quimioreceptores

QUIMIORRECEPTORES ARTERIALES

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Recibido: 14.01.03. Aceptado tras revisin externa sin modificaciones: 14.01.03.a Departamento de Bioqumica y Biologa Molecular y Fisiologa. Institutode Biologa y Gentica Molecular (IBGM). Facultad de Medicina. Universi-dad de Valladolid-CSIC. Valladolid, Espaa. b Laboratorio de Neurobiolo-ga. P. Universidad Catlica de Chile. Santiago, Chile.Correspondencia: Prof. Constancio Gonzlez. Departamento de Bioqumica yBiologa Molecular y Fisiologa. Facultad de Medicina. Universidad de Vallado-lid. E-47005 Valladolid. Fax: +34 983 423 588. E-mail: constanc@ ibgm.uva.esAgradecimientos. A M. de los Llanos Bravo, por su ayuda.Trabajo financiado por la DGICYT, proyecto BFI2001-1713. El trabajo de P.Zapata es financiado por el proyecto 1010951 de CONICYT. 2003, REVISTA DE NEUROLOGA

ARTERIAL CHEMORECEPTORS: CELLULAR AND MOLECULAR MECHANISMSIN THE ADAPTATIVE AND HOMEOSTATIC FUNCTION OF THE CAROTID BODY

Summary. The carotid body is a sensory chemoreceptor organ located in the vicinity of the carotid bifurcation. Structurally itis composed of cell clusters formed by chemoreceptor and supporting cells. The sensory nerve endings of the carotid sinus nervepenetrate the clusters to synapse with chemoreceptor cells. The carotid body plays an important role in the control of ventilationduring hypoxia, hypercapnia and acidosis. Hypoxia and other natural stimuli are detected by chemoreceptor cells which uponstimulation increase their rate of release of neurotransmitters. Neurotransmitters in turn increase the action potential frequencyin the carotid sinus nerve which via its central projections to the brainstem activates ventilation. This review is devoted to thecellular aspects of the function of this chemoreceptor organ. From a brief description of the complex structure of the carotid body,we go to present a summary of the main prevailing theories concerning the transduction mechanisms for hypoxic and acidic/hypercapnic stimuli, with special emphasis on the electrical properties of cultured chemoreceptors cells. A special attention isprovided to the possible significance of reactive oxygen species as mediators of the hypoxic transduction cascade. The neurotrans-mission between chemoreceptor cells and the sensory nerve endings is also covered in certain detail. After a brief historicalpresentation of the theories of communication between these two structures, we examine, following the classical criteria ofneurotransmission, the functional significance of acetylcholine, dopamine, substance P and other neurotransmitters known to bepresent in chemoreceptor cells. [REV NEUROL 2003; 36: 239-54]Key words. Carotid body. Dopamine. Hypoxia. K + channels. Neurotransmission. Sensory transduction.

Quimiorreceptores arteriales: mecanismos celulares y molecularesde las funciones adaptativa y homeosttica del cuerpo carotdeo

C. Gonzlez a, A. Rocher a, P. Zapata b

INTRODUCCINLa respiracin celular, en sentido amplio, engloba todos los pro-cesos que posibilitan que el O2 oxide los nutrientes para obtenerenerga. En los animales superiores, las clulas obtienen el O2 delmedio interno. En los animales terrestres, el aprovisionamientode O2 del medio interno ocurre en una serie de etapas que son: elbombeo de aire rico en O2 desde la atmsfera a los alvolos, ladifusin del O2 de los alvolos a la sangre, su unin a la hemog-lobina, la circulacin de la sangre rica en O2 hasta los capilares detodo el organismo, la difusin del O2 de la sangre al medio inter-no, al interior de las clulas y a las mitocondrias donde, sensuestricto, tiene lugar la respiracin celular. De esta definicin ampliade la respiracin se deduce que la hipoxia, definida como cual-quier situacin en la que la utilizacin de O2 por las clulas esinsuficiente para mantener sus funciones, puede resultar de:

Un aprovisionamiento inadecuado de O2 a la sangre (hipoxiahipxica).

Una capacidad disminuida de la sangre para captar O2 (hi-poxia anmica).

Un flujo insuficiente de sangre para llevar el O2 hasta loscapilares (hipoxia de estasis).

Una incapacidad de las clulas para usar el O2 a la velocidadadecuada (hipoxia histotxica).

En un organismo sano, la nica hipoxia que puede ocurrir de formanatural es la hipoxia hipxica debida a la disminucin de la presinbaromtrica, tal como ocurre a grandes alturas. El resto de las hi-poxias son patolgicas [1].

Los animales superiores poseen mecanismos de regulacin quetienden a prevenir o minimizar cualquier tipo de hipoxia y que usancomo efectores a los aparatos respiratorio y circulatorio. Los qui-miorreceptores del cuerpo carotdeo (CC) o glomus caroticumdetectan la presin arterial de O2 (PaO2) e inician, cuando stadisminuye, reflejos encaminados a aumentar el bombeo de aire ricoen O2 desde la atmsfera a los alvolos. En este contexto, se diceque los CC (con alguna posible contribucin de los cuerpos arti-cos) tienen una funcin adaptativa, ya que la hiperventilacin quedesencadenan al disminuir la PaO2 hace posible que los animalessanos, incluido el hombre, realicen las funciones vitales de formaadecuada (esto es, se adapten) a altitudes con presiones baromtri-cas de hasta unos 350 mmHg. La gran sensibilidad (umbral bajo yganancia alta, en trminos fisiolgicos) de los CC a la hipoxia seacompaa de una gran resistencia a sus efectos deletreos, lo quellev a denominarlo ultimum moriens [2]. Experimentalmente, sepuede comprobar que los impulsos nerviosos que se generan en elCC y que se registran en el nervio del seno carotdeo (NSC), per-sisten por lo menos media hora despus de muerto el animal. Porotra parte, son las descargas de los CC las que mantienen la respi-racin y, por ende, la vida, en animales profundamente anestesia-dos: stos dejan de respirar al suministrarles O2 en vez de aire [3].

Adems, los CC detectan la PCO2 y el pH arteriales: cuandola PaCO2 o la concentracin de H+ aumentan, los CC (junto conlos quimiorreceptores centrales y alguna contribucin de los cuer-pos articos) inician una hiperventilacin refleja que tiende adescargar el exceso de CO2 y de H+ a la atmsfera; esto es, los CC

REVISIONES EN NEUROCIENCIA. EDITOR: J.V. SNCHEZ-ANDRS

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tienen una importante funcin homeosttica en relacin con elCO2 y los H+. Los CC tambin detectan cambios en la temperaturay osmolaridad del fluido que les perfunde (sangre in vivo y solu-cin salina in vitro [4]), pero el significado funcional de estasdetecciones no est bien definido a nivel sistmico.

El objetivo de esta revisin es presentar la estructura y lafisiologa celular del CC, esto es, el conjunto de los mecanismoscelulares y moleculares que operan en el CC y que sustentan lafuncin adaptativa y homeosttica del rgano. En un segundoartculo, que aparecer en un nmero prximo [5], describiremosla fisiologa sistmica del CC, esto es, las funciones adaptativa yhomeosttica del CC propiamente dichas. En ningn caso preten-demos hacer un tratamiento exhaustivo de la literatura. Un trata-miento en detalle de cualquier aspecto de la fisiologa del CCpuede encontrarse en las referencias 6 y 7.

ORGANIZACIN ESTRUCTURALY FUNCIONAL DEL CUERPO CAROTDEOLocalizacin, estructura y ultraestructuradel cuerpo carotdeoEl CC es un rgano par (Fig. 1a) situado en las proximidades delas bifurcaciones carotdeas y que en el hombre adulto tiene entorno a 2 mm de dimetro. Fue descrito en autopsias en humanospor Albrecht von Haller y su discpulo Hartwig Taube, que con-sideraron al CC un microganglio vegetativo (ganglium minutium);esta primera descripcin fue publicada en la disertacin doctoralde Taube en 1743 [8]. Luscka [9] consider al CC, en razn de suestructura, una glndula (glandula intercarotica). Fernando deCastro [10] comprob, en 1926, que la inervacin simptica querecibe el CC inerva los vasos, y no el parnquima; en 1928, me-diante experimentos de degeneracin walleriana, demostr que lainervacin del parnquima glmico, que proviene del gangliopetroso va glosofarngeo y NSC o de Hering, era sensorial, y nosecretomotora. Por ello, De Castro concluye que el CC no podaser ni un ganglio ni una glndula, sino un rgano sensorial espe-cial destinado a detectar ciertas modificaciones cualitativas de lasangre [...] y no variaciones en la presin sangunea, funcin que,tal vez por accin refleja, tendra su repercusin sobre la actividadfuncional de otros rganos [11]. Heymans et al, en Gante, de-mostraron que la hiperventilacin producida por la hipoxia y laacidosis tena su origen en el CC [12,13].

Los CC estn formados por islotes o nidos celulares, que cons-tituyen el parnquima glmico, y que estn rodeados por tabiquesde tejido conectivo. Los nidos celulares estn formados por dostipos celulares, las clulas glmicas, quimiorreceptoras o tipo I, ylas clulas sustentaculares, capsulares o tipo II (Fig. 1b). Las prime-ras son redondas u ovoides, poseen un citoplasma rico en vesculasde ncleo denso y tienden a ocupar el centro de los islotes; lassegundas son aplanadas, no poseen especializaciones citoplsmi-cas y se sitan en la periferia de los islotes celulares. Las clulas tipoII son consideradas clulas de soporte de naturaleza neuroglial.

Cada CC recibe irrigacin desde la arteria glmica, que, fre-cuentemente, emerge de la cartida externa. Hay vasos capilarestortuosos en torno a los cuales se organizan los nidos celulares,pero tambin gran abundancia de capilares rectos y algunas anasto-mosis arteriovenosas. Las vnulas se renen en la periferia del CCpara formar un plexo venoso periglmico. Los lechos vasculares(Fig. 1, c y d) ocupan no menos del 25-30% de la superficie de lassecciones histolgicas del CC [14-16], lo que excede por un fac-tor de 5 a 6 la densidad media de capilares de la corteza cerebral.

Esto permite que el CC tenga un flujo sanguneo de 1,4-2,0 L/100 gde tejido/min [17, 18], que excede igualmente por un factor de 6a 10 el flujo cerebral medio [19].

Segn describiera De Castro [11], las clulas parenquimato-sas del CC (clulas glmicas o quimiorreceptoras) reciben iner-vacin sensorial a travs del NSC. Las fibras sensoriales provie-nen de neuronas que se asientan en el ganglio glosofarngeo in-ferior, petroso o ganglio de Andersch (muy pocas fibras provienendel ganglio glosofarngeo superior o de Ehrenritter [20]), y lleganal CC a travs del NSC, para penetrar en los islotes celulares yformar sinapsis con las clulas quimiorreceptoras (Fig. 1b). Des-de el punto de vista ultraestructural, las terminaciones nerviosassensoriales son polimorfas (clices envolventes, botones, varico-sidades en passant...; [21]). Existen contactos entre las termina-ciones y las clulas en los que las especializaciones presinpticas(proyecciones densas, acumulaciones de vesculas) se encuen-tran en la clula glmica y otros en los que se encuentran en laterminacin nerviosa; hay contactos entre una misma clula y unaterminacin en los que la polarizacin funcional aparente tieneuna direccin dada en una zona, mientras que en otra zona adya-cente tiene sentido opuesto, lo que se ha interpretado como sinap-sis recprocas [22, 23]. Adems de la inervacin sensorial a lasclulas glmicas y simptica a los vasos, al CC llega inervacinparasimptica procedente de neuronas presentes en la superficiedel CC, donde forman microganglios, y de neuronas dispersas alo largo del NSC y en la entrada del NSC en el glosofarngeo [10].Estas fibras son nitrrgicas [24]; controlan el flujo sanguneo alCC y, a su travs, la actividad funcional del CC.

Las clulas glmicas poseen una gran variedad de sustan-cias que cumplen el papel de neurotransmisores en otras estruc-turas. Contienen dopamina (DA) y noradrenalina (NA), acetil-colina (ACh), pptidos opioides, ATP y otros muchos neuro-transmisores peptdicos (pptido atrial natriurtico, endotelina,sustancia P, pptido intestinal vasoactivo, neurotensina, galani-na, colecistoquinina...), probablemente en un patrn de coalma-cenamiento complejo [ver 23]. Existen varias contradiccionesaparentes en la neuroqumica del CC. Por ejemplo, varios auto-res encuentran a nivel inmunocitoqumico y bioqumico que lasclulas quimiorreceptoras poseen sustancia P [ver 25,26] y, sinembargo, las clulas glmicas no poseen ARNm capaz de codi-ficar para sustancia P o neuroquinina A (ARNm para preprota-quiquinina) [27-29]. Dos laboratorios han encontrado ACh enel CC de gato y rata en concentraciones similares con cromato-grafa de gases/espectrometra de masas [30, 31]; en cambio,nosotros no hemos obtenido sntesis de ACh ni actividad coli-nacetiltransferasa (ChAT) en el CC de gato, mientras que ambosparmetros, medidos simultneamente en el ganglio cervicalsuperior, coincidan con los existentes en la literatura [32].Tambin hay discrepancias en los niveles publicados de DA y,en especial, de NA y, por tanto, en los cocientes DA/NA; eldesigual grado de diseccin del CC y la proximidad del gangliocervical superior y de los nervios ganglioglomerulares ricos enNA explican estas variaciones.

Para una revisin crtica de la estructura normal del CC, vaseVerna [23].Organizacin funcional:el CC como un receptor sensorial secundarioSobre la base de esta organizacin estructural que De Castro [11]capt de forma magistral, el mismo autor propuso [11,33] unaorganizacin funcional del CC en la que las clulas glmicas o


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quimiorreceptoras captaran por su polo vascular los estmulospresentados por la sangre, gracias a la densa red capilar, y por supolo nervioso, y gracias a productos de su metabolismo, activa-ran a las terminaciones de las fibras aferentes para iniciar losreflejos. Sin embargo, el hallazgo de vesculas sinpticas en lasterminaciones nerviosas que contactan las clulas glmicas lle-v a proponer a Biscoe y sus colaboradores que estas terminacio-nes eran eferentes, secretomotoras [34], y que las clulas glmi-cas formaran parte de un mecanismo central de control de laactividad quimiorreceptora [35], que a su vez estara sustentadapor unas fibras sensoriales descritas ad hoc en el propio labora-torio de Biscoe. La naturaleza aferente de las terminaciones quesinaptan con las clulas quimiorreceptoras qued restablecida alconfirmarse que no degeneraban tras la seccin intracraneal delas races del glosofarngeo, mientras que s lo hacan cuando seseccionaba distalmente al ganglio petroso [36]. Funcionalmen-te, hay muchos estudios que demuestran la necesidad de la inte-gridad de las clulas glmicas y de su relacin sinptica con lasterminaciones sensoriales para que el CC exhiba funcin qui-miorreceptora:

La hiperventilacin refleja en respuesta a la hipoxia desapa-rece en pacientes a los que se han extirpado los CC [37-40].Los reflejos ventilatorios a la hipoxia tambin desaparecen enlas ratas tras reseccin bilateral de los CC [41].

La actividad quimiosensorial desaparece cuando se destruyeel CC por criocoagulacin [42] o por isquemia [43]. El parn-quima es reemplazado por un tejido cicatricial, donde se en-cuentran como terminaciones libres las otrora terminacionesquimiorreceptoras.

Tras la seccin del NSC, la funcin quimiorreceptora se res-tablece al mismo tiempo que las fibras nerviosas en regene-racin reinervan las clulas glmicas [44].

Se consigue la aparicin de actividad quimiosensorial ennervios forneos que reinervan al CC in situ [14,45] o a trans-plantes de CC [46].

Puede registrarse actividad quimiosensorial en neuronas cul-tivadas de ganglios nodoso y petroso slo cuando se coculti-van con clulas glmicas de CC [47,48].

La nica respuesta a la hipoxia, y slo a hipoxias intensas, queexpresan las neuronas del petroso que proyectan al CC es unadisminucin de su excitabilidad [49].

En suma, estas observaciones indican que las neuronas quimiosen-soriales, separadas de las clulas glmicas, son incapaces de detec-tar la hipoxia; requieren un contacto estrecho con las clulas gl-micas para cumplir esta funcin [50]. Por tanto, el CC es un receptorsensorial secundario [51] en el que las clulas glmicas detectan losestmulos naturales y, merced a una etapa de neurotransmisin,comandan la actividad de las terminaciones sensoriales del NSC.

FISIOLOGA CELULAR DEL CUERPO CAROTDEOTransduccin sensorial en el CC:mecanismos de deteccin de los estmulosy de activacin de las clulas quimiorreceptorasAspectos histricos: hiptesis metablica y cidaDe las teoras propuestas para explicar el proceso de quimiorre-cepcin en el CC, la que consigui mayor difusin fue la teora

a

b

c

d

Figura 1. Localizacin y estructura del cuerpo carotdeo. a) Regin de la bifurcacin carotdea derecha de conejo: 1. Seno carotdeo; 2. Cartida interna; 3.Cartida externa. 4) Cuerpo carotdeo (en el conejo asienta sobre la cartida interna, a veces formando como un manguito); 5. Ganglio petroso; 6. Nervio delseno carotdeo; 7. Tronco simptico del cuello y ganglio cervical superior; 8. Nervios ganglioglomerulares; 9. Ganglio sensorial del vago (ganglio nodoso). b)Esquema de la estructura del cuerpo carotdeo: 1. Clulas glmicas, quimiorreceptoras o tipo I; 2. Clula sustentacular o tipo II; 3. Vesculas sinpticas, detamao y densidad heterogneos; 4. Terminaciones nerviosas sensoriales (en la terminacin de la izquierda puede observarse la estructura que corresponderaa una sinapsis recproca); 5. Fibra sensorial; 6. Capilares que rodean el nido o islote celular. c) Demostracin inmunocitoqumica de tirosina hidroxilasa en unaseccin prxima al ecuador de un cuerpo carotdeo de rata. Slo las clulas quimiorreceptoras que contienen y sintetizan catecolaminas son positivas parael enzima. Las terminaciones simpticas no se distinguen a esta amplificacin. d) La misma seccin que en c), pero contrateida con hematoxilina-eosinapara poder visualizar la gran densidad de vasos. a) y b), tomado de Gonzlez C, Almaraz L, Obeso A, Rigual R. Oxygen and acid chemoreception in the carotidbody chemoreceptors. Trends Neurosci 1992; 15: 146-53, con permiso de Elsevier Science. c) y d), cortesa de la Dra. A. Obeso.

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metablica propuesta por Anichkov y Belenkii [52] en estostrminos: [...] los venenos que bloquean la respiracin tisular ola hacen intil determinan que la sntesis de enlaces de alta ener-ga sea inferior a su degradacin, y en consecuencia producen unbalance energtico negativo en el tejido quimiorreceptor. Portanto, debe considerarse que la excitacin de los quimiorrecepto-res producida por dichos venenos, que son de naturaleza qumicamuy variada, es la reaccin a un balance energtico negativo. Nohay duda de que la hipoxia, el estmulo fisiolgico adecuado paralos quimiorreceptores del cuerpo carotdeo, produce un desplaza-miento negativo en el balance energtico. [...] Es por tanto obvioque el mecanismo ntimo de la excitacin hipxica de los quimio-rreceptores tiene que ser similar al mecanismo de excitacin pro-ducido por los venenos que abolen la respiracin celular o lahacen intil.

La primera crtica a la hiptesis metablica surgi al considerarque el flujo sanguneo y el consumo de O2 medidos (1,4-2,0 L/100 gde tejido/min y 9 mL/100 g de tejido/min, respectivamente [17])aseguraban una PO2 en la sangre venosa del CC, y por tanto en eltejido glmico, muy superior a la requerida para mantener normalel flujo de electrones en la cadena respiratoria incluso a PaO2sistmicas muy inferiores al umbral de activacin del CC [53,54].La medicin de niveles de ATP en el CC ha demostrado queniveles de hipoxia que producen activacin intensa del CC nodisminuyen los niveles de ATP o los reducen muy moderadamen-te [55,56]. Tampoco result cierto que el nexo comn en la capa-cidad de los venenos metablicos para activar al CC fuera ladisminucin del ATP: a concentraciones que producen activa-cin comparable de las clulas quimiorreceptoras (liberacin deDA) y de la descarga en el NSC, el cianuro redujo en 45% losniveles de ATP, mientras que el dinitrofenol y el CCCP no losmodificaron; la accin desacoplante de los dos ltimos agentes secompens con un aumento del consumo de glucosa [57,58]. Fi-nalmente, hemos de mencionar que ya Krylov y Anichkov [59]encontraban que la hiptesis metablica no explicaba la sensibi-lidad del CC al cido.

La otra gran hiptesis clsica es la hiptesis cida, propuestainicialmente por Winder en 1937 [60]. Winder encontr queciertas dosis de yodoacetato, un inhibidor de la gliclisis, abo-lan la respuesta a la hipoxia y no a los estmulos cidos. Postulque las terminaciones sensoriales seran receptores de H+, yaque el bloqueo de la produccin de cido lctico eliminaba laactividad del CC, mientras se conservaba la sensibilidad delrgano quimiorreceptor a los cambios directos de la concentra-cin de H+. La hipoxia estimulara a estos receptores porque, aldeprimir la oxidacin de glucosa, activara compensatoriamen-te la gliclisis y la produccin de lactato. Los hallazgos de Winderno pudieron confirmarse, pero la idea de la unificacin de losmecanismos de deteccin de los estmulos hipxico y cido fueretomada por Torrance, quien, entre 1974 y 1981 [61-63] pro-puso dos enmiendas distintas de la hiptesis cida con unospostulados que no pudieron verificarse [64; ver 65]. Sin embar-go, en el contexto de la hiptesis cida, se encontr que la an-hidrasa carbnica es responsable de los componentes dinmi-cos de la respuesta al CO2 (overshoot y undershoot a la presen-tacin y retirada del estmulo), lo que indica que la seal detectadaen el CC es la concentracin de H+ [63,66]. Dado que la enzimase localiza en el interior de las clulas quimiorreceptoras [67],la respuesta al cido se generara en las clulas, aunque no po-damos excluir cierta sensibilidad de las terminaciones sensoria-les a los H+.

Mecanismos de transduccin del estmulo hipxicoEn 1977, Gonzlez y Fidone [68] demostraron por primera vez,con medidas directas, que la hipoxia aumenta la liberacin de DAen CC aislados. Dado que esta catecolamina se encuentra alma-cenada casi con exclusividad en las clulas quimiorreceptoras, elhallazgo implicaba que dichas clulas respondan a la hipoxia. Enuna serie amplia de estudios, Fidone et al [69-74] caracterizaronlas enzimas involucradas en la sntesis, el propio proceso de sn-tesis y la liberacin de catecolaminas (CA) en el CC de conejo, yencontraron que la hipoxia induca liberacin de DA en relacindirecta con su intensidad, y que la liberacin inducida era depen-diente de Ca2+. Idnticas observaciones se obtuvieron en el CC degato [75], rata [76] y ratn [26]. De otro lado, Almaraz et al [77]demostraban en 1986 que el alto K+ extracelular induca libera-cin de DA de forma dependiente de Ca2+, y Obeso [57] demos-traba que la liberacin inducida por alta concentracin de K+ y porhipoxia era sensible a dihidropiridinas antagonistas (y agonistas)de canales de Ca2+, mientras que la liberacin inducida por losestmulos cidos, aun siendo dependiente de Ca2+, era insensiblea dihidropiridinas [78]. En otro frente, Rocher [79-81] demostrque la veratridina, un activador de canales de Na+ dependientes devoltaje, induca liberacin de DA de forma dependiente de Na+ yCa2+ y sensible a tetrodotoxina (TTX), y que la liberacin indu-cida por la hipoxia es parcialmente sensible a TTX mientras quela inducida por estmulos cidos no lo es. Finalmente, en estudiosdel metabolismo del CC con la tcnica de la 2-deoxiglucosa invitro en combinacin con 14C-glucosa, encontramos que la hi-poxia activa la gliclisis y la oxidacin de glucosa y que esteaumento es sensible a ouabaina [82,83]. Esto indicara que lahipoxia activa la bomba de Na+, probablemente porque despola-rice las clulas quimiorreceptoras con un aumento de la concen-tracin intracelular de Na+ [84].

En su conjunto, estas observaciones sugeran fuertemente quela hipoxia despolarizaba las clulas quimiorreceptoras y promo-va la activacin de canales de Na+ y Ca2+ dependientes de voltaje,as como la liberacin exocittica de neurotransmisores. En unintento de verificacin directa de la despolarizacin pusimos apunto un cultivo primario de clulas quimiorreceptoras de conejo[ver 85] y, en colaboracin con Lpez-Barneo, comprobamos lanaturaleza excitable de las clulas quimiorreceptoras y descubri-mos el primer canal inico regulable por la PO2: la disminucinde la PO2 produce una inhibicin reversible de una corriente de K+transitoria del tipo IA [86,87]. Nuestra observacin se extendi aclulas quimiorreceptoras de rata, en las que se han descrito comosensibles a la PO2 el canal de K+ dependiente de Ca2+ de altaconductancia (maxi-K+) [88-90] y un canal leaky de K+, presumi-blemente el TASK-1 [91-93]; en las clulas quimiorreceptoras degato la corriente de K+ sensible a la hipoxia es del tipo rectificadortardo [94]. Estos hallazgos han constituido la base del modelo demembrana de transduccin del estmulo hipxico propuesto pornosotros en 1992 (Fig. 2) [95].

Si bien el modelo de membrana tiene plena vigencia, hayvarios aspectos del mismo no satisfactoriamente resueltos:1. Cmo las clulas detectan la PO2.2. Cmo se acoplaran a los canales de K+ los posibles mecanis-

mos de deteccin.3. Cul es la identidad molecular de los canales de K+ sensibles

a la PO2.

Mecanismo de deteccin de la PO2. Existen dos grandes lneas depensamiento. En registros whole cell de clulas quimiorrecepto-


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ras de conejo, Lpez-Lpez y Gonzlez [96] encontraron que elCO prevena y reverta el efecto de la hipoxia sobre la corrientede K+. Lo mismo ocurre en corrientes sensibles al O2 obtenidas enclulas HEK por cotransfeccin de subunidades Kv1.2 y Kv4.2[97].Y, finalmente, hemos observado que la disminucin de laprobabilidad de apertura (Po) del maxi-K+ producida por la hi-poxia en parches inside out aislados de clulas quimiorreceptorasde rata es revertida por CO [90; ver tambin referencias en 98,99].Dado que en parches aislados de clulas de conejo la hipoxiatambin disminuye la Po del canal de K+ sensible a la hipoxia[100], podramos concluir que: a) La capacidad de detectar la PO2es una propiedad intrnseca de la membrana celular o de algncomponente citoplsmico ntimamente asociado a ella. b) La capa-cidad de detectar la PO2 no estara asociada a actividades enzi-mticas, ya que el CO no puede substituir al O2 como sustrato.c) Una hemoprotena que, al disminuir la PO2, se desaturara ycambiara de conformacin (como la hemoglobina), y que trans-mitiera dicho cambio conformacional al canal de K+ para dismi-nuir su Po, podra representar el sensor de O2: el CO podra pre-venir y revertir el efecto de la hipoxia sobre los canales de K+unindose al lugar de unin del O2 (como en la hemoglobina).

La segunda lnea de pensamiento implica a las especies reac-tivas de O2 (ROS) como reguladores de la Po de los canales de K+.Los ROS, actuando directamente sobre residuos oxidables de lospropios canales (e.g., grupos sulfhidrilos de cistenas o puentestioter de la metionina), o alterando el potencial redox de lasclulas (e.g., disminuyendo el cociente GSH/GSSG [101]) po-dran conducir a disminuciones de la Po, como lo hace la hipoxia.Existen dos propuestas: los ROS relevantes son de origen mito-condrial [102] o son producidos a nivel de alguna de las mltiplesisoformas de NADPH oxidasa [103-105] que pudiera existir en elCC. Sin embargo, no sabemos si la hipoxia (de una intensidadcomo la que estimula el CC) aumenta o disminuye la produccin

de ROS, y no sabemos si es un aumento o una disminucin deROS la que producira la disminucin de la Po de los canales deK+ [106-108]. Parece verosmil que el potencial redox de las c-lulas pueda modular la cintica de los canales de K+, ya que losagentes reductores y oxidantes las modifican, pero no sabemos nila direccin de los cambios redox que produce la hipoxia ni sitienen magnitud suficiente para alterar la cintica de los canalesinicos. Hay que sealar, sin embargo, que niveles de hipoxia queactivan enrgicamente el CC no modifican el cociente GSH/GSSGdel CC, que es el principal determinante del potencial redox de lasclulas; adems, la modificacin farmacolgica de dicho cocien-te no modifica ni la liberacin basal de DA ni la inducida porhipoxia, por K+ alto o por ionomicina [109].

En cualquier caso, no podemos excluir que los dos mecanis-mos (y tal vez otros an no considerados) funcionen simultnea-mente. Es plausible que un sensor, o cualquier otro de los ele-mentos de la cascada de transduccin, de naturaleza proteica ohemoproteica pueda ser modificado por cambios de los nivelesde ROS en compartimentos restringidos de las clulas. Esa mo-dificacin podra potenciar el efecto de la hipoxia o, por el con-trario, frenar dicho efecto, con lo que constituira un autnticomecanismo de control por retroalimentacin de la amplitud de larespuesta hipxica.

Mecanismo de acoplamiento. Se desconoce el mecanismo deacoplamiento entre el posible sensor de O2 o los mecanismos dedeteccin de O2 y los canales regulados por la PO2. Ya hemosavanzado que si el sensor fuera una hemoprotena, tal vez elmecanismo de acoplamiento fuera una transmisin alostrica delcambio conformacional del sensor al canal de K+. Si el sensorfuera un mecanismo productor de ROS (la mitocondria o unaNADPH oxidasa) el acoplamiento podra ser una alteracin di-recta de las protenas del canal por los ROS o una alteracin vaglutatin, por ejemplo por tiolacin o detiolacin de Prot-SH conGSH, para formar Prot-S-SG [108]. Sea cual fuere el mecanismo,un hecho parece emerger: las subunidades reguladoras de loscanales de K+ seran necesarias para el acoplamiento entre elmecanismo de deteccin y la subunidad conductora de los cana-les de K+. En efecto, en sistemas de transfeccin, las corrientes deK+ slo son sensibles a la hipoxia si se cotransfectan las subuni-dades con subunidades reguladoras o si la transfeccin se hacea tipos celulares que expresan dichas subunidades [97,110]. Enotras palabras, las subunidades interaccionaran con el presuntosensor hemoproteico de O2 o seran los componentes de los cana-les de K+ que reaccionan con los ROS (o el glutatin).

Identidad molecular del canal de K+ sensible a la PO2. Este as-pecto tiene un inters primordial para la comprensin de la trans-duccin hipxica. El primer canal de K+ sensible a la PO2, descritoen clulas quimiorreceptoras de conejo, es dependiente de vol-taje y tiene un umbral macroscpico de activacin en torno a los40 mV [87,111]. Dado que el potencial de membrana (Em) de lasclulas oscila entre 50 y 60 mV, el dilema era evidente: si loscanales sensibles a O2 estuvieran cerrados, la hipoxia no podradisminuir su Po. La situacin era similar en las clulas quimiorre-ceptoras de rata, en las que el primer canal sensible a la PO2descrito era el maxi-K+: en reposo (en normoxia) la concentracinintracelular de Ca2+ es baja y el Em negativo, por lo que el maxi-K+ estara igualmente cerrado y la disminucin de la PO2 tampocopodra hacer disminuir la Po. En otras palabras, ninguno de losdos canales con sensibilidad a la hipoxia descritos pareca contri-

Figura 2. Modelo de membrana de transduccin del estmulo hipxico enel cuerpo carotdeo. Los aspectos menos caracterizados en el modeloaparecen en cursiva. NSC: nervio del seno carotdeo.

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buir, en trminos macroscpicos, al mantenimiento del Em enreposo (normoxia) y, por tanto, no podan alterarlo. Los argumen-tos que hemos utilizado [6,95,112] para defender el modelo demembrana son de doble naturaleza: o bien que la Po al Em nor-mxico fuera, aunque muy baja, distinta de cero, o bien que lasclulas presentaran actividad elctrica espontnea. En ambos ca-sos, la inhibicin de los canales de K+ por la hipoxia s que podraregular la cintica de activacin de los canales de Ca2+ dependien-tes de voltaje, y, por tanto, la entrada de Ca2+.

Dos hallazgos recientes parecen resolver esta problemtica.El primer hallazgo se realiz en clulas quimiorreceptoras de rata.En esta especie, varios autores [91,113,114; ver tambin 115]haban encontrado que el TEA (hasta 20 mM) y la caribdotoxina(20 nM), separadamente o en combinacin con hasta 5 mM de 4-aminopiridina, no modificaban en condiciones de normoxia ni elEm ni los niveles de Ca2+ de las clulas quimiorreceptoras aisladas,ni la liberacin de DA ni las descargas en el NSC en CC intactos;tampoco afectaban la liberacin de DA o la actividad en el NSCevocada por la hipoxia. Las conclusiones de estos estudios eranobvias, como se desprende de los propios ttulos de los artculos.Sin embargo, Buckler [91] hizo un hallazgo adicional: las clulasquimiorreceptoras de rata poseen una corriente leaky, indepen-diente de voltaje, que es inhibida por la hipoxia de forma rever-sible. Posteriormente identific al canal que lleva dicha corrientecomo el TASK-1 [92,93], aunque tambin podran contribuirotros canales de la misma familia [116]. Es importante sealarque la sensibilidad a la hipoxia de estos canales leaky, evidente enregistros cell-attached, se pierde al escindir los parches de mem-brana y pasar a registrar en configuracin inside-out. En suma, loshallazgos de Buckler han resuelto un problema, pero han arrojadosombras sobre otros aspectos que parecan resueltos, tal como lasensibilidad intrnseca de la membrana celular a la hipoxia (verms arriba).

El segundo hallazgo se realiz en clulas quimiorreceptorasde conejo con dominantes negativos para canales de la familiashaker (Kv1) o shal (Kv4) obtenidas por transferencia adenoviralde los correspondientes de genes mutados. En ellas hemos encon-trado que slo las clulas nulas para la familia Kv4 estaban des-polarizadas en condiciones de normoxia y no se despolarizabanni por la hipoxia ni por las 4-aminopiridinas, lo que indica queestos canales (y no los Kv1) contribuyen al mantenimiento del Emy son responsables de la despolarizacin producida por la hipoxia[117]. En experimentos ms recientes [118], en los que se hautilizado una combinacin de tcnicas electrofisiolgicas, micro-fluorometra con imagen para Ca2+, RT-PCR, inmunocitoqumi-ca e hibridacin in situ, hemos confirmado las observacionesprevias al verificar la expresin de subunidades Kv4.1 y Kv4.3 entodas las clulas quimiorreceptoras, TH-positivas. Adems, he-mos encontrado que un nmero importante de clulas expresa,junto con stas, subunidades Kv3.4, que tambin sustentan co-rrientes transitorias.

En suma, pensamos que el modelo de membrana se ajusta feno-menolgicamente a las observaciones experimentales macrosc-picas y es capaz de acomodar a un nmero muy importante de lasobservaciones existentes en el mbito celular y molecular.

Mecanismos de transduccin de los estmulos cido e hipercpnicoLa anhidrasa carbnica acelera la hidratacin y deshidratacindel CO2, con lo que hace ms rpido el cambio de la concentracinde H+ en respuesta a alteraciones de la PCO2. Dado que la enzima

se localiza intracelularmente, y que su inhibicin elimina los cam-bios transitorios de la respuesta del CC a la presentacin y retiradade un estmulo consistente en un aumento de CO2, podramosconcluir que la seal que se detecta en el CC es la concentracinintracelular de H+. Una prediccin consistente con esa conclusines que la perfusin del CC con soluciones a un pH 7,40, pero quecontengan cidos dbiles o tengan una PCO2 alta, sera capaz deactivar a las clulas quimiorreceptoras aumentara la liberacinde DA y a las terminaciones sensoriales aumentara la frecuen-cia de descargas en el NSC [119]. Ambas predicciones, relativasal pH intracelular al inhibir la anhidrasa carbnica y al perfundircon cidos dbiles, han sido verificadas por Buckler et al [120,121]con mediciones directas en clulas quimiorreceptoras aisladas derata. En suma: al ser el aumento de la concentracin intracelularde H+ el estmulo para las clulas quimiorreceptoras, la preguntaes: cmo es capaz de activar las clulas un aumento de la con-centracin intracelular de H+?

En nuestro laboratorio, trabajando en preparacin intacta deCC de gato y conejo, encontramos que los estmulos cidos muyintensos producan una liberacin de DA muy pequea en compa-racin con los estmulos hipxicos, aun de intensidad moderada[81,119]. Lo mismo es cierto en CC intacto de rata [76]. Encon-tramos, por una parte, que la liberacin evocada por los estmuloscidos era dependiente del Ca2+ extracelular en un 80% (la res-puesta hipxica es dependiente en ms de un 95%) y, por otra, queni el BayK 8644, una dihidropiridina agonista de canales de Ca2+dependientes de voltaje tipo L [78], ni la tetrodotoxina [81] modi-ficaban la respuesta secretora inducida por acidosis hipercpnicani por cidos dbiles. Con estos hallazgos, propusimos que laactivacin de las clulas quimiorreceptoras por el cido no reque-ra despolarizacin ni participacin de canales de Ca2+ dependien-tes de voltaje como va de entrada del Ca2+ [122]. Esta propuestaera consistente con que las corrientes de Ca2+ de las clulas qui-miorreceptoras, al igual que las de otra gran variedad de clulas,se inhiben al disminuir el pH [6,123]. Proponamos como va de

Figura 3. Modelos de transduccin del estmulo cido-hipercpnico. a) Mo-delo propuesto por nuestro laboratorio (Rocher et al, 1991 [122]). Comopuede observarse, la liberacin de neurotransmisores en este modelodependera de la entrada de Ca2+ en intercambio por Na+ a travs delintercambiador Na+/Ca2+. b) Modelo propuesto por Buckler et al [125,126],en el que la entrada de Ca2+ tendra lugar por canales de Ca2+ dependientesde voltaje. HA: cido dbil.

a b


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entrada de Ca2+ el funcionamiento en modo reverso del intercambia-dor Na+/Ca2+ que estara movido por el aumento de Na+ intracelularproducido por los mecanismos de expulsin de H+ de las clulasquimiorreceptoras (intercambiadores Na+/H+ y Na+,HCO3-/H+,Cl-),de cuya existencia se obtuvo evidencia experimental en CC deconejo intacto [79,122]. Propusimos el siguiente modelo: el au-mento de la concentracin intracelular de H+ activa los mecanis-mos homeostticos de las clulas, que expulsan H+ en intercambiopor Na+ con el consiguiente aumento de la concentracin intrace-lular de Na+. Este aumento activara el intercambio de Na+/Ca2+,con salida de Na+ e ingreso de Ca2+, que promovera la respuestasecretora [6,95,122]. La expulsin de Na+ de las clulas en inter-cambio con Ca2+ se vera favorecida porque la acidificacin intra-celular inhibe la bomba de Na+ [124] (Fig. 3a).

Buckler y Vaughan-Jones [125,126] han obtenido en clulasquimiorreceptoras aisladas de rata datos que entran en conflictofrontal con la descripcin que acabamos de hacer. Estos autoresencuentran que los estmulos cidos despolarizan las clulas ygeneran potenciales de accin, que deben ser potenciales de Ca2+,porque las clulas quimiorreceptoras de rata no poseen canales deNa+ (Fig. 3b). La amplitud de la despolarizacin y de las rfagas depotenciales de accin, as como los aumentos de la concentracinintracelular de Ca2+ producidos por los estmulos cidos en lasclulas quimiorreceptoras son comparables a las producidas por lahipoxia [comparar 126 y 127], lo que contrasta con la escasa capa-cidad de los estmulos cidos para liberar DA tanto en rata [76]como en gato [comparar 75 y 119] como en conejo [78] o paraaumentar la frecuencia de descargas en el NSC [128]. Podra argu-mentarse que la acidificacin intracelular reducira la afinidad de lamaquinaria exocittica por el Ca2+, con lo que, a pesar del aumentorelativamente alto de la concentracin intracelular de Ca2+, la res-puesta secretora sea pequea. Sin embargo, esta posibilidad contra-dice la potenciacin de respuestas que se observa entre los estmu-los hipxicos y cidos [129]. Finalmente, aunque la gran sensibi-lidad del maxi-K a la acidificacin intracelular [130] es congruentecon la despolarizacin que producen los estmulos cidos en lasclulas quimiorreceptoras, el TASK-1 es sensible al pH extracelu-lar [93] y, segn hemos comentado, los cidos dbiles, incluido elpropio CO2, producen un aumento del Ca2+ intracelular aun con unpH extracelular de 7,40 [125,126]. En suma, tambin en el caso dela transduccin del estmulo cido existen inconsistencias, algunastal vez debidas a diferencias entre especies, que requieren experi-mentos adicionales para su clarificacin. Por ejemplo, mientrasque nuestros experimentos pusieron de manifiesto la presencia deun intercambiador Na+/Ca2+ muy potente en clulas quimiorrecep-toras de conejo ya que la inhibicin de la bomba de Na+/K+ (ouba-na y eliminacin de K+ del medio extracelular) promueve una res-puesta secretora intensa que desaparece cuando no hay Na+ y Ca2+extracelular [122], Buckler y Vaughan Jones encontraban quedicho intercambiador jugaba un papel menor en la homeostasis delCa2+ en las clulas quimiorreceptoras de rata [126].Neurotransmisin entre las clulas quimiorreceptorasy las terminaciones sensoriales del nervio del seno carotdeoAspectos histricosLa idea de un proceso de neurotransmisin entre las clulas qui-miorreceptoras y las terminaciones sensoriales est presente en lamisma definicin del CC como un rgano sensorial [11]. Hastafinales de 1950, el nico neurotransmisor considerado en el CCera la ACh, cuya naturaleza quimioexcitatoria haba sido descu-bierta por Heymans et al y por Anichkov et al en 1936 [ver 52].

En 1938 Schweitzer y Wright [131] observaron que la fisostigmi-na (un anticolinestersico) activaba la ventilacin, al igual que laACh, y concluan que la ACh sera el neurotransmisor en el CC.Hasta 1968 ha habido mltiples estudios [52,132-135]. El prin-cipal contencioso en todos estos aos era que los bloqueadoresnicotnicos (el efecto estimulante de la ACh es nicotnico), aun-que eliminaban el efecto estimulatorio de la ACh exgena, sloreducan parcialmente la respuesta a la hipoxia.

En el ao 1957, Lever and Boyd [136], en uno de los primerosestudios del CC al microscopio electrnico, demostraron la pre-sencia en las clulas quimiorreceptoras de grnulos de ncleodenso, comparables a los de las clulas cromafines de la mdulaadrenal, y proponan que tal vez se debiera a que las CA fueranlos neurotransmisores. Esta propuesta promovi mltiples estu-dios para demostrar a nivel bioqumico e histoqumico la presen-cia de CA en el CC de todas las especies y en los que se estudia nivel farmacolgico el efecto de las CA sobre la actividad elc-trica en el NSC o sobre la ventilacin [ver revisin en 65]). Laproblemtica con las CA como posibles neurotransmisores en launin clula glmica-terminaciones sensoriales del NSC es quelas CA exgenas no siempre mimetizan los efectos de los estmu-los naturales: en vez de estimular, como la hipoxia, con frecuen-cia inhiben las descargas en el NSC o la ventilacin.

Adems de la presencia de serotonina en el CC, demostrada porChiochio et al. en 1967 [137], y cuyo significado funcional esdudoso [25], existen evidencias bioqumicas e inmunocitoqumi-cas de la existencia de un nmero importante de neuropptidos (verel apartado Organizacin estructural). Aunque existen observa-ciones experimentales respecto a acciones concretas de uno u otropptido, el significado funcional general de los neuropptidos enel CC, ya sea como moduladores de la funcin de las clulas gl-micas o de la transmisin sinptica, o como factores trficos a largoplazo, no est bien definida [23,25]. Cabe destacar a la sustancia Ppor la gran atencin que ha recibido. La ausencia de ARNm quecodifique para este neuropptido en las clulas quimiorreceptorasla excluye como neurotransmisor primario, pero muy bien pudieraser que la liberacin de sustancia P de las terminaciones sensoria-les, donde es muy abundante ([27]; funcin eferente de las termi-naciones aferentes), fuera capaz de modular la actividad quimio-rreceptora. Sin embargo, a la hora de asignar un papel a la sustanciaP, los datos farmacolgicos son conflictivos (comparar [138] con[139,140]); adems, la observacin en knock outs para receptoresNK-1 de que la actividad basal y la respuesta a la hipoxia en el NSCes idntica a la observada en los animales controles [26] cuestionaseriamente un papel significativo para este neuropptido en la qui-miorrecepcin arterial. Los pptidos opioides, presentes en lasclulas quimorreceptoras, son inhibidores tanto de la actividad enel NSC como de la ventilacin [6,141], y al menos parte de susacciones las ejercen mediante receptores presinpticos, ya que soncapaces de inhibir la respuesta secretora de las clulas quimiorre-ceptoras frente a gran variedad de estmulos [142].

Una ltima consideracin que hacer en esta introduccin his-trica hace referencia a la aparicin de la preparacin del CC invitro. Dado que muchas de las sustancias propuestas como trans-misores (y sus agonistas y antagonistas) en el CC son vasoactivas,la interpretacin de los experimentos con CC in situ se complicapor el hecho de que la modificacin del flujo sanguneo altera pors misma la descarga quimiorreceptora, por lo que no se sabe si elefecto observado ante la aplicacin de una droga se genera a nivelvascular o a nivel de la sinapsis entre clulas quimiorreceptorasy terminaciones sensoriales. Para obviar estas incertidumbres,

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Eyzaguirre y Lewin [143] desarrollaron una preparacin de CCsuperfundido in vitro en la que se evitan los efectos vasculares. Asse facilita la interpretacin de los hallazgos; adems esta prepara-cin, o variantes de la misma, han permitido profundizar en el an-lisis de mltiples aspectos neuroqumicos y metablicos del CC.

Hiptesis colinrgicaAunque no sea en prrafos diferenciados, vamos a seguir los crite-rios clsicos de McLennan [144] en la discusin de las hiptesis dela neurotransmisin entre las clulas quimiorreceptoras y las termi-naciones sensoriales del NSC (Tabla). As pues, hemos de pregun-tarnos: existe ACh en las clulas glmicas para que pueda ser elneurotransmisor entre las clulas y las terminaciones nerviosas?Existen los sistemas enzimticos para sintetizarla y los transpor-tadores para almacenarla? Segn hemos comentado, existen dis-crepancias entre contenido y sntesis de ACh en el CC: Fidone etal. [30] y Hellstrom [31] encontraron niveles similares (por unidadde peso) en CC de rata y gato, mientras que en nuestro laboratoriohemos observado que el CC de gato no sintetiza ACh ni tieneactividad ChAT [32]. Wang et al. [145] encuentran mediante inmu-nocitoqumica ChAT en clulas quimiorreceptoras de gato y cone-jo, y ms recientemente Nurse y Zhang [146] encuentran el trans-portador de ACh en clulas quimiorreceptoras en cultivo obtenidasde ratas jvenes. El peso de la evidencia parece indicar que lasclulas glmicas seran colinrgicas [147] y contradicen la eviden-cia negativa de los experimentos de Almaraz [32]. Sin embargo,Gauda [29] encuentra que las clulas quimiorreceptoras no poseenmensajero para la ChAT ni para el transportador de ACh y criticala especificidad de los anticuerpos utilizados por Wang et al [145]y propone la induccin de rasgos colinrgicos (como el transpor-tador de ACh) en las clulas quimiorreceptoras en cultivo [ver148]. A pesar de estos hallazgos, la duda persiste: dnde estlocalizada la ACh que se ha detectado en el CC? Schtz et al [149]encontraron que el transportador para ACh se localizaba en algunasterminaciones nerviosas en el CC y en la neuronas localizadas enla periferia del CC, y no en las clulas quimiorreceptoras; Gauda[29] encuentra lo mismo: alguna neurona periglmica y algunasneuronas del petroso son positivas para ChAT. Estas neuronas

podran contener la ACh, pero un recambio bajo de la misma enestas estructuras podra explicar la ausencia de sntesis de ACh. Sinembargo, cintica y autorradiogrficamente se ha demostrado lapresencia de un sistema de captacin de colina de alta afinidad enlas clulas quimiorreceptoras [150,151]. Dado que este sistema decaptacin es un marcador colinrgico, las clulas quimiorrecepto-ras habran de ser colinrgicas.

La existencia de acetilcolinesterasa, como mecanismo deinactivacin de ACh, se ha demostrado en multitud de estudios,aunque no sabemos nada de las posibles isoformas de la enzimalocalizadas en el CC [65,147]. La liberacin de ACh del CC enrespuesta a la estimulacin natural ha sido demostrada por Eyza-guirre y sus colaboradores en los aos 60, en experimentos tipoLoewi [152,153]. Ms recientemente, Fitzgerald et al [154-156]han confirmado con HPLC la presencia de ACh en efluentes delCC y un aumento de la misma al perfundir con soluciones hipxi-cas; sorprendentemente, en ninguno de estos estudios se han pro-porcionado datos del contenido de ACh en el CC.

La existencia de receptores nicotnicos en el CC era evidente,ya que multitud de agentes nicotnicos estimulaban los quimiorre-ceptores. Sin embargo, la pregunta era dnde estaban localizadosDemostramos una unin (binding) especfica de -bungarotoxinaen el CC, que localizamos autorradiogrficamente en las clulasquimiorreceptoras y que no se modificaba tras la denervacin delNSC [157,158]. Esto nos llev a proponer que los agentes nicot-nicos produciran sus efectos a nivel presinptico. Observacionesposteriores, al comparar las acciones de la -bungarotoxina con lasde la mecamilamina, nos llevaron a sugerir la existencia de unsubgrupo de receptores nicotnicos no marcados por la toxina yque, por tanto, podran encontrarse en las terminaciones nerviosassensoriales [159]. Shirahata et al [160] y, ms recientemente, Gau-da [29] han demostrado por inmunocitoqumica y por hibridacinin situ la presencia de dichos receptores en clulas quimiorrecep-tores y en terminaciones sensoriales, as como la presencia de ARNmpara dichas subunidades en neuronas del ganglio petroso. Las c-lulas quimiorreceptoras tambin expresan receptores muscarnicosque son de naturaleza fundamentalmente inhibitoria [161-163].

De los dos criterios farmaclogicos el de identidad de accin

Tabla. Criterios de McLennan a para asignar a una sustancia el papel de neurotransmisor y su grado de cumplimiento por distintos candidatos a neurotrans-misores, neuromoduladores o cotransmisores.

Acetilcolina Dopamina Sustancia P ATP

Presencia en el elemento presinptico en concentracin adecuada + +

Presencia de maquinaria responsable de su sntesis o almacenamiento + -- +en el elemento presinptico. La inhibicin de estos sistemasdebe alterar la neurotransmisin de forma predecible

Liberacin del elemento presinptico en relacin con la intensidad de la estimulacin + ?

Presencia de receptores en el elemento postsinptico + + ? +

Presencia de mecanismos de inactivacin (sistema enzimtico, captacin o recaptacin y lavado). + + + +La inhibicin de estos sistemas debe alterar la neurotransmisin de forma predecible

Identidad de accin: la sustancia candidata a neurotransmisor debe mimetizar + los efectos de la estimulacin natural

Bloqueo: el bloqueo de los receptores postsinpticos debe abolir el efecto de la estimulacin natural +

El signo +, indica consenso en la literatura sobre la demostracin satisfactoria del criterio; , la existencia de datos contradictorios en la literatura; , que la literaturadisponible no satisface el cumplimiento de ese criterio; ?, indica que ese aspecto particular no ha sido estudiado. a La formulacin de los criterios de McLennan en estatabla no sigue ni el enunciado ni el orden de la formulacin originales expuestos por el autor en su libro [144]. No obstante, utilizamos el nombre de McLennan por su valorhistrico, ya que la propuesta de McLennan constituye, tal vez, la primera en la que se presentan de forma sistematizada tanto criterios fisiolgicos como farmacolgicos.


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y el de bloqueo el primero ha sido claramente demostrado pormultitud de investigadores y es el origen de la propia hiptesiscolinrgica: todos los agentes nicotnicos originan reflejos en elCC que aumentan la ventilacin y aumentan las descargas en elNSC; los agonistas nicotnicos aumentan la liberacin de DA enlas clulas quimorreceptoras, despolarizan las clulas, producenuna corriente de entrada y aumentan la concentracin intracelularde Ca2+ [7,147]. El criterio del bloqueo de la estimulacin naturalpor los bloqueadores nicotnicos ha sido la bandera de los crticosde la hiptesis colinrgica: dichos agentes eliminaban completa-mente la activacin producida por los agonistas nicotnicos, peroslo parcialmente la activacin producida por la estimulacinnatural. Sin embargo, este bloqueo incompleto [164] hay que verloen la actualidad bajo la perspectiva de la cotransmisin, y no desdela concepcin errnea del principio de Dale [165]. En este sentido,Nurse et al [48,146,166,167] encuentran que las clulas quimio-rreceptoras y las neuronas del petroso en cocultivo forman sinap-sis funcionales, de tal forma que, registrando en las neuronas trasformar las sinapsis, y no antes, es posible observar actividad es-pontnea y un aumento de descargas en respuesta a la hipoxia que

se bloquean por una mezcla de bloquedo-res nicotnicos (mecamilamina) y purinr-gicos (suramina), por lo que concluyen quela transmisin en la sinapsis clula quimio-rreceptora-terminacin sensorial, al menosen el medio artificial que supone el cultivo,es una cotransmisin nicotnica y purinr-gica. Los receptores purinrgicos respon-sables de la cotranmisin en el CC seranreceptores P2X2 y P2X3 (ya sea como ho-morreceptores o como heterorreceptores),cuya expresin se solapa muy frecuente-mente en las mismas neuronas del gangliopetroso y en las terminaciones nerviosasdel NSC a nivel intraglmico [168].

En suma, ha habido varios ciclos vita-les en la hiptesis colinrgica. Un primerciclo, de ascensin, va desde su nacimien-to en los aos 30 del siglo pasado hasta la

revisin de Eyzaguirre y Zapata en 1968 [135], en la que la hip-tesis se consolid como doctrina de los mecanismos de quimio-rrecepcin. Las ideas de Biscoe [35] de que el CC era un receptorsensorial primario y otras crticas derivadas de la incapacidad delos bloqueadores nicotnicos para eliminar la respuesta a la hi-poxia y los datos de unin con -bungarotoxina llevaron a lahiptesis a su punto ms bajo. Los datos de inmunocitoqumicade ChAT y del receptor nictnico y los datos de cotransmisinen cultivos han vuelto a elevar la hiptesis colinrgica, pero lasobservaciones de Gauda [29], de ausencia de ChAT en clulasglmicas, parecen cuestionar una vez ms dicha hiptesis.

Hiptesis catecolaminrgica o dopaminrgicaLa presencia de CA en el CC, incluido el humano, se ha demostradoen muchos laboratorios [ver referencias en 6,25,65]. El contenidode DA es alto en todas las especies, pero las proporciones DA/NAvaran (Fig. 4): hay animales cuyos CC son principalmente dopa-minrgicos (conejo, rata y ratn) y otros mixtos, dopaminrgicosy noradrenrgicos (gato). Aunque los valores absolutos de CAreferidos al CC humano tienen poco valor, ya que los rganos sonobtenidos en necropsias a distintos tiempos post mortem, pareceque el CC humano es, preferentemente, dopaminrgico [169,170].

Las enzimas involucradas en la sntesis de CA, y el propioproceso de sntesis, han sido estudiado por varios laboratorios y,de forma muy extensa, por Gonzlez et al [69-72,75,171]; losmecanismos de inactivacin fueron igualmente estudiados ennuestro laboratorio [172]. De estos estudios destacamos que latirosina hidroxilasa se induce por hipoxia en rata, conejo y gato(la hipoxia aument la Vmax sin cambiar la Km), aspecto, esteltimo, verificado posteriormente a nivel de ARNm [173]. Lasclulas glmicas carecen de un sistema de captacin de CA de altaafinidad, pero poseen un sistema de baja afinidad y fuerte activi-dad monoamino oxidasa y catecol-O-metiltransferasa, a juzgarpor los catabolitos de la DA que se producen en el CC. La falta delsistema de alta afinidad explicara la insensibilidad del CC a la 6-hidroxidopamina [174].

En experimentos de unin demostramos la existencia de re-ceptores DA-2, cuya densidad se reduca en torno al 50% al sec-cionar crnicamente el NSC: esto indica que la mitad de los re-ceptores DA-2 seran autorreceptores en las clulas glmicas, yla otra mitad, receptores postsinpticos [175]. Posteriormente,obtuvimos evidencias de la presencia de receptores de la familia

Figura 4. Contenido de catecolaminas en el cuerpo carotdeo de distintas especies. C: cuerposcarotdeos control; S: cuerpos carotdeos provenientes de animales en los que el ganglio cervicalsuperior ha sido extirpado quirrgicamente 7-15 das antes de la extirpacin de los cuerpos carot-deos para anlisis. Para gato, conejo y rata, los contenidos se expresan por unidad de peso de tejido;para ratn, se expresan por cuerpo carotdeo (CC).

Figura 5. Liberacin de dopamina (DA) por el cuerpo carotdeo y actividadelctrica en el nervio del seno carotdeo (NSC) en conejo superfundido consoluciones saturadas con mezclas de gases que contenan el porcentajede O2 que aparece en abscisas. La liberacin basal se obtuvo duranteperiodos de idntica duracin de superfusin con soluciones equilibradascon 100% de O2.

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DA-1 en el CC, ya que la DA y los agonistas dopaminrgicos DA-1 aumentaban los niveles de AMPc y los antagonistas especficosrevertan el efecto [176]. Estas observaciones han sido confirma-das por hibridacin in situ, Northern blot y RT-PCR por varioslaboratorios [29,177-180].

La liberacin de DA y NA ha sido sugerida por mltiplesestudios in vivo al demostrar una disminucin de DA o NA aso-ciada a un aumento del recambio de las mismas tras un episodioagudo de hipoxia [e.g. 181]. Sin embargo, han sido los laborato-rios de Fidone y el nuestro propio los que han caracterizado msen detalle, utilizando mtodos radiosotpicos, la liberacin deCA en relacin con multitud de estmulos [58,68,74-77,81,119,122,182-186], en especial para el estmulo hipxico (Fig. 5). Varioslaboratorios han estudiado la liberacin de DA, tambin en rga-no intacto, pero con tcnicas voltamtricas [26,187-190]. Enclulas aisladas, nosotros caracterizamos la liberacin de DA in-ducida por la hipoxia, incluida su dependencia de Ca2+, por m-todos radioisotpicos [85]; posteriormente, otros laboratorios hanconfirmado y refinado nuestras observaciones con mtodos vol-tamtricos [e.g. 191,192]). La liberacin de CA en el CC intactoo clulas quimiorreceptoras aisladas trasciende a la neurotrans-misin sensu stricto, ya que es un parmetro que se utiliza comondice de la activacin de las clulas quimiorreceptoras: no exis-te, que sepamos, ningn estmulo para el CC que no aumente laliberacin de CA y, adems, existe una correlacin razonableentre intensidad de estimulacin y aumento de liberacin de DAy de frecuencia de potenciales de accin en el NSC frente a ml-tiples estmulos [25,95]. A este respecto, existen estudios de Do-nnelly [193,194] e Iturriaga et al [189] en los que se muestra que,frente a estimulacin repetida o en animales reserpinizados, talparalelismo se rompe: la liberacin de DA disminuye con cadanuevo estmulo, pero la frecuencia de descargas en el NSC semantiene esencialmente constante. Hay que destacar que este esel patrn normal de conducta de los sistemas catecolaminrgicosa la estimulacin repetida y a la reserpinizacin [195-198].

Los criterios fisiolgicos (presencia, maquinaria de biosnte-sis, liberacin, presencia de receptores e inactivacin) que acaba-mos de describir para la DA se cumplen satisfactoriamente paraconsiderar a esta CA como el neurotransmisor excitador prima-rio, pero tambin para considerar a la DA como un cotransmisoro neuromodulador, ya sea excitatorio o inhibitorio. Son, por tan-to, los criterios farmacolgicos criterios de identidad de acciny de bloqueo los que han de constituir la base para asignar a laDA un significado funcional u otro. Sin embargo, la interpreta-cin de los hallazgos encaminados a verificar esos dos criterios noes unvoca: aun cuando los hallazgos experimentales son incon-trovertibles (reservado el margen del error experimental), existenmuchos argumentos e incertidumbres que permiten asignar a esoshallazgos un significado funcional o el opuesto, segn prejuiciospersonales que, consideramos, son cientficamente aceptables.As por ejemplo, la DA inyectada intracarotdeamente va a poderactuar [6,141] al menos sobre:

Posibles receptores dopaminrgicos localizados en los vasosintraglmicos; al alterar el flujo sanguneo puede modificar laactividad elctrica en el NSC, tanto en condiciones de nor-moxia como de hipoxia [176].

Receptores presinpticos en las clulas quimiorreceptoras (au-torreceptores), cuya activacin va a producir inhibicin de laliberacin endgena de DA [199].

Receptores postsinpticos localizados en las terminacionessensoriales del NSC, donde generar una respuesta que no se

sabe cul es, ya sea aumento o disminucin de la actividad enel NSC; hay que sealar, sin embargo, que en ganglio petrosoaislado y con todas sus ramas seccionadas, la DA inhibe laactividad evocada por la aplicacin de ACh y registrada an-tidrmicamente en el NSC, sin afectar la actividad espont-nea que muestran las neuronas del ganglio petroso [200].

A esta multiplicidad de sitios de accin de la DA hay que aadirincertidumbres interpretativas derivadas de estudios realizadoscon dosis nicas o curvas dosis-respuesta incompletas, tal comoseala McQueen [201] en su amplia revisin.

Trataremos de forma ms detallada los datos obtenidos engato, ya que ha sido la especie ms utilizada en el estudio de loscriterios farmacolgicos de la DA. Teniendo en cuenta las consi-deraciones hechas en el prrafo anterior, la observacin experi-mental ms comn de que la DA a dosis bajas, ya sea inyectadaintracarotdea o intravenosamente in vivo, o aplicada a la prepara-cin superfundida in vitro, produce inhibicin de las descargas[202-208] puede ser interpretada legtimamente suponiendo quela DA es un neurotransmisor o neuromodulador inhibitorio[141,209]. Sin embargo, puede argumentarse que en los experi-mentos in vivo la DA inyectada producira vasodilatacin y, portanto, un aumento de flujo al CC y una disminucin de la descargapor aumento del aporte de O2 (no se sabe si los vasos intraglmicosposeen receptores dopaminrgicos en esta especie animal); entodos los experimentos, tanto in vivo como in vitro, la DA exgenaproducira, adems, inhibicin de la liberacin endgena de DAactuando sobre autorreceptores, con el resultado neto de una dis-minucin real de la concentracin de DA a nivel del espacio sinp-tico. La sugerencia de actuacin preferencial sobre los autorre-ceptores antes que sobre los receptores postsinpticos se basa enobservaciones hechas en otros sistemas. As, Siggins [210], discu-tiendo sobre la afinidad o sensibilidad de los receptores extrasinp-ticos, presinpticos y postsinpticos escriba: Therefore, it is rea-sonable to expect that the lowest dose response of neurons tobath-applied transmitters might reflect more a presynaptic mecha-nism than the response to higher transmitter concentrations [vertambin 211]. Estas consideraciones pueden llevar a concluir,tambin legtimamente, que la DA es un neurotransmisor o unneuromodulador excitatorio capaz de aumentar la actividad delNSC actuando sobre los receptores postsinpticos [6,25].

Siguiendo con el CC de gato, la DA administrada a concentra-ciones altas, tanto in vivo como in vitro, y a todas las concentracio-nes tras la administracin de bloqueadores dopaminrgicos, es pre-ferentemente excitadora, y hace aumentar la frecuencia de descar-gas en el NSC [202-205,212]. Adems, tambin es comn observarque la administracin de antagonistas dopaminrgicos per se (es-piroperidol, haloperidol, droperidol, metoclopramida, sulpiride,domperidona) aumenta la frecuencia basal de descargas en NSC yel nivel de la ventilacin en reposo [205,213-218]; la respuesta delCC a la estimulacin hipxica tambin est aumentada tras la apli-cacin de bloqueadores dopaminrgicos [213,215,219]. Indepen-dientemente de cualquier prejuicio, lo que estos hallazgos dicen esque hay receptores dopaminrgicos en el CC que son capaces deestimular la actividad quimiorreceptora, y que estos receptores(opuestamente a los que producen inhibicin de la actividad qui-miorreceptora) deben poseer una menor afinidad o accesibilidadpara la DA, ya que se requieren dosis altas de DA para activarlos;tambin deben poseer menor afinidad o accesibilidad para los an-tagonistas dopaminrgicos, ya que resisten su bloqueo a las con-centraciones que eliminan los efectos inhibitorios de la DA. La


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pregunta que consideramos que debemos formularnos es cmoocurren las cosas fisiolgicamente, sobre qu receptores est ac-tuando la DA endgena que sabemos que se libera de forma basaly cuya liberacin aumenta durante la hipoxia.

Con el conjunto de hechos aportados en esta seccin contesta-ramos a esa pregunta as: en condiciones basales, la DA liberadaest contribuyendo a generar el nivel de actividad en el NSC ac-tuando sobre receptores postsinpticos; dada la baja velocidad deliberacin de DA, su concentracin a nivel de los receptores presi-npticos sera baja, pero suficiente como para ejercer una inhibi-cin tnica de la liberacin basal de DA, merced a la gran afinidadde estos receptores por la DA [199]. El bloqueo de los receptoresdopaminrgicos presinpticos aumenta la liberacin de DA lo queexplicara que los antagonistas dopaminrgicos activaran las des-cargas en el NSC, ya que produciran un aumento de la concentra-cin de DA en el espacio sinptico, al nivel de los receptores post-sinpticos. La inhibicin preferencial de los receptores presinpti-cos sobre los postsinpticos ha sido descrita en otras estructuras[220,221]. Sin embargo, los antagonistas dopaminrgicos a dosisaltas son capaces de abolir la actividad basal en el NSC [222] y deabolir las respuestas del CC a la asfixia [214], ya que, aunqueprovoquen un aumento de la liberacin de DA, los antagonistasalcanzaran concentraciones adecuadas en el espacio sinptico ylos receptores postsinpticos como para bloquear la accin de laDA endgena sobre estos receptores. Segn hemos argumentadoantes, la administracin exgena de DA o de agonistas dopaminr-gicos a dosis bajas actuara preferentemente sobre los receptoresvasculares y presinpticos, haciendo aumentar el flujo sanguneoal CC e inhibiendo la liberacin de DA endgena, con la consi-guiente disminucin de la concentracin de DA a nivel de losreceptores postsinpticos y con el resultado neto de inhibicin; esteefecto sera cierto en condiciones basales y durante la estimulacinhipxica o hipercpnica, aunque en condiciones de estimulacin elefecto relativo debera ser menor. La administracin de dosis altasde DA o de sus agonistas producira directamente aumento de lasdescargas, ya que, independientemente de lo que ocurra con laliberacin de la DA endgena, la DA aplicada exgenamente al-canzara concentraciones adecuadas a nivel de los receptores post-sinpticos como para producir el efecto estimulatorio. El lectoratento apreciar que esta interpretacin, que implica que la DA esconsiderada como un transmisor, un modulador o un cotransmisorexcitatorio, se basa en observaciones que son incompletas y requie-re hechos experimentales adicionales para su verificacin.

La situacin en otras especies es cualitativamente similar [6,141],por lo que la interpretacin dada en el prrafo anterior sera aplica-ble a todas las especies. Las posibles diferencias cuantitativas ob-servadas deberan atribuirse a diversas proporciones de receptoresdopaminrgicos vasculares y presinpticos y postsinpticos [6].nicamente deseamos referirnos a un trabajo reciente realizado encocultivos de clulas quimiorreceptoras y neuronas del gangliopetroso de rata, en el que Zhong et al [48] encuentran que la espi-perona (5-50 mM) no previno o tuvo un efecto no apreciablesobre el aumento de descargas evocado por la hipoxia en las cinconeuronas registradas, mientras que la respuesta fue inhibida rever-siblemente por hexametonio 100-200 mM. Sin embargo, esta ob-servacin/conclusin requiere, al menos, tres consideraciones:a) En los registros tipo que se muestran para la respuesta hipxi-

ca control y en presencia de 20 mM de espiperona obtenidosde la misma clula, la respuesta a la hipoxia es un 33% menoren presencia de la droga (no se proporcionan ms datos en elartculo).

b) La espiperona, al actuar sobre los autorreceptores de las clulasquimiorreceptoras, va a aumentar la liberacin de DA, por lo quela concentracin de DA en la unin sinptica debera ser mayoren presencia que en ausencia del bloqueador dopaminrgico.

c) Por el contrario, el hexametonio debe estar bloqueando laaccin de la ACh tanto postinptica como presinpticamente;esto es, en presencia de hexametonio, la concentracin de DAen el espacio sinptico debe ser menor que en condicionescontrol, ya que, si la activacin de los receptores nicotnicosaumenta el Ca2+ intracelular y la liberacin de CA, su bloqueodebera disminuirla [159].

Otros neurotransmisoresYa hemos mencionado en la seccin de estructura que en el CCexiste un gran nmero de sustancias que en otros sistemas jueganun papel de cotransmisores o de moduladores de la actividadsinptica. Cabe sealar en este sentido al ATP. En prrafos ante-riores, al hablar de la teora colinrgica, nos hemos referido ahallazgos recientes obtenidos por el grupo de Nurse en cocultivosde clulas quimiorreceptoras y neuronas del ganglio petroso derata, los cuales indican que el ATP desempea un papel importan-te en la comunicacin entre estas dos estructuras en las condicio-nes del cocultivo. Sin embargo, los trabajos de farmacologa cl-sica [223-225] no apoyan unnimemente estos hallazgos. Losprimeros autores [223,224] encuentran que mientras que el ATPy la adenosina aumentan la actividad en el NSC del gato, concurvas dosis-respuesta superponibles, los anlogos no hidroliza-bles de ATP la disminuyen, por lo que concluyen que la estimu-lacin producida por el ATP estara mediada por la adenosinaliberada tras la hidrlisis del nucletido. Por su parte, Spergel yLahiri [225] encuentran que la infusin sostenida de ATP induceuna activacin de las descargas en el NSC, seguida por una des-ensibilizacin y desaparicin de la respuesta, mientras que lamisma maniobra no afect a la respuesta inducida por la hipoxia:si el ATP fuera un mediador importante de la respuesta hipxica,sta debera ser atenuada por la infusin previa de ATP.

La adenosina actuando va receptores A2A [ver 29], es capazde activar la ventilacin y de aumentar la actividad elctrica en elNSC, por lo que habitualmente se considera un modulador exci-tatorio [223,224,226,227]; sin embargo, existe evidencia neuro-qumica y electrofisiolgica de que las clulas quimiorreceptorasposeen receptores A1 de carcter inhibitorio, ya que inhiben lascorrientes de Ca2+ y la liberacin de DA inducida por la hipoxia[228], por lo que la accin global de la adenosina, que es excita-toria, debe representar un balance entre las acciones mediadas porlos dos subtipos de receptores.

Por ltimo, las funciones de los neuropptidos tampoco estndefinidas. La sustancia P, que inyectada exgenamente activa laventilacin y aumenta la frecuencia de potenciales de accin enel NSC en la mayora de las especies estudiadas [26], no parecesatisfacer el criterio mnimo de presencia/biosntesis en el ele-mento presinptico. Parece que la sustancia P podra ser liberadade las terminaciones nerviosas y ser captada por las clulas qui-miorreceptoras en algunas especies, tal vez por endocitosis, demodo que actuara como un falso neurotransmisor modulando lacomunicacin entre las clulas quimiorreceptoras y las termina-ciones sensoriales. Sin embargo, esta modulacin no se hacepatente en respuesta a la estimulacin aguda, ya que la elimina-cin por manipulacin gentica de los receptores NK-1, que medianlos efectos de la sustancia P exgena, no afectan a la respuestaaguda a la hipoxia.

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C. GONZLEZ, ET AL

250

1. Gonzlez C, Almaraz L, Obeso A, Rigual R. Arterial chemoreceptors.In Bittar E, ed. Pulmonary biology in health and disease. New York:Springer-Verlag. 2002. p. 114-40.

2. Schmidt CF. Respiration. In Bard P, ed. McLeods physiology in mod-ern medicine (8th ed.). St Louis: Mosby 1938. p. 469-619.

3. Marshall, EK, Rosenfeld M. Depression of respiration by oxygen. JPharmacol Exp Ther 1936; 57: 437-57.

4. Zapata P. Chemosensory activity in the carotid nerve: Effects of phys-iological variables. In Gonzlez C, ed. The carotid body chemorecep-tors. New York: Springer-Verlag; 1997. p. 97-117.

5. Rigual R, Zapata P, Gonzlez C. Respuestas sistmicas evocadas por laestimulacin de los quimiorreceptores arteriales: funciones adaptativay homeosttica del cuerpo carotdeo. Rev Neurol 2003. In press.

6. Gonzlez C, Almaraz L, Obeso A, Rigual R. Carotid body chemore-ceptors: From natural stimuli to sensory discharges. Physiol Rev 1994;74: 829-98.

7. Gonzlez C. The carotid body chemoreceptors. New York: Springer-Verlag: 1997.

8. Taube HW. De vera nervi intercostalis origine. Gttingem: Vanden-hoeck; 1743.

9. Luschka, H. Ueber die drsenartige Natur des sogenannten Ganglionintercaroticum. Arch Anat Physiol Lpz 1862; 405-14.

10. De Castro F. Sur la structure et linnervation de la glande intercarotidi-enne (glomus caroticum) de lhomme et des mammifres, et sur unnouveau systme dinnervation autonome du nerf glossopharyngien.Trab Lab Invest Biol Univ Madrid 1926; 24: 365-432.

11. De Castro F. Sur la structure et linnervation du sinus carotidien delhomme et des mammifres: Nouveaux faits sur linnervation et lafonction du glomus caroticum. Trab Lab Invest Biol Univ Madrid 1928;25: 330-80.

12. Heymans C, Bouckaert JJ, Dautrebande L. Sinus carotidien et rflexesrespiratoires, II. Influences respiratoires rflexes de lacidose, de lalcalose,de lanhydride carbonique, de lion hydrogene et de lanoxmie: Sinuscarotidiens et changes respiratoires dans les poumons et au del despoumons. Arch Int Pharmacodyn Ther 1930; 39: 400-8.

13. Heymans C, Bouckaert JJ, Dautrebande L. Sinus carotidien et rflexesrespiratoires; sensibilit des sinus carotidiens aux substances chimiques.Action stimulante respiratoire rflexe du sulfure de sodium, du cyanurede potassium, de la nicotine et de la lobline. Arch Int PharmacodynTher 1931; 40: 54-91.

14. De Castro F. Sur la structure de la synapse dans les chemorecepteurs:Leur mcanisme dexcitation et rle dans la circulation sanguine lo-cale. Acta Physiol Scand 1951; 22: 14-43.

15. De Castro F, Rubio M. The anatomy and innervation of the blood vesselsof the carotid body and the role of chemoreceptive reactions in the auto-regulation of the blood flow. In Torrance RW, ed. Arterial chemroecep-tors. Oxford: Blackwell Scientific Publications; 1968. p. 267-77.

16. Clarke JA, De Burgh Daly D, Ead HV. Comparison of the size of thevascular compartment of the carotid body of the fetal, neonatal andadult cat. Acta Anat Basel 1990; 138: 166-74.

17. Daly MB, Lambertsen CJ, Schweitzer A. Observations on the volumeof blood flow and oxygen utilization of the carotid body in the cat. JPhysiol Lond 1954; 125: 67-89.

18. Barnett S, Mulligan E, Wagerle LC, Lahiri S. Measurement of carotidbody blood flow in cats by use of radioactive microspheres. J ApplPhysiol 1988; 65: 2484-9.

19. Obeso A, Rocher A, Herreros B, Gonzlez C. Oxygen consumption andenergy metabolism of the carotid body. In Gonzlez C, ed. The carotidbody chemoreceptors. New York: Springer-Verlag;1997. p. 31-45.

20. Eyzaguirre C, Zapata P. Perspectives in carotid body research. J ApplPhysiol 1984; 57: 931-57.

21. Nishi K, Stensaas LJ. The ultrastructure and source of nerve endings inthe carotid body. Cell Tissue Res 1974; 154: 303-19.

22. McDonald DM. Peripheral chemoreceptors. Structure function relation-ships of the carotid body. In Hornbein TF, ed. Regulation of breathing.Part I. New York: Marcel Dekker, Inc; 1981. p. 105-319.

23. Verna A. The mammalian carotid body: Morphological data. In GonzlezC, ed. The carotid body chemoreceptors. New York: Springer-Verlag.1997. p. 1-30.

24. Wang ZZ, Stensaas LJ, Dinger BG, Fidone SJ. Nitric oxide mediates chemore-ceptor inhibition in the cat carotid body. Neuroscience 1995; 65: 217-29.

25. Gonzlez C, Dinger B, Fidone S. Functional Significance of chemore-ceptor cells neurotransmitters. In Gonzlez C, ed. The carotid bodychemoreceptors. New York: Springer-Verlag; 1997. p. 47-63.

26. Rigual R, Rico AJ, Prieto-LLoret J, De Felipe C, Gonzlez C, Donnel-ly DF. Chemoreceptor activity is normal in mice lacking NK1 receptor.Eur J Neurosci 2002; 16: 2078-84.

27. Gauda EB, Bamford OS, Northington FJ. Lack of induction of substanceP gene expression by hypoxia and absence of neurokinin 1-receptor mR-NAs in the rat carotid body. J Auton Nerv Syst 1998; 74: 100-8.

28. Gauda EB, Lawson EE. Developmental influences on carotid body re-sponses to hypoxia. Respir Physiol 2000; 121: 199-208.

29. Gauda EB. Gene expression in peripheral arterial chemoreceptors. Mi-crosc Res Tech 2002; 59: 153-67.

30. Fidone SJ, Weintraub ST, Stavinoha WB. Acetylcholine content of nor-mal and denervated cat carotid bodies measured by pyrolysis gas chro-matography/mass fragmentometry. J Neurochem 1976; 26: 1047-9.

31. Hellstrom S. Putative neurotransmitters in the carotid body. Mass frag-mentographic studies. Adv Biochem Psychopharmacol 1977; 16: 257-63.

32. Almaraz L. Neurotransmisores en el proceso de quimiorrecepcin. Te-sis Doctoral. Valladolid: Universidad de Valladolid; 1983.

33. De Castro F. Nuevas observaciones sobre la inervacin de la regincarotdea. Los quimio y presorreceptores. Trab Lab Invest Biol UnivMadrid 1940; 32: 297-384.

34. Biscoe TJ, Stehbens WE. Ultrastructure of the carotid body. J Cell Biol1966; 30: 563-78.

35. Biscoe TJ. Carotid body: structure and function. Physiol Rev 1971; 51:437-95.

36. Hess A, Zapata Z. Innervation of the cat carotid body: normal and ex-perimental studies. Fed Proc 1972; 31: 1365-82.

37. Holton P, Wood JB. The effects of bilateral removal of the carotid bod-ies and denervation of the carotid sinuses in two human subjects. J Phys-iol 1965; 181: 365-78.

38. Honda Y, Myojo S, Hasegawa S, Hasegawa T, Severinghaus JW. De-creased exercise hyperpnea in patients with bilateral carotid chemore-ceptor resection. J Appl Physiol 1979; 46: 908-12.

39. Honda Y. Role of carotid chemoreceptors in control of breathing at restand in exercise: studies on human subjects with bilateral carotid bodyresection. Jpn J Physiol 1985; 35: 535-44.

40. Honda Y. Respiratory and circulatory activities in carotid body resect-ed humans. J Appl Physiol 1992; 73: 1-8.

41. Chiocchio SR, Hilton SM, Tramezzani JH, Willshaw P. Loss of periph-

BIBLIOGRAFA

Sobre los pptidos opioides parece que hay consenso en queson moduladores inhibitorios [141]. Existen otras sustancias que sesabe que modulan la actividad en el NSC o la ventilacin mediadapor el CC; sin embargo en la generalidad de los casos, la informa-cin disponible es fragmentaria y no permite sacar conclusionessobre su significado funcional [ver referencias en 141].Conclusiones sobre la neurotransmisin en el CCLa comunicacin entre clulas quimiorreceptoras y las terminacio-nes sensoriales del NSC es compleja y no est suficientemente es-clarecida. La literatura ms reciente parece indicar que el ATP y losreceptores purinrgicos P2X2 y P2X3 desempean un papel claveen la transmisin de informacin en esta sinapsis sensorial, tal ycomo se establece en condiciones de cocultivo entre clulas quimio-rreceptoras y neuronas del ganglio petroso de la rata. Sin embargo,

para aceptar tal papel pensamos que es necesario confirmar losresultados en preparaciones intactas in vitro con objeto de eliminardudas sobre posibles alteraciones en la expresin de genes en lascondiciones de cultivo, y tambin ampliar los estudios a otras espe-cies animales. El posible papel de la ACh y de los receptores nico-tnicos se ha de considerar con ciertas reservas, dados los hallazgosrecientes de Gauda [29]. El papel de la DA tampoco est claro. Enlos experimentos con cocultivos los hallazgos de Zhong et al [48]sobre la farmacologa dopaminrgica no se ajusta a las prediccionesque cabra esperar si sta fuera el neurotransmisor primario, perotampoco podemos definir en trminos sencillos en qu podra con-sistir su accin moduladora. No es fcil explicar el por qu de losaltos contenidos de DA en las clulas quimiorreceptoras y su libe-racin en respuesta a los estmulos naturales sin suponerla un papelimportante en la comunicacin con las terminaciones sensoriales.


251REV NEUROL 2003; 36 (3): 239-254

eral chemoreflexes to hypoxia after carotid body removal in the rat.Respir Physiol 1984; 57: 235-46.

42. Verna A, Roumy R, Leitner LM. Loss of chemoreceptive properties ofthe rabbit carotid body after destruction of the glomus cells. Brain Res1975; 100: 13-23.

43. Monti-Bloch L, Stensaas LJ, Eyzaguirre C. Effects of ischemia on thefunction and structure of the cat carotid body. Brain Res 1983; 270: 63-76.

44. Zapata P, Stensaas LJ, Eyzaguirre C. Axon regeneration following alesion of the carotid nerve: electrophysiological and ultrastructural ob-servations. Brain Res 1976; 113: 235-53.

45. Zapata P, Hess A, Eyzaguirre C. Reinnervation of carotid body and sinuswith superior laryngeal nerve fibers. J Neurophysiol 1969; 32: 215-28.

46. Monti-Bloch L, Stensaas LJ, Eyzaguirre C. Carotid body grafts inducechemosensitivity in muscle nerve fibers of the cat. Brain Res 1983;270: 77-92.

47. Alcayaga J, Eyzaguirre C. Electrophysiological evidence for the recon-stitution of chemosensory units in co-cultures of carotid body and no-dose ganglion neurons. Brain Res 1990; 534: 324-8.

48. Zhong H, Zhang M, Nurse CA. Synapse formation and hypoxic signal-ling in co-cultures of rat petrosal neurones and carotid body type 1 cells.J Physiol 1997; 503: 599-612.

49. Alcayaga J, Varas R, Arroyo J, Iturriaga R, Zapata P. Responses tohypoxia of petrosal ganglia in vitro. Brain Res 1999; 845: 28-34.

50. Zapata P . From oxygen sensing to chemosensory activity: The media-tor role of glomus cells. In Lahiri S, Prabhakar Nr, Semenza G, eds.Oxygen sensing: Responses and adaptations to hypoxia. Lung biologyin health and disease. New York: M Dekker; 2003. In press.

51. Grundfest H. The electrophysiology of input membrane in electrogenicexcitable cells. In Loewenstein RW, ed. Handbook of sensory physiol-ogy. Principles of receptor physiology. New York: Springer Verlag;1971. p.135-65.

52. Anichkov SV, Belenkii ML. Pharmacology of the carotid bodychemoreceptors. New York: Macmillan; 1963.

53. Coxon RV. Regulation of biochemical reactions by oxygen and carbondioxide. In Torrance RW, ed. Arterial chemoreceptors. Oxford: Black-well Scientific Publications; 1968. p. 91-102.

54. Lubbrs DW, Teckhaus L, Seidl E. Capillary distances and oxygen sup-ply to the specific tissue of the carotid body. In Acker H, Fidone S,Eyzaguirre C, Lbbers DW, Torrance RW, eds. Chemoreception in thecarotid body. BerlIn Springer Verlag; 1977. p. 62-8.

55. Obeso A, Almaraz L, Gonzlez C. Correlation between adenosine triph-osphate levels, dopamine release and electrical activity in the carotidbody: support for the metabolic hypothesis of chemoreception. BrainRes 1985; 348: 64-8.

56. Verna A, Talib N, Roumy M, Pradet A. Effects of metabolic inhibitorsand hypoxia on the ATP, ADP and AMP content of the rabbit carotidbody in vitro: the metabolic hypothesis in question. Neurosci Lett 1990;116: 156-61.

57. Obeso A. Hiptesis metablica de quimiotransduccin: hechos experi-mentales. Tesis Doctoral. Valladolid: Universidad de Valladolid, 1984.

58. Obeso A, Almaraz L, Gonzlez C. Effects of cyanide and uncouplerson chemoreceptor activity and ATP content of the cat carotid body.Brain Res 1989; 481: 250-57.

59. Krylov SS, Anichkov HS. The effects of metabolic inhibitors on carot-id chemoreceptors. In Torrance RW, ed. Arterial chemoreceptors. Ox-ford: Blackwell; 1968. p. 103-13.

60. Winder CV. On the mechanisms of stimulation of carotid gland chemore-ceptor. Am J Physiol 1937; 118: 389-98.

61. Torrance RW. Arterial chemoreceptors. In Widdicombe JG, ed. Respi-ratory physiology. Baltimore: University Park Press; 1974. p. 247-71.

62. Torrance RW. A new version of the acid hypothesis receptor hypothe-sis of carotid chemoreceptors. In Paintal AS, ed. Morphology and mech-anisms of chemoreceptors. Delhi: Navchetan Press; 1976. p. 131-7.

63. Hanson MA, Nye PC, Torrance RW. The exodus of an extracellular bi-carbonate theory of chemoreception and the genesis of an intracellularone. In Belmonte C, Pallot DJ, Acker H, Fidone S, eds. Arterial chemore-ceptors . Leicester: Leicester University Press; 1981. p. 403-16.

64. Lahiri S, Mulligan E, Mokashi A. Adaptive response of carotid bodychemoreceptors to CO2. Brain Res 1982; 234: 137-47.

65. Fidone S, Gonzlez C. Initiation and control of chemoreceptor activityin the carotid body. In Fishman AP, ed. Handbook of physiology. Therespiratoy system. Bethesda: Amer Physiol Soc; 1986. p. 247-312.

66. McCloskey DI. Carbon dioxide and the carotid body. In Torrance RW,ed. Arterial chemoreceptors. Oxford: Blackwell Scientific Publications;1968. p. 279-95.

67. Rigual R, iguez C, Carreres C, Gonzlez C. Carbonic anhydrase in thecarotid body and the carotid sinus nerve. Histochemistry 1985; 82: 577-80.

68. Gonzlez C, Fidone S. Increased release of 3H dopamine during low O2stimulation of rabbit carotid body in vitro. Neurosci Lett 1977; 6: 95-9.

69. Gonzlez C, Kwok Y, Gibb J, Fidone S. Effects of hypoxia on tyrosinehydroxylase activity in rat carotid body. J Neurochem. 1979; 33: 713-9.

70. Gonzlez C, Kwok Y, Gibb JW, Fidone SJ. Reciprocal modulation of ty-rosine hydroxylase activity in rat carotid body. Brain Res 1979; 172: 572-6.

71. Gonzlez C, Kwok Y, Gibb J, Fidone S. Physiological and pharmaco-logic effects on TH activity in rabbit and cat carotid body. Am J Phys-iol 1981; 240: R38-43.

72. Fidone S, Gonzlez S. Catecholamine synthesis in rabbit carotid bodyin vitro. J Physiol Lond 1982; 333: 69-79.

73. Fidone S, Gonzlez C, Yoshizaki K. Effects of hypoxia on catecholaminesynthesis in rabbit carotid body in vitro. J Physiol Lond 1982; 333: 81-91.

74. Fidone S, Gonzlez S, Yoshizaki K. Effects of low oxygen on the re-lease of dopamine from the rabbit carotid body in vitro. J Physiol Lond1982; 333: 93-110.

75. Rigual R, Gonzlez E, Gonzlez C, Fidone S. Synthesis and release ofcatecholamines by the cat carotid body in vitro: effects of hypoxic stim-ulation. Brain Res 1986; 374: 101-9.

76. Vicario I, Rigual R, Obeso A, Gonzlez C. Characterization of the syn-thesis and release of catecholamine in the rat carotid body in vitro. AmJ Physiol 2000; 278: C490-9.

77. Almaraz L, Gonzlez C, Obeso A. Effects of high potassium on therelease of [3H]dopamine from the cat carotid body in vitro. J PhysiolLond 1986; 379: 293-307.

78. Obeso A, Rocher A, Fidone S, Gonzlez C. The role of dihydropyridinesensitive Ca2+ channels in stimulus evoked catecholamine release fromchemoreceptor cells of the carotid body. Neuroscience 1992; 47: 463-72.

79. Rocher A. Vas de entrada de calcio y transduccin sensorial en lasclulas quimiorreceptoras del cuerpo carotdeo. Tesis Doctoral. Valla-dolid: Universidad de Valladolid, 1989.

80. Rocher A, Obeso A, Herreros B, Gonzlez C. Activation of the releaseof dopamine in the carotid body by veratridine. Evidence for the pres-ence of voltage dependent Na+ channels in type I cells. Neurosci Lett1988; 94: 274-8.

81. Rocher A, Obeso A, Cachero TG, Herreros B, Gonzlez C. Participa-tion of Na channels in the response of carotid body chemoreceptor cellsto hypoxia. Am J Physiol 1994; 267: C738-44.

82. Obeso A, Gonzlez C, Dinger B, Fidone S. Metabolic activation of ca-rotid body glomus cells by hypoxia. J Appl Physiol 1989; 67: 484-7.

83. Obeso A, Gonzlez C, Rigual R, Dinger B, Fidone S. Effect of low O2 onglucose uptake in rabbit carotid body. J Appl Physiol 1993; 74: 2387-93.

84. Yarowsky P, Ingvar OH. Neuronal activity and energy metabolism. FedProc 1981; 40: 2353-62.

85. Prez Garca MT, Obeso A, Lpez Lpez JR, Herreros B, Gonzlez C.Characterization of chemoreceptor cells in primary culture isolated fromadult rabbit carotid body. Am J Physiol 1992; 263: C1152-9.

86. Lpez Barneo J, Lpez Lpez JR, Urea J, Gonzlez C. Chemotrans-duction in the carotid body: K+ current modulated by Po2 in type Ichemoreceptor cells. Science 1988; 241: 580-2.

87. Lpez Lpez J, Gonzlez C, Urea J, Lpez Barneo J. Low Po2 selec-tively inhibits K channel activity in chemoreceptor cells of the mam-malian carotid body. J Gen Physiol 1989; 93: 1001-15.

88. Peers C. Hypoxic suppression of K+ currents in type I carotid bodycells: selective effect on the Ca2+ activated K+ current. Neurosci Lett1990; 119: 253-6.

89. Lpez-Lpez JR, Gonzlez C, Prez-Garca MT. Properties of ioniccurrents from isolated adult rat carotid body chemoreceptor cells: ef-fect of hypoxia. J Physiol 1997; 499: 429-41.

90. Riesco-Fagundo AM, Prez-Garca MT, Gonzlez C, Lpez-Lpez JR.O2 modulates large-conductance Ca(2+)-dependent K(+) channels ofrat chemoreceptor cells by a membrane-restricted and CO-sensitivemechanism. Circ Res 2001; 89: 430-6.

91. Buckler KJ. A novel oxyg

quimioreceptores

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