención de enfermedades cardiovasculares y cáncer.

La vitamina C es hidrosoluble y tiene propiedades antioxidantes. Se ha sugerido que puede tener efectos anticancerígenos y protector es frente al humo del tabaco y la invasión tumoral. Sin embargo, los resultados en cuanto a su relación con la enfermedad cardiovascular no son consistentes. Algunos estudios han encontrado una menor mortalidad coronaria en aquellos que consumen vitamina C, mientras que otros no han encontrado diferencias significativas. Los ensayos clínicos tampoco han demostrado un efecto beneficioso en la prevención de enfermedades cardiovasculares.

Figura 4. Imagen de las vitaminas A, E y C extraídas de algunos alimentos. 

*Tenéis más información sobre las vitaminas y su importancia en el canal de Youtube*

La vitamina E es un antioxidante que puede ser terapéutico en la formación de ateromatosis. Se ha observado una relación inversa entre los niveles de vitamina E y eventos cardiovasculares negativos, pero los resultados no son consistentes. Los estudios clínicos en la prevención primaria y secundaria de enfermedades cardiovasculares no han demostrado ser eficaces. En pacientes con insuficiencia cardíaca y daño hepático por el alcohol, la vitamina E ha mostrado algunos resultados clínicos favorables.

Algunos fármacos, como el carvedilol y los inhibidores de la enzima conversora de angiotensina, tienen efectos antioxidantes y son eficaces en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca. El probucol, un hipolipemiante con efecto antioxidante, ha demostrado reducir la tasa de reestenosis en angioplastias coronarias. Una dieta baja en proteínas y suplementada con vitaminas A, C y E, y aminoácidos y cetoácidos puede proteger contra la oxidación de los lípidos y preservar la función renal en pacientes con enfermedad renal crónica. El aceite de pescado tiene efectos beneficiosos similares a la vitamina E en pacientes en hemodiálisis. La N-acetilcisteína oral ha demostrado ser eficaz en la prevención del deterioro de la función renal en pacientes con insuficiencia renal crónica.

Las claves son llevar una vida menos sedentaria y una dieta equilibrada

La práctica regular de actividad física tiene efectos beneficiosos en la salud cardiovascular. Aumenta la actividad de los sistemas antioxidantes endógenos, disminuye la oxidación de las LDL, mantiene el equilibrio hemostásico y mejora la función de los vasos sanguíneos. Se recomienda la práctica regular de actividad física como medida de prevención primaria y secundaria de enfermedades cardiovasculares.

Conclusiones

Los radicales libres nos han permitido ver, el proceso del estrés oxidativo celular, así como muchas de sus implicaciones en los organismos vivos. Estos son los que nos delimitan en parte la vida, ya que el envejecimiento concluye lentamente con la vida. No obstante, es parte del ciclo de la vida, como nos enseñaron ya también en películas como el Rey León.

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28. Anselmo Puerta-Ortiz, Javier Morales-Aramburo. 2020. Efectos biológicos de las radiaciones ionizantesBiological effects of ionising radiation. Revista Colombiana de Cardiología. Volume 27. Supplement 1. Pages 61-71

29. Figura 1. Imagen extraída de: https://www.istockphoto.com/es/search/2/image-film?phrase=radicales+libres

30. Figura 2. Imagen extraída de: Anselmo Puerta-Ortiz, Javier Morales-Aramburo. 2020. Efectos biológicos de las radiaciones ionizantesBiological effects of ionising radiation. Revista Colombiana de Cardiología. Volume 27. Supplement 1. Pages 61-71

31. Figura 3. Imagen extraída de: https://rebeautys.com/2014/10/07/los-radicales-libres-y-los-antioxidantes/

32. Figura 4. Imagen extraída de: https://www.kernpharma.com/es/blog/vitaminas-c-y-e-imprescindibles-para-nuestra-salud

Podéis descubrir otros animales y más artículos relacionados en este Glosario de zoología y paleozoología; y el glosario de biología.

Artículo editado por Ana María Morón Usero, creadora de Ammu Neuroscience and Biology.

Podéis leer muchos más conceptos y artículos desde el Glosario de Biología.

Más sobre la autora:

Alexia Prieto Brito es Licenciada en Comunicación Social con formación en Redacción, SEO, Copywriting, Marketing Digital, Fotografía, Diseño y Community Manager.

Ha colaborado con el proyecto de Ammu Neuroscience and Biology, proyecto que intenta acercar la ciencia a la gente. Os animamos a leer los post de química, donde aprenderéis mucho sobre la ciencia, la tabla periódica y un largo etcétera. 

Que la ciencia y la fuerza os acompañe.

Con una precisión del 90%, ya existe un test innovador que perfila el futuro de la detección del Parkinson

Artículo redactado por Alexia Prieto Brito.

Un test de sangre sencillo está revolucionando el camino hacia la detección temprana del Parkinson. Este novedoso test, desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford, ha demostrado una sorprendente precisión del 90%. No solo ofrece la posibilidad de un diagnóstico temprano, sino que también es capaz de diferenciar entre aquellos con bajo riesgo, controles sanos y aquellos con alto riesgo de desarrollar la enfermedad.

La importancia de los estudios tempranos sobre el Parkinson

El Parkinson se ha convertido en una preocupación importante debido a su naturaleza degenerativa. Según la Sociedad Española de Neurología, es la segunda enfermedad neurodegenerativa más diagnosticada en el país, después del Alzhéimer. Sin embargo, lo que realmente preocupa es su creciente incidencia. Se estima que esta se duplicará en los próximos 20 años y se triplicará para el año 2050. Ante esta perspectiva, la detección temprana se vuelve fundamental.

La complejidad del Parkinson radica en que sus síntomas a menudo tardan en manifestarse o se confunden con otros problemas de salud. Sin embargo, este método revolucionario ofrece una solución clara para sortear estas dificultades. Al identificar la presencia de la alfa-sinucleína en las vesículas celulares nerviosas circulantes, se abre una ventana de oportunidad para un diagnóstico temprano y preciso.

Aún la ciencia no tiene una cura para el Parkinson

A pesar de que la ciencia aún no ha encontrado una cura para el Parkinson, es importante tener en cuenta que la detección temprana juega un papel determinante en el manejo de esta enfermedad. Anticiparse a los síntomas, comprender la magnitud del problema y establecer estrategias de tratamiento personalizadas son aspectos fundamentales que pueden mejorar significativamente el pronóstico de los pacientes. Este avance no solo se trata de una herramienta de diagnóstico, sino que también brinda esperanza a aquellos que podrían enfrentarse a esta condición en el futuro.

Sin embargo, es importante resaltar que incluso un sencillo examen de sangre puede ser capaz de detectar los riesgos futuros de sufrir Parkinson. En un estudio reciente, se encontró que este método no solo identifica la presencia de la proteína alfa-sinucleína en las vesículas extracelulares neuronales, sino que también logra una precisión del 90% al distinguir entre diferentes niveles de riesgo. Esto significa que el sistema no solo puede detectar la enfermedad, sino que también puede clasificar a los individuos según su probabilidad de desarrollarla, marcando un avance sin precedentes en la personalización de la atención médica.

Un test que todavía está en fase de prueba, pero con resultados sorprendentes hasta ahora

Aunque aún se encuentra en fase de prueba, los investigadores muestran un optimismo cautivador acerca de la implementación sistemática de este nuevo método en clínicas. Visualizan un futuro en el que este test, en complemento con los métodos ya existentes como cuestionarios y evaluaciones clínicas, pueda convertirse en una herramienta integral para identificar a pacientes en los primeros estadios de la enfermedad de Parkinson.

La verdadera promesa que este nuevo método nos ofrece se encuentra en la posibilidad de iniciar intervenciones tempranas en aquellos pacientes identificados en riesgo, modificando y ralentizando el curso de la enfermedad. Este enfoque preventivo no solo nos permitiría realizar diagnósticos más precisos, sino también brindar estrategias de tratamiento adaptadas a las necesidades individuales de cada paciente.

El futuro está en el desarrollo de la medicina preventiva

La medicina preventiva nos presenta avances constantes y sorprendentes. Imagina por un momento la posibilidad de saber si en el futuro enfrentarás la enfermedad de Parkinson con tan solo un análisis de sangre. ¿Parece ciencia ficción? Pues bien, es una realidad emocionante que estamos a punto de explorar juntos.

Este revolucionario método promete cambiar la forma en que abordamos la detección temprana de enfermedades. Prepárate para descubrir cómo un simple análisis sanguíneo puede ser clave para anticiparnos al Parkinson y cuidar de nuestra salud de manera más inteligente. No te pierdas esta emocionante travesía hacia el futuro de la medicina.

Imagina un mundo en el que la compleja enfermedad neurodegenerativa del Parkinson pueda ser detectada con una simple muestra de sangre. No es ciencia ficción, sino la emocionante realidad que la ciencia nos presenta hoy.

Descifrando el acertijo: la alfa-sinucleína como clave en la detección del Parkinson

En el intrincado entramado del organismo humano, la alfa-sinucleína se presenta como una pieza fundamental y, a la vez, desafiante. Esta proteína, que se encuentra en gran cantidad en los glóbulos rojos de la sangre, constituye el 99% de su composición. No obstante, el verdadero desafío radicaba en diferenciar y aislar la fracción de alfa-sinucleína relacionada con los procesos del sistema nervioso, un paso esencial para el desarrollo de un innovador sistema de detección del Parkinson.

Este revolucionario método se enfoca en aislar las vesículas extracelulares, estructuras liberadas por las células de forma natural, que actúan como "contenedores" de diversas sustancias expulsadas hacia el exterior. Su particularidad radica en que estas vesículas provienen de células nerviosas que circulan en la sangre, lo cual las convierte en portadoras de información crucial sobre la salud del sistema nervioso.

Todo un proceso científico

El proceso, meticulosamente diseñado, se concentra en medir el contenido de alfa-sinucleína presente en estas vesículas extracelulares. La clave reside en diferenciar y cuantificar esta proteína específica, separándola del mar de alfa-sinucleína que se encuentra en el torrente sanguíneo.

Los resultados son reveladores. En pruebas realizadas a 365 pacientes con Parkinson y 282 individuos sanos, aquellos con un riesgo elevado de padecer la enfermedad (con hasta un 80% de probabilidad) exhibieron un notable incremento duplicado en los niveles de alfa-sinucleína en las vesículas extracelulares neuronales.

Este prometedor descubrimiento no solo valida la eficacia del método, sino que también sugiere que los niveles elevados de esta proteína específica podrían ser un indicativo de un mayor riesgo de desarrollo de la enfermedad.

La importancia de la proteína alfa-sinucleína en la detección temprana del Parkinson

Una nueva era en la detección del Parkinson: un revolucionario método basado en la detección de la proteína alfa-sinucleína en vesículas celulares nerviosas circulantes en la sangre del paciente promete cambiar la forma en que diagnosticamos y tratamos esta enfermedad neurodegenerativa.

En la incansable búsqueda de herramientas que nos permitan adelantarnos a la manifestación clínica del Parkinson, un equipo de investigadores de la prestigiosa Universidad de Oxford ha logrado un avance sin precedentes. Su último estudio, publicado en la reconocida revista JAMA Neurology, revela un emocionante desarrollo: la creación de un novedoso test de sangre diseñado para mejorar la detección temprana de esta devastadora enfermedad.

Una nueva esperanza en la detección temprana

El Parkinson, caracterizado por el deterioro progresivo de las células cerebrales productoras de dopamina, supone un desafío único para la comunidad médica. Debido a la reserva cerebral de esta importante molécula, cuando los síntomas aparecen y los pacientes buscan atención médica, ya se ha producido una pérdida significativa de aproximadamente el 60% de estas neuronas. En este punto, la restauración de los circuitos neuronales se convierte en una tarea excepcionalmente difícil.

Sin embargo, surgen esperanzas a partir de un descubrimiento intrigante: estudios recientes indican que los primeros indicios de la enfermedad pueden manifestarse más de diez años antes de que los síntomas se manifiesten clínicamente. Es en este intervalo crítico que el equipo de investigación de Oxford ha decidido centrar sus esfuerzos, explorando la viabilidad de detectar la presencia de proteínas alfa-sinucleína, moléculas clave en la génesis del Parkinson y candidatas ideales para actuar como biomarcadores de su progresión.

Imagen de diagnóstico preventivo mediante neuroimagen.

Un simple examen de sangre y sabrás si corres el riesgo de sufrir de esta enfermedad en el futuro

Este nuevo test de sangre brinda una oportunidad única para observar la evolución de la enfermedad antes de que sus síntomas característicos se hagan evidentes. Al detectar la presencia de las proteínas de alfa-sinucleína, se abre la posibilidad de identificar el Parkinson en sus etapas más tempranas, mucho antes de que la pérdida neuronal alcance niveles críticos. Este avance no solo representa una herramienta de diagnóstico, sino también la promesa de un futuro en el que podamos intervenir y ofrecer tratamientos eficaces en las primeras fases de la enfermedad.

La importancia de poder detectar el Parkinson en sus primeras etapas no puede subestimarse. Esto permitiría a los médicos actuar de manera proactiva, brindando a los pacientes opciones de tratamiento más efectivas y mejorando su calidad de vida. Además, esta nueva tecnología podría abrir la puerta a la investigación de terapias y enfoques innovadores para combatir esta enfermedad debilitante.

Permitirá a los pacientes en riesgo tomar medidas

El nuevo test de sangre desarrollado por el equipo de investigación de la Universidad de Oxford marca un hito en la medicina preventiva. Al ofrecer una precisión cercana al 90% en la detección de la proteína alfa-sinucleína, este revolucionario avance nos acerca un paso más a la posibilidad de diagnosticar y tratar el Parkinson en sus etapas más tempranas. Es el comienzo de una nueva era en la lucha contra esta enfermedad neurodegenerativa y abre la puerta a un futuro prometedor para los millones de personas afectadas en todo el mundo.

Conclusiones

Los avances en ciencia y en investigación nunca dejan de sorprendernos. No obstante, en enfermedades como el Parkinson aún más. Estos datos y esta visión se complementada con los blogs anteriores que ya vimos sobre el Parkinson: ¿Qué es el Parkinson?, la biología celular y molecular del Parkinson y tratamiento en el Parkinson.

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6. Imagen extraída de: https://pix4free.org/photo/15620/parkinsons-disease.html
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Artículo editado por Ana María Morón Usero, creadora de Ammu Neuroscience and Biology.

Podéis leer más en el glosario de neurociencia.

Más sobre la autora:

Alexia Prieto Brito es Licenciada en Comunicación Social con formación en Redacción, SEO, Copywriting, Marketing Digital, Fotografía, Diseño y Community Manager.

Ha colaborado con el proyecto de Ammu Neuroscience and Biology, proyecto que intenta acercar la ciencia a la gente.

Mi trabajo fin de máster en fascículos. Introducción y resumen.

Localización neuroanatómica de los sistemas catecolaminérgicos y serotoninérgicos de los peces no teleósteos del género Lepisosteus (Superorden Ginglymodi)

Resumen: 

Los peces lepisosteiformes son un grupo de peces Actinopterigios actualmente considerado como el grupo externo de Halecomorphi y Teleostei, y representan un grupo muy interesante para el estudio de los rasgos evolutivos modificados, perdidos o mantenidos en la filogenia de peces, siendo un grupo muy próximo a los peces teleósteos. Los sistemas catecolaminérgicos (CA) y serotoninérgicos (5-HT) en el sistema nervioso se encuentran entre los más importantes y conservados en los sistemas de neurotransmisión analizados en la mayoría de los grupos de vertebrados. Por ello, este trabajo proporciona la primera descripción neuroanatómica completa y detallada de la estructuras CA y 5-HT en el encéfalo de dos especies representativas del género: L. platyrhincus y L. oculatus, usando técnicas inmunohistoquímicas indirectas en campo claro y en fluorescencia. Se observaron diferentes grupos de células CA-ir y 5-HT-ir en el prosencéfalo con especial relevancia en el área preóptica y diferentes regiones hipotalámicas (núcleo supraquiasmático, regiones retrotuberal y retromamilar, órgano paraventricular) y diencefálicas (pretálamo, tubérculo posterior, epífisis, pretecho), mientras que en el mesencéfalo solo se observó una notable inervación de ambos marcadores. El rombencéfalo también presenta poblaciones celulares en los núcleos del rafe y el núcleo del tracto solitario, así como neuronas ventrales al canal central de la médula espinal. En la retina también se observaron subpoblaciones distintas de neuronas amacrinas. Finalmente, comparando estos resultados con los de otras clases de peces y vertebrados se muestran numerosos rasgos comunes, y también características específicas muy peculiares, como la ausencia de un núcleo análogo al locus coeruleus en el rombencéfalo rostral.

Abstract: 

The gars are a group of Actinopterygian fishes currently considered as the external group of Halecomorphi and Teleostei, and represent a very interesting group for the study of evolutionary traits modified, lost or maintained in the phylogeny of fish, being a group close to the teleost fishes. Catecolaminergic (CA) and serotoninergic (5-HT) systems in the brain are among the most important and conserved in the neurotransmission systems analyzed in most vertebrate groups. Thus, this work provides the first complete and detailed neuroanatomical description of the CA and 5-HT structures in the brain of two representative species of the genre: L. platyrhincus and L. oculatus, indirect immunolabeling in bright field and fluorescence. Different groups of CA-ir and 5-HT-ir cells were observed in the forebrain with special relevance in the preoptic area and different hypothalamic regions (suprachiasmatic nucleus, retrotuberal and retromamilar regions, paraventricular organ) and diencephalic (pretálamic, posterior tuber, epiphysis, pretectum), while in the mesencephalon only a remarkable innervation of both markers was observed. The rhombencephalon also presents cellular populations in the nuclei of the raphe and the nucleus of the solitary tract, as well as neurons ventral to the central canal of the spinal cord. In the retina, different subpopulations of amacrine neurons were also observed. Finally, comparing these results with those of other kinds of fish and vertebrates, numerous common traits are shown, also relevant differences like the absence of a cell population in the rostral rhombencephalon similar to the locus coeruleus.

Palabras clave: 

evolución, pejelagartos, serotonina (5-HT), tirosina hidroxilasa (TH), catecolaminas (CA)

Introducción: 

En el presente trabajo se pretende localizar neuroanatómicamente los sistemas neuronales monoaminérgicos: catecolaminas (CA) e indolaminas, en el sistema nervioso central (SNC) de peces no teleósteos del género Lepisosteus, para poder realizar un análisis comparativo a nivel evolutivo. Por tanto, es esencial conocer los antecedentes de ambos sistemas de neurotransmisión y la filogenia de este género de peces dentro de los peces Actinopterigios. La organización neuroanatómica de las monoaminas ha sido estudiada clásicamente en el SNC en los principales taxones de vertebrados, y se han propuesto las relaciones filogenéticas entre ellos en el encéfalo (Smeets y González, 2000; O'Connell y Hofmann, 2011). De esta forma, este trabajo se centra en el estudio de un pequeño grupo de peces, ya que este grupo constituye la mayor diversidad de vertebrados con más de 28.000 especies clasificadas en: Agnatos (peces sin mandíbula, 108 especies), Condrictios (peces cartilaginosos; aproximadamente 970 especies), Actinopterigios (peces con aletas radiadas, incluidos los teleósteos, alrededor de 27.000 especies diferentes) y Sarcopterigios (peces con aletas lobuladas, 8 especies). A pesar de que el sistema monoaminérgico ha sido ampliamente estudiado en el SNC de la mayoría de los grupos principales de peces, no existen datos precisos y completos acerca de la distribución de estos sistemas de neurotransmisión en el SNC de los holósteos, un pequeño grupo de peces actinopterigios no teleósteos. Por tanto, en este trabajo se realizará la detección y la localización neuroanatómica de los sistemas CA y 5-HT de peces primitivos no teleósteos del género Lepisosteus, aportando nueva información hasta ahora fragmentada e incompleta. Los peces comúnmente conocidos como pejelagartos (gars en inglés), que se usan en este trabajo son los Lepisosteus un género del superorden Ginglymodi, en donde se han realizado estudios neuroquímicos previos (López et al., 2012, 2013, 2016). 

Figura 1. a. Cladograma del grupo de peces Holósteos como el grupo hermano de los peces Teleósteos y la relación con otros peces Actinopterigios (López et al., 2016). b. Vista lateral del pejelagarto L. platyrhnicus. c. Vista lateral del pejelagarto L. oculatus (NANFA, 2008).

Actualmente, este género está clasificado como el grupo externo de Halecomorphi y Teleostei en la radiación Actinopterigia (ver Fig. 1). En este proyecto, concretamente se estudiará a las especies Lepisosteus platyrhincus (L.p.) y Lepisosteus oculatus (L.o.) (Superorden Ginglymodi, Familia Lepisosteidae). Estos peces aparecen hace aproximadamente 275 millones de años (ma); siendo identificados evolutivamente como un grupo cercano a los peces teleósteos, y actualmente catalogados por su pequeña distribución y sus características fisiológicas como fósiles vivientes. Esta familia formada por 2 géneros, Atractosteus (con 3 especies vivientes) y Lepisosteus (con 4 especies vivas en la actualidad), es importante para entender la evolución del SNC, así como su neuroanatomía en los peces actinopterigios (ver Fig. 2), en estos clásicos sistemas de neurotransmisión de las monoaminas. Por su modo de vida, y sus características fisiológicas Lepisosteus es un depredador con un sentido del olfato agudo y dientes aserrados con una boca alargada para la caza (ver Fig. 1). Los estudios previos, determinaron en otros miembros del mismo género, sus características neuroanatómicas básicas destacando por su telencéfalo evertido y su asimetría habenular (Lauder y Liem, 1983). En el encéfalo de los vertebrados, las catecolaminas son esenciales porque modulan numerosas funciones en el SNC, en donde se encuentran participando en funciones como motivación, recompensa, ciclo vigilia-sueño, sistemas sensoriales y motores, y reproducción (Joshua et al., 2009; Ferrucci et al., 2013). Además, están relacionados con algunos trastornos psiquiátricos y neurológicos, como la enfermedad de Parkinson en los humanos (Fields et al., 2007). Las CA realizan su biosíntesis a través de la enzima tirosina hidroxilasa (TH), ya que su actividad es la que produce a partir de tirosina, la biosíntesis de dihidroxifenilalanina (DOPA), siendo este el precursor de las catecolaminas: dopamina, noradrenalina y adrenalina. Este sistema está ampliamente distribuido, en todos los sistemas nerviosos a través de la filogenia de vertebrados, conformando grupos celulares de neuronas principales en casi todas las principales regiones del SNC presentando proyecciones a otros puntos del encéfalo y la médula espinal (Smeets y González, 2000). El sistema catecolaminérgico ha sido muy estudiado por diversos autores, siendo muchos de esos estudios llevados a cabo en la mayoría de los grupos de peces (Kaslin y Panula, 2001; Yamamoto et al., 2011; Carrera et al., 2012; Karoubi et al., 2016), pero no han sido estudiados con modernas técnicas inmunohistoquímicas en el grupo de peces holósteos del género Lepisosteus. Previamente se ha realizado la localización neuroanatómica de CA y 5- HT en peces pulmonados y polipteriformes, utilizando inmunohistoquímica, como en la mayoría de los estudios comparativos de este sistema en vertebrados (López y González, 2014, 2015), junto con esto aparecen los estudios previos realizados por los mismos autores, del doble inmunomarcaje para TH – ChAT, TH – ND (enzima sintasa de óxido nítrico, NOS) o ChAT - 5- HT (López et al., 2013, 2016, 2017) para ayudar en la identificación de la ubicación de las estructuras de estos sistemas monoaminérgicos, dentro del SNC poco conocido de estos peces. Los resultados de estos estudios permitieron determinar estas organizaciones comparables a las de los tetrápodos, que evolucionaron de un pariente cercano extinguido de pez pulmonado, siguiendo el modelo neuromérico (López y González, 2017) que ahora ha sido validado para la mayoría de los vertebrados (prosencéfalo: Puelles y Rubenstein, 2015; tronco encefálico: Straka et al., 2001).

Figura 2. Vista del encéfalo de gar manchado (L. oculatus) y vista lateral de cerebro del gar de Florida (L. platyrhincus) (López et al. 2016). a. Vista dorsal del encéfalo de L.o. b. Vista ventral del encéfalo de L.o. c. Vista lateral del encéfalo de L.o. d. Vista lateral del encéfalo de L.p. Diseccionados tras la fijación transcardial para preservar las principales divisiones de su SNC. VER ANEXO PARA LAS SIGLAS.

Por otro lado, un neurotransmisor monoaminérgico clásico y destacado también, es el grupo de las indolaminas, al cual pertenece la serotonina o 5-hidroxitriptamina (5-HT), por su amplia distribución cerebral y por ser sistemas conservados, a lo largo de la evolución del mismo, como ocurría con los CA. Las neuronas serotoninérgicas se han descrito y localizado en mamíferos en el tronco encefálico, desde donde inervan casi todas las partes del SNC. Esta amplia distribución de fibras 5-HT se relaciona con la actividad motriz, estado de ánimo, ciclo sueño-vigilia, agresividad, miedo, apetito, función vascular, nocicepción y comportamiento sexual (Jacobs et al., 2009). La distribución de la serotonina se ha estudiado en una gran variedad de vertebrados, especialmente se realizaron en mamíferos, mediante técnicas de inmunohistoquímica, así como previamente mediante la fluorescencia inducida por formaldehído (FIF), manteniéndose un patrón muy conservado en todos los vertebrados (Baker et al., 1991). Además, numerosos estudios demostraron que en muchos amniotas, se mantiene la distribución y localización, particularmente en anfibios (Corio et al., 1992), peces con aletas radiadas (Lillesaar, 2011), peces cartilaginosos (Carrera et al., 2008) y peces sin mandíbula (Antri et al., 2006). Por tanto, desde un punto de vista evolutivo, el sistema serotoninérgico es uno de los más conocidos y preservados en el SNC (Adrio et al., 1999; Antri et al., 2006; Abalo et al., 2007; Lillesaar, 2011; López y González., 2013, 2015). Entre los vertebrados, el sistema serotoninérgico del encéfalo de los peces destacó debido a su temprana implicación en el control de diversas funciones hipofisarias, y por el conocimiento de la distribución anatómica de las células y las fibras de 5-HT en diferentes grupos de peces (Lillesaar, 2011). El género Lepisosteus presenta antecedentes de información aún limitada o ausente con respecto a otros peces óseos. Algunos trabajos previos en este campo, estudiaron las estructuras en el encéfalo de L. osseus mediante histoquímica de fluorescencia (Parent y Northcutt, 1982). Así mismo, los estudios dónde se informó de la localización inmunohistoquímica de 5- HT y neuropéptidos en la médula espinal caudal de L. platyrhinchus, L. osseus y L. platostomus (Onstott y Elde, 1986). O también, los trabajos realizados en L. productus, estudiando el sistema serotoninérgico, describiendo e identificando algunos conjuntos de fibras o núcleos, pero son imprecisos e incompletos neuroanatómicamente (Chiba y Oka, 1999; Abalo et al., 2007). Por tanto, en este trabajo se estudiará la adecuada identificación y la precisa localización neuroanatómica de las monoaminas, en estos pejelagartos que hasta ahora solo se han estudiado incompletamente y en estudios muy fragmentados. Así como las analogías con otros grupos de vertebrados desde una perspectiva evolutiva usando el paradigma segmental del modelo neuromérico (Puelles y Rubenstein, 2015).

ANEXO:

Abreviaturas: ac, comisura anterior; aCb, aurícula del cerebelo; Cb, cerebelo; cc, canal central; cCb, cuerpo del cerebelo; DC, zona central del área telencefálica dorsal; Dd, zona dorsal del área telencefálica dorsal; DF, funículo dorsal; dh, asta dorsal; Dl, zona lateral del área telencefálica dorsal; Dld, zona dorsolateral del área telencefálica dorsal; Dm, zona medial del área telencefálica dorsal; Dlv, zona ventrolateral del área telencefálica dorsal; E, epífisis; em, eminencia media; flm, fascículo longitudinal medial; fr, fascículo retroflexo; gc, gris centralis; GCL, capa de células ganglionares de la retina; gl, capa glomerular del bulbo olfatorio; Hb, habénula; Hyp, hipófisis; igl, capa granular interna del bulbo olfativo; III, tercer ventrículo; inf, infundíbulo; INL, capa nuclear interna de la retina; Ip, núcleo interpeduncular; IPL, capa plexiforme interna de la retina; Ipn, neuropilo interpeduncular; Is, zona incerta; IV, cuarto ventrículo; IXm, núcleo motor glosofaríngeo; LDT, área tegmental laterodorsal; LF, funículo lateral; Lih, lóbulo hipotalámico inferior; L.o., Lepisosteus oculatus; L.p., Lepisosteus platyrhincus; lr, receso hipotalámico lateral; M, región hipotalámica mamilar; MC, Células de Mauthner; Med, médula espinal; MCa, axones de las células de Mauthner; mv, ventrículo mesencefálico; nII, nervio óptico; Nsol, núcleo del tracto solitario; nV, nervio trigémino; ob, bulbo olfatorio; oc, quiasma óptico; ONL, capa nuclear externa de la retina OPL, capa plexiforme externa de la retina; ot, tracto óptico; OT, techo óptico; p1-p3, prosómeros; Pa, área hipotalámica paraventricular; pc, comisura posterior; POA, área preóptica; PT, pretecho; PTh, pretálamo; PVO, órgano paraventricular; r0-r8, rombómeros; Rai, núcleo del rafe inferior; Ram, núcleo del rafe medio; Ras, núcleo del rafe superior; Rhom, rombencéfalo; Ri, núcleo reticular inferior; RM área hipotalámica retromamilar; RTu, área hipotalámica retrotuberal; sac, estrato álbum centralis; SC, núcleo supraquiasmático; SCc, nucleo supraquiasmático caudal; sco, órgano subcomisural; sfgs, estrato fibroso y gris superficial del mesencéfalo; sg, capa granular del cerebelo; sgc, sustancia gris compacta; sm, capa molecular del cerebelo; so, estrato óptico del techo mesencefálico; sol, tracto solitario; Spa, área hipotalámica subparaventricular; spv, capa periventricular del tectum mesencefálico; Tegm, área tegmental mesencefálica; Tel, telencéfalo; Th, tálamo; Tl, torus longitudinalis; Tor, torus semicircularis; TP, núcleo del tubérculo posterior; Tu, región hipotalámica tuberal; Vd, parte dorsal del área telencefálica ventral; VF, funículo ventral; vh, asta ventral; VI, núcleo abducens; VIIm, núcleo motor del nervio facial; VIIIa, área octavolateral anterior; VIIIi, área octavolateral intermedia; VL, zona lateral del área telencefálica ventral; Vm, núcleo motor del nervio trigémino; Vp, núcleo posterior del área telencefálica ventral; V, ventrículo; Vv, zona ventral del área telencefálica ventral; Xm, núcleo motor del nervio vago.

Hasta aquí por hoy, el mes que viene tendremos más con los materiales y métodos.

Vuestra divulgadora científica con mis cuentas de Ammu Neuroscience and Biology. Artículo de Ana María Morón Usero.

Podéis leer más en este glosario de biología.

Gracias por leer. Que la ciencia y la fuerza os acompañe.