2014 - B COD. 304521331

Universidad de Guadalajara

Centro Universitario de Ciencias de la Salud

Doctorado en Farmacología

Departamento de Fisiología

“ANESTESICOS LOCALES”

Biol. Siordia Sánchez, Victor Hugo

Ph.D. Islas Carbajal, María Cristina

Farmacología Molecular

Guadalajara, Jalisco. 25 de noviembre de 2014

INTRODUCCION.

La anestesia local consiste en el bloqueo de los impulsos nerviosos con el fin de suprimir la sensación. Los agentes empleados pertenecen al grupo de los aminoésteres o las aminoamidas; la aplicación en concentraciones suficientes impide la conducción de los impulsos eléctricos en las membranas de los nervios y músculos del sitio de acción. Además; pueden inhibir varios receptores, aumentar la liberación de glutamato y deprimir la actividad de algunas vías de señalización intracelular. La administración sistémica de anestesia local puede acompañarse de alteraciones funcionales cardiacas, musculares o de transmisión en el SNC y SNP. Pueden suprimir la sensación en diversas zonas del cuerpo tras la aplicación tópica, inyección proximal a terminaciones nerviosas o troncales; otras su instilación en el espacio subaracnoideo o epidural. La toxicidad puede ser local o sistémica.

Métodos de inducción: Por trauma mecánico, temperatura baja, anoxia, irritantes químicos, agentes neuroliticos (alcohol – fenol) y agentes químicos (anestésicos locales).

FARMACOLOGIA.

Química.

La molécula típica de anestésico local, como lidocaína o procaína, contiene una amina terciaria unida por una cadena intermedia a un anillo aromático sustituido. La cadena siempre contiene una unión éster o amida. El anillo aromático proporciona carácter lipofílico y el amino una relatividad hidrofilica (Fig. 1) (Tab. 2).

Relaciones estructura-actividad y propiedades fisicoquímicas.

La potencia intrínseca y la duración de la acción depende claramente de ciertas características moleculares como: el equilibrio hidrofilico-lipofilico, la concentración del ion hidrogeno, la pK, el pH (tanto del medio como del fármaco) (Tab.1).

Las características generales de la anestesia dependen de: la potencia anestésica (determinada principalmente por la lipofilia de la molécula y el influido, también por el poder vasodilatador y de redistribución hacia los tejidos y las propiedad intrínseca de cada anestésico local); la duración de acción (relacionada primariamente con la capacidad de unión a las proteínas de la molécula de anestésico local) y la latencia (que es el inicio de acción dependiente del pKa de cada fármaco y la concentración del AL).

ANATOMIA DEL NERVIO PERIFERICO.

Existen nervios mielinizados y no mielinizados. La mielina incrementa la velocidad de conducción nerviosa al aislar el axolema y generar corriente de acción, desencadenada por el potencial de acción y su subsecunte conservación por los nódulos de Ranvier en donde existe una elevada concentración de canales de Na+ (estos canales también están en los no mielinizados) (Fig. 2). En la tabla dos se expone la clasificación de nervios periféricos, función y propiedades (Tab. 2); el anestésico local debe de atravesar 4-5 capas de tejido conjuntivo y/o barreras membranosas lipídicas para alcanzar el axón del nervio.

Fig. 1. Estructura general de los anestésicos locales.

Tabla 1. Anestésicos locales de uso frecuente, por grupos, potencia y duración de la acción.

Fig. 2. Transmisión del impulso nervioso (potencial de acción) en fibras mielinicas y amielinicas.

MECANISMO DE ACCION DE LOS ANESTESICOS LOCALES (FARMACODINAMIA).

Las capas nerviosas limitan la velocidad de unión del A. local al receptor; por lo que se necesita la inhibición o interrupción de por lo menos 3 nódulos de Ranvier; produciendo una disminución de la velocidad y del grado de despolarización del impulso nervioso; con mayor afinidad al canal de sodio.

1. Desplazamiento de los iones calcio de los canales receptores de sodio.2. La unión de la molécula de anestésicos locales al sitio receptor.3. Bloqueo del canal de calcio.

Además existen dos mecanismos de inhibición: la fásica, que se caracteriza por una disminución progresiva de la corriente de sodio y la tónica, que bloquea el canal de sodio (súbita, pero por pulsos).

El bloqueo de la conducción genera una disminución de la conductancia del sodio, seguida de la depresión del grado de despolarización eléctrica, que a su vez provoca una falla para conseguir el umbral del potencial de acción, con una falta de desarrollo de la propagación del potencial de acción (Fig. 3).

Fig. 3. Bloqueo del canal de sodio por anestésicos locales

Neurofisiología.

La membrana neural en estado de reposo mantiene una diferencia de voltaje de -(60-90) mV entre las caras interna y externa. Se mantiene por un mecanismo activo dependiente de energía que es la bomba Na-K y su interacción con el canal de Ca++, que introduce iones K+ en el interior celular y extrae iones Na+ hacia el exterior.

El estímulo nervioso activa los canales de sodio (paso de iones Na+ masivamente al medio intracelular) y el potencial transmembrana se hace positivo, en unos 10 mV.

Tab. 2. Tipos de nervios periféricos, función, diámetro, velocidad de conducción y su sensibilidad al anestésico local.

Cuando la membrana está despolarizada al máximo, disminuye la permeabilidad del canal de sodio cesando el paso de iones Na+. Mientras que el canal de K+ aumenta su permeabilidad, pasando este ion por gradiente de concentración, del interior al exterior (Fig. 4).

Fig. 4. Efecto de anestésicos locales en el canal de sodio; principalmente en la subunidad α en el asa 2 y 6 (ubicadas intramembranalmente).

Los AL impiden la propagación del impulso nervioso disminuyendo la permeabilidad del canal de sodio, bloqueando la fase inicial del potencial de acción. Esta acción se verá influenciada por: 1) el tamaño de la fibra sobre la que actúa (bloqueo diferencial); 2) la cantidad de anestésico local disponible en el lugar de acción y 3) las características farmacológicas del producto; existe una cuarta acción que está ligada al cierre de las uniones tipo Gap (lo que inhibe la transmisión, esto principalmente en insectos; no obstante en mamíferos también se ha reportado su inhibición en ciertos tejidos).

Existe un efecto de la posición de la fibra del nervio: que en grandes raíces nerviosas, los nervios motores están situados circunferencialmente, y son expuestos a la droga en primer lugar cuando se los administra en los tejidos circundantes (bloqueo motor es anterior al bloqueo sensitivo) y en las extremidades, las fibras sensitivas proximales están localizadas en la periferia comparadas con las distales (el bloqueo se produce primero en la parte proximal del miembro y luego se extiende distalmente).

Otro efecto particular es la administración conjunta con coadyuvantes (sinérgicos), vasoconstrictores (que retardan la absorción del AL).

FARMACOLOGIA CLINICA EN FUNCION A LA VIA DE ADMINISTRACION.

Anestesia por infiltración.

Mediante la inyección de una solución de AL directamente en el tejido objetivo (dermis o tejido subcutáneo). Los más utilizados son lidocaína, procaína y bupivacaína.

Anestesia intravenosa.

Por inyección del anestésico local en una vena de una extremidad previamente exanguinada con un torniquete.

Bloqueo nervioso periférico y central.

La periférica por inyección en nervios periféricos individuales o en plexos nerviosos. Mientras que la central se divide en: 1) Anestesia espinal; que consta de inyectar el AL en el espacio subaracnoideo, generalmente a nivel lumbar, el bloqueo simpático puede causar alteraciones cardiovasculares (vasodilatación que conduce a hipotensión) y la 2) Anestesia epidural, que se basa en la inyección del AL en el espacio epidural y difusión hacia espacios paravertebrales.

Anestesia tópica y tumescente.

Actúa sobre superficies mucosas y piel (boca, nariz, esófago, tracto genito-urinario, piel, etc.); con efectos de 2-5 minutos y duración 30-45 minutos. (Tetracaína, lidocaína y cocaína en solución).

FARMACOCINETICA.

Esta directamente relacionadas con varios factores, tanto fisiológicos, patológicos, de elección del anestésico y el efecto que se busca ejercer.

Depende tanto del paciente: con la edad, estado cardiovascular (gasto cardiaco y volumen de distribución; así como la frecuencia y la tensión arterial), función hepática y si se encuentra en estado de lactancia o embarazo.

Los dependientes del anestésico: selección del anestésico, la cantidad administrada, sitio de administración, velocidad de administración, velocidad de biotransformación y la vía de excreción (en función a por que se anestesia al paciente y el procedimiento a realizar).

La absorción se encontrara mediada por: la dosis administrada, el sitio de administración, la adición de agentes vasoconstrictores (disminuyen la perfusión, retardan la absorción del AL en el sistema cardiovascular, disminuyen el riesgo de toxicidad, disminuyen el sangrado y aumentan el tiempo de anestesia debido a que mayores volúmenes de AL se mantienen en la periferia de los tejidos) (Tab. 3) y el propio perfil farmacocinética del fármaco.

Tab. 3. Tipos de vasoconstrictores.

CATECOLAMINAS NO CATECOILAMINAS

Epinefrina

Norepinefrina

Levonordefrina

Isoproterenol

Dopamina

Anfetamina

Metanfetamina

Efedrina

Mepentermina

Fenilefrina

Metoxamina

Su distribución varía dependiendo del flujo sanguíneo y su unión a alguna proteína endógena y la vida media en hrs. de AL empleado.

El metabolismo y excreción depende del tipo de AL. Ya que para los tipo éster; el metabolismo se lleva a cabo por las pseudocolinesterasas plasmáticas, que producen hidrólisis del enlace éster, dando lugar a metabolitos (ácido paraaminobenzoico; PABA) inactivos fácilmente eliminados vía renal. Los tipos amida se metabolizan a nivel microsomal hepático.*Nota: algunos anestésicos generan ortotoluidina (prilocaína): que deriva en

metahemoglobinemia (la hemoglobina puede transportar el oxígeno, pero es incapaz de liberarlo de manera efectiva a los tejidos corporales).

A continuación se muestran unas tablas en donde se ejemplifican los AL más usados y sus características generales y ADME (Tab. 4 y 5). *Nota: de antemano una disculpa puesto que el artículo se encontraba bloqueado; por lo que decidí desbloquearlo, pero no modificar su contenido.

Tab. 4. Características fisicoquímicas y farmacocinéticas de AL más usados.

Tab. 5. Concentración y dosis máxima; en función de la técnica y vía de administración del AL.

DOMINIOS PDZ.

Los dominios PDZ deben su nombre a que fueron descubiertos en tres proteínas: Post Synaptic Density Protein, con peso molecular de 95 kDa (PSD95), la proteína Discs large (Woods & Bryant, 1991), y la proteína Zonula Occludens-1. Dentro del contexto general del papel de estos dominios como módulos presentes en proteínas hub (proteínas tipo nodo conectivo) que organizan el interactoma llevando complejos macromoleculares a compartimentos sub-celulares que permiten las diferentes cascadas de señalización, vale la pena destacar tres de las funciones biológicas más comunes en las que estos dominios participan.

Por un lado, son adaptadores de los receptores de las enzimas tipo quinasa de tirosina. Estas enzimas ejercen, mediante la fosforilación de un residuo tirosina, la función de la transducción de señales, que consiste en un conjunto de procesos que ocurren de forma concatenada mediante los cuales una célula convierte un estímulo exterior en una respuesta específica. Estos procesos se desencadenan mediante la activación hormonal de los receptores a los cuales están asociadas estas proteínas.

Por otro lado, los dominios PDZ están presentes en las proteínas que se encargan de generar y mantener la polaridad epitelial, fenómeno que permite la formación de la mayoría de los tejidos y que genera barreras con cierta permeabilidad para permitir el transporte de sustancias entre dos compartimentos del cuerpo. Muchas proteínas que contienen dominios PDZ tienen un papel central en la formación y mantenimiento de estas estructuras.

Finalmente, dentro del marco de la función de señalización celular de estos dominios, destaca su papel en la unión sináptica entre células del sistema nervioso. La sinapsis es un ejemplo paradigmático de una unión celular entre compartimentos sub-celulares polarizados, consistentes en una zona pre-sináptica, que contiene las vesículas de los neurotransmisores y que está unida a una región post-sináptica, donde los receptores de los neurotransmisores activan numerosos mecanismos de señalización. Dentro del elevado número de proteínas que intervienen en estos procesos, multitud de éstas contienen dominios PDZ. El papel de estos dominios en esta red de interacciones, en la que una proteína hub puede interaccionar con hasta más de 100 proteínas diferentes, permite establecer varios niveles de activación de los distintos receptores y así regular la modulación correcta de las señales.

Características estructurales y de unión de los dominios PDZ.

Poseen una organización espacial común consistente en un barril ß formado por seis o siete cadenas (βA - βF) y rodeado de dos hélices α, una bastante más corta que la otra (Fig. 5). A pesar de la organización común, existe una gran variabilidad en secuencia entre los diferentes elementos de estructura secundaria, en la longitud y composición de los lazos y giros que los conectan, así como de sus extremos N- y C-terminales.

Otra característica muy común de los dominios PDZ es su capacidad de reconocer la secuencia del extremo C-terminal de sus proteínas diana. Para ello, estos dominios poseen un motivo altamente conservado en su secuencia, GLGF (Gly-Leu-Gly-Phe), que envuelve al grupo carboxilato del extremo C-terminal del ligando peptídico, cuya carga negativa es neutralizada a través de los grupos amida de la cadena principal de los últimos tres restos del motivo GLGF.

Además, en la interacción, las secuencias C-terminales de sus proteínas diana se disponen a lo largo del bolsillo de unión, que es una hendidura formada por la cadena ßB y la hélice α2, formando una cadena ß adicional antiparalela a ß2 (Fig. 5) en la que se presenta el mismo patrón de enlaces de hidrógeno que tiene este elemento de estructura secundaria. En esta interacción, la zona de unión del dominio PDZ puede interaccionar de forma específica con hasta siete residuos del extremo C-terminal de su proteína diana,

permitiendo así el reconocimiento de un ligando entre varios que se diferencien en secuencia. De esta forma, la especificidad de estos dominios es la que determina su papel biológico determinado puesto que dentro de las posibles moléculas diana con las que puede interaccionar, lo hace con una en concreto.

La caracterización de algunas interacciones de ligandos con dominios PDZ permitió una clasificación inicial de estos dominios, atendiendo a su especificidad de unión, en tres clases diferentes en función de la naturaleza de los aminoácidos que reconocen estos dominios en las cuatro últimas posiciones del ligando (Tab. 6). Para designar las posiciones de los ligandos se adoptó como criterio asignar el número 0 al extremo C-terminal del ligando y a continuación enumerar negativamente hacia el extremo N-terminal las otras posiciones.

Fig. 5. Estructura del dominio PDZ-Erbin unido al péptido TGWETWV con los elementos de estructura secundaria señalados. El péptido se representa como una lámina β situada entre la cadena βB y la hélice α2 del dominio.

Según este criterio, por tanto, en la primera clase de especificidad en la posición -2 reconocen los aminoácidos serina o treonina, y en la posición 0 uno de naturaleza hidrofóbica. En la segunda clase de especificidad, en las posiciones -2 y 0 se reconocen aminoácidos de naturaleza hidrofóbica. Mientras que en la tercera en la posición -2 se reconocen varios aminoácidos que poseen una cadena lateral con carga habiendo de nuevo en la posición 0 un aminoácido de naturaleza hidrofóbica.

Tab. X. Clasificación inicial de los dominios PDZ basada en la especificidad de unión.

Tab. 6. Clasificación de los dominios PDZ y su interacción con proteínas.

Respecto a la interacción con anestésicos y receptores.

Actúa en inhibitorios GABA y glicina; así como en exitatorios NMDA, nicotínicos y de serotonina.

Halotano, isoflurano y sevoflurano se unen a los residuos siguientes de los dominios: L 170, I 172, I 174, I 195, V 229 y L 232; creando una disrupción del complejo PSD-95 y NMDA.

En receptores NMDA

En la célula postsináptica los receptores NMDA están embebidos en un citoesqueleto especializado subyacente a la membrana plasmática conocido como densidad postsináptica (DPS). Esta DPS está constituida por diferentes tipos de proteínas que interaccionan entre ellas y con el citoesqueleto, y que, a su vez, están asociadas a las diferentes subunidades de estos receptores, formando un complejo multimolecular. Una de los principales componentes de la DPS es la PSD-95 o SAP-90 (Synapse Associated Protein-90) que contiene múltiples dominios de interacción con proteínas por lo que podría estar actuando como un elemento adaptador.

La PSD-95 pertenece a una familia cada vez más amplia de proteínas con una estructura similar caracterizada por poseer tres dominios PDZ dispuestos en tandem, un dominio SH3 (Src-Homology-3) y un dominio guanilato ciclasa. De han identificado alrededor de 77 interacciones proteicas las cuales, se disponen formando complejos multimoleculares y poseen funciones muy diversas, que van desde proteínas con una función estructural y adaptadora a proteínas de citoesqueleto, pasando por gran cantidad de proteínas implicadas en traducción de señal (quinasas, fosfatasas, proteínas G, etc.). Muchas de estas proteínas son nuevas y es posible que su número final sea mucho más elevado (Fig. 6 y 7).

Fig. 6. Interacción de dominios PDZ con algunas proteínas de interés.

En receptores AMPA.

En el caso de los receptores de tipo AMPA se han identificado varias proteínas que se unen específicamente al dominio C-terminal de algunas de sus subunidades y que estarían implicadas en su anclaje a la zona post-sináptica.

Los receptores AMPA interaccionan con otra serie de proteínas con dominios PDZ como son GRIP (Glutamate Receptor Interacting Protein) y ABP (Ampa Binding Protein), que se asocia a las subunidades 2 y 3;

las proteínas PSD-96 y PICK1 (Protein Kinase C Interacting Protein) que se asocian específicamente a la subunidad GluR2; SAP-97 que se une a filamentos de actina del citoesqueleto y a la subunidad GluR1; la Neurobina-I y Neurobina-II (o Espinofilina) que, a través de sus dominios PDZ, se une a las subunidades del receptor AMPA y a otra serie de proteínas como son la proteín-fosfatasa 1 (PP1) y la p70 S6 quinasa. Se ha visto también que la subunidad GluR2 se une específicamente a la tirosín-quinasa Lyn, perteneciente a la familia de las Src-quinasas, y cuya actividad es capaz de modular.

En general, muchas de estas proteínas presentan múltiples dominios de unión a proteínas (PDZ, SH2, SH3, etc.) por lo que actúan como elementos adaptadores y podrían estar participando en la regulación de la actividad de los receptores de glutamato modulando las interacciones entre diferentes proteínas, facilitando el anclaje en los sitios de neurotransmisión de proteínas con función reguladora (quinasas, fosfatasas, etc.) (Fig. 6 y 7).

Fig. 7. Interacción de los dominios PDZ con proteínas ubicadas en la membrana presináptica y postsináptica, en relación con la neurotransmisión y los receptores AMPA, NMDA, Kainato y mGluR. CASK (MAGUK): calcio / calmodulina dependiente de la proteína serina quinasa 3; asociada a la

membrana guanilato quinasa 2. PICK1: Proteina interactora con kinasa C-1. GUK: Guanilato kinasa. GKAP: proteína de asociación GUK. Ank: repetición ankirina.

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