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C a p í t u l o 2 5

Anestésicos inhalatorios: mecanismos de acción

r

La anestesia consiste en componentes o sustratos fisiológicos independientes

Los anestésicos generales actúan mediante unión directa a cavidades anfífílicas

!

Ninguna teoría integral de la anestesia describe aún la secuencia de fenómenos desde

P U N T O S C L A V E

A pesar de un uso clínico generalizado de los anestésicos generales, el conocimiento actual de los sus mecanismos moleculares, celulares y de redes es incompleto. Este vacío crítico en la farmacología de una de las clases farmacológicas más importantes en medicina no solo impide un uso racio-nal de los anestésicos disponibles, sino que también dificulta el desarrollo de nuevos anestésicos que pueden conseguir de modo selectivo los criterios de valoración deseables de la anestesia con menos efectos secundarios cardiovasculares, respiratorios y, posiblemente, neuropsicológicos. Aunque se han logrado avances importantes en el conocimiento de la farmacología de los anestésicos intravenosos mediante estudios genéticos moleculares (v. capítulo 30), las acciones de los anestésicos inhalatorios a nivel molecular y celular son más enigmáticas. Sigue sin ser posible trazar con precisión

la secuencia de fenómenos que van desde las interacciones anestésico inhalatorio-diana, a través de niveles ascendentes de complejidad biológica, hasta los distintos efectos conduc-tuales que caracterizan el estado mixto de anestesia clínica en el ser humano. No obstante, continúa la investigación para desvelar principios de acción fundamentales y se ha creado un marco para comprender los efectos anestésicos en diferentes niveles de organización. El centro de aten-ción de este capítulo son los mecanismos implicados en los principales efectos terapéuticos (anestesia) y en los efectos secundarios de los anestésicos inhalatorios (fig. 25-1), un grupo diverso química y farmacológicamente que compren-de los anestésicos volátiles de éter halogenado (isoflurano, sevoflurano, desflurano, enflurano) y alcano (halotano) y los gases anestésicos (óxido nitroso y xenón). Este resumen

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crítico del estado actual del conocimiento comienza con una reseña histórica y una revisión de los criterios de valoración conductuales de la anestesia. Después localizamos, cuando es posible, los efectos de los anestésicos inhalatorios a través de niveles ascendentes de organización desde moléculas, células, circuitos, redes y órganos a la conducta mamífera. La tabla 25-1 ofrece una visión general. También abordamos brevemente estudios de los efectos anestésicos en organis-mos modelo, con identificación de objetivos anestésicos que soportan relaciones poco claras con los de los mamíferos1.

HISTORIA

TEORÍAS UNITARIAS BASADAS EN LÍPIDOSLa primera monografía que informaba del trabajo experi-mental sobre los mecanismos anestésicos y que proponía una teoría de la acción anestésica de elución de lípidos presta a ser desacreditada fue publicada solo 6 meses después de la demostración de la cúpula de éter de Morton. Durante décadas a partir de entonces, el fenómeno de la anestesia

Figura 25-1. Estructura de los anestésicos generales repre-

RESUMEN DE SITIOS CANDIDATOS DE ACCIÓN ANESTÉSICA

Sitio Efecto Dianas

Proteínas Sitios de acción anfífilosde ligando

Potencial de acción Sistema nervioso Ligero descenso de amplitud +Sistema cardiovascular Amplitud y duración reducidas +

Transmisión sinápticaInhibidora Aumento de liberación de transmisor ¿?

Receptores Aumento de efectos de transmisor A

Excitadora Descenso de liberación de transmisor +

Receptores Descenso de efectos de transmisoracetilcolina nicotínicos

Redes neuronales

Integración neuronalA

Sistema nervioso central

" # $ y !interdependencia de frecuencia cruzada

Inconsciencia ¿Entropía de transferencia de banda !? ¿Interdependencia de frecuencia cruzada?

Médula espinal Inmovilidad

Sistema cardiovascular

Miocardio Inotropía negativaSistema de conducción Arritmias Potencial de acciónVasculatura Vasodilatación Vasorregulación directa e indirecta

HCN, NMDA, N-metil-D

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desconcertó, inspiró e impresionó a aquellos que intentaron comprenderlo. Un paradigma más influyente de la acción anestésica formulado por Claude Bernard en los años setenta del siglo XIX postulaba que la anestesia era un fenómeno «unificado»: un mecanismo unitario aplicable a todas las formas de vida. Aunque el estado de anestesia podría ser producido por varias sustancias, su esencia era la misma en todas las criaturas vivientes. De hecho, Bernard pensó que la vida misma se definía por la susceptibilidad a la anestesia. Bernard también propuso una teoría de la anestesia más específica, la coagulación del protoplasma, que competía con varias teorías coexistentes consideradas por la comunidad científica. En un trabajo importante publicado en 1919, Hans Winterstein resumió la desconcertante diversidad de las teo-rías anestésicas enumerando más de 600 citas bibliográficas, la mayoría de trabajo original de laboratorio –un testimonio convincente del interés del mundo científico por este fenó-meno–. Es digno de mención el trabajo de Meyer y Overton de finales del siglo XIX, que solo tuvo un efecto limitado en la trayectoria sobre la investigación hasta los años sesenta1. Solo entonces la llamativa simplicidad de la correlación de Meyer-Overton (fig. 25-2, A) de la potencia anestésica con la solubilidad en aceite de oliva fue interpretada por la mayoría de los investigadores como un indicador de que los lípidos son, probablemente, la diana del anestésico. Esta interpretación centró la atención en los efectos anestésicos de la mayoría de las propiedades físicas de las membranas celulares, que se conoció en esa época que estaban compues-tas fundamentalmente por moléculas de lípidos. Tales teorías anestésicas inespecíficas o «basadas en lipoides» dominaron el campo de los años sesenta a los ochenta.

CONCENTRACIÓN ALVEOLAR MÍNIMA: UN PUENTE ENTRE EL PASADO Y EL PRESENTELas potencias de los anestésicos inhalatorios para inmovili-zación quedaron establecidas en los estudios clásicos de los años sesenta de Eger et al.2,3 que definieron la concentración alveolar mínima (CAM) de un anestésico inhalatorio a presión atmosférica como la necesaria para impedir el movimiento en respuesta a un estímulo doloroso en el 50% de las perso-nas. El concepto de CAM evolucionó dentro de un paradigma unitario de acción anestésica y reflejó las prioridades de la práctica clínica. Como consecuencia, la prevención del movimiento (inmovilidad) se convirtió en un criterio de los efectos anestésicos, que se suponía que ocurría en el cerebro. Por otra parte, la sencilla elegancia de la relación entre la CAM y la solubilidad lipídica (v. fig. 25-2, A) ilustró gráfica-mente la conclusión de Meyer y Overton de que «Todas las sustancias químicamente indiferentes que son solubles en grasa son anestésicos […] su potencia relativa como anes-tésicos dependerá de su afinidad por la grasa, por una parte, y por el agua, por otra, es decir, del coeficiente de partición grasa/agua»1. Esto se interpretó como la aprobación de los lípidos como dianas principales de los anestésicos y como una teoría inespecífica sencilla para explicar la anestesia. La apelación de un mecanismo unificado sencillo para explicar la anestesia fue (y sigue siendo) intelectualmente atractiva. Esto centró la mayoría de los esfuerzos de investigación en delinear cómo las interacciones anestésicas con las mem-branas lipídicas podrían conducir a los cambios conductuales observados durante la anestesia, la teoría lipídica inespecífica.

La CAM es similar a la concentración para un efecto del 50% (EC50) plasmática de los anestésicos intravenosos porque

Figura 25-2. Los anestésicos generales actúan por unión directa a A.

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la correlación entre la potencia anestésica y el coeficiente de partición B. Los avances del siglo XX

anestésicas generales se correlacionan igual con su capacidad para

diana anestésica fisiológicamente relevante per seRecuadro.

Estructura de la luciferasa con el anestésico unido (rojo) (Reproducido con autorización a partir de Franks NP, Lieb WR: Molecular and cellular mechanisms of general anesthesia, Nature 367:607-614, 1994.)

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las concentraciones de anestésicos inhalatorios reflejan las concentraciones en otros órganos tras el equilibrio, que se alcanza antes en los órganos bien perfundidos como el encé-falo y el corazón. En aplicaciones clínicas, la CAM se expresa habitualmente como porcentaje de volumen (% vol.), que varía considerablemente con la temperatura y la presión atmosférica por los cambios en la solubilidad acuosa, mientras que la con-centración molar en fase líquida equivalente es independiente de la temperatura y la presión4. El concepto de CAM aportó a los investigadores y a los clínicos una referencia universal para medir un criterio de valoración anestésico definido (inmovili-dad), permitiendo las comparaciones apropiadas de los resulta-dos experimentales y acelerando la investigación de laboratorio y clínica sobre los mecanismos anestésicos. En la actualidad, un conocimiento más matizado de la CAM tiene en cuenta la diversidad estructural y funcional de las dianas fisiológicas de los diferentes componentes del estado anestésico.

CAMBIO DESDE LOS MECANISMOS CENTRADOS EN LÍPIDOS A LOS CENTRADOS EN PROTEÍNASLos mecanismos de la anestesia centrados en los lípidos prevalecieron en las dos décadas siguientes a la definición del concepto de CAM. De forma repetida se propusieron dianas alternativas, pero fueron en gran medida desaten-didas por la principal corriente científica. Las incoheren-cias experimentales de las dianas de lípidos5,6, así como las pruebas compatibles con las proteínas como los principales lugares de acción7,8, pasaron en gran parte inadvertidas. En los años ochenta ocurrió un cambio en los mecanismos, que pasaron de estar centrados en los lípidos a centrarse en las proteínas, lo que permitió en gran medida los des-tacados descubrimientos de Franks y Lieb9,10, quienes en una serie clásica de publicaciones demostraron que las dianas de proteínas también eran compatibles con la correlación de Meyer-Overton (fig. 25-2, B) –una prueba de concepto que, en un par de años, redirigió la mayoría de los esfuerzos de investigación hacia las proteínas–. Como corolario de esta reorientación, se reconocieron las pruebas en contra de las teorías basadas en los lípidos. Los ejemplos comprenden el límite en la potencia anestésica en series homólogas de alcoholes anestésicos de cadena larga, y la identificación de fármacos hidrófobos que no obedecen a la correlación de Meyer-Overton1,11. La selectividad enantiomérica de varios anestésicos fortaleció aún más el caso para los sitios de unión específica a proteínas, porque su estereoselectividad es difícil de conciliar con las dianas de lípidos12. Hoy en día, existe una amplia aceptación (pero no universal) de la noción de que las proteínas de señalamiento crítico (p. ej., canales de iones o receptores activados por ligando) son las dianas moleculares pertinentes de la acción anestésica, incluso aunque se debaten los mecanismos por debajo del nivel molecular de su modulación por los anestésicos. Continúa buscándose la identidad exacta de las proteínas que con-tribuyen a los criterios de valoración anestésica específicos, y la investigación aborda no solo el «dónde» (blanco) sino también el «cómo» (proceso) de los mecanismos anestésicos.

DIVERSIDAD DE POSIBLES DIANAS ANESTÉSICASIn vitro, los anestésicos inhalatorios a concentración alta afectan a las funciones de múltiples proteínas, muchas de

las cuales pueden estar verosímilmente vinculadas a los componentes del estado anestésico o a los efectos adversos del mismo. Sin embargo, al considerar un criterio de valo-ración específico, los anestésicos son efectivos in vivo en un intervalo de concentración bastante estrecho. Esto hace que la concentración a la que se observa un efecto anes-tésico relevante sea una consideración crucial para decidir su posible aplicabilidad. La relevancia causal de los efectos ligeros observados in vitro a concentraciones relevantes es menos clara; es decir, ¿qué efecto es demasiado pequeño para ser considerado relevante para la anestesia13-15? Sabremos si la anestesia resulta de la suma de perturbaciones menores en múltiples puntos amplificadas en cascadas a través de los múltiples niveles de integración para producir el efecto macroscópico o de efectos firmes en un pequeño número de dianas conforme se integran los resultados de estudios moleculares reduccionistas en redes moleculares y celulares más complejas y conforme se amplían los estudios genéticos para incluir los anestésicos inhalatorios. El escenario que aparece comprende múltiples dianas celulares y moleculares en distintas regiones cerebrales que están implicadas en los efectos deseados y adversos de los anestésicos generales.

ANESTESIA: UN ESTADO NEUROFARMACOLÓGICO MIXTOJunto con el avance en la identificación de los mecanismos moleculares de la anestesia, nuestro conocimiento de la naturaleza del estado anestésico ha evolucionado. Aunque es posible provocar un estado de anestesia general similar al coma con anestésicos inhalatorios administrados en concen-traciones apropiadas (aproximadamente 1,3 veces la CAM, equivalente a la EC95 de un anestésico volátil), el uso de estas concentraciones altas tiene numerosos efectos secundarios a corto, y probablemente, largo plazo. Ahora se sabe que la anestesia consiste en componentes o sustratos separables y al menos parcialmente independientes, cada uno con mecanis-mos diferentes, aunque probablemente superpuestos, en distintos puntos del sistema nervioso central (SNC) y con variaciones en las potencias relativas de fármacos específi-cos16. La inmovilización, el principal indicador de la CAM, se debe en gran parte al efecto en la médula espinal de los anestésicos inhalatorios17,18, pero no al de los barbitúricos19. Por el contrario, es poco probable que la médula espinal sea el lugar principal de fenómenos, como la amnesia, la sedación y la inconsciencia, que están relacionados con la función cortical cerebral (fig. 25-3). Se ha comprobado una separación funcional entre amnesia y sedación con los anesté-sicos intravenosos20 y es probable también con los anes-tésicos inhalatorios. El estado comúnmente denominado «inconsciencia» es en sí mismo heterogéneo, con pruebas de estados distintos de falta de respuesta e inconsciencia21. Estos hallazgos y otros similares han llevado al concepto de que la anestesia general tiene múltiples componentes independientes identificables clínica y experimentalmente.

En principio, cada componente de la anestesia puede inducirse de modo preferente con un fármaco y una con-centración específica a través de vías moleculares/celulares individuales en distintas regiones del SNC. Por ejemplo, las inyecciones de pentobarbital en lugares diferenciados del teg-mento mesopontino inducen un estado comatoso22, mien-tras que la sedación provocada mediante administración sis-témica de propofol puede revertirse con microinyecciones de antagonistas del receptor ácido !-aminobutírico (GABA)A en el núcleo tuberomamilar, un núcleo hipotalámico regulador

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del sueño23. Por tanto, los anestésicos generales producen sus-tratos anestésicos identificables separados mediante acciones específicas de fármaco en lugares anatómicos diferenciados del SNC mediante dianas moleculares diferentes. Una conse-cuencia importante de esta complejidad es la posibilidad de que la CAM, basada exclusivamente en la respuesta motora, no refleje proporcionalmente otros componentes de la anes-tesia. Aunque esta heterogeneidad de las acciones anestésicas complica un conocimiento causal, abre la posibilidad de desarrollar fármacos específicos de sustrato.

EFECTOS INTEGRADOS EN LA FUNCIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

INMOVILIDADLa electroencefalografía, como un monitor de la actividad cerebral, se ha aplicado para el estudio de los mecanis-mos anestésicos y como seguimiento del estado anestésico (v. también capítulo 44). La incapacidad para encontrar una correlación entre la actividad electroencefalográfica cuantitativa y la inmovilidad en respuesta a la estimulación dolorosa dio lugar a la hipótesis relativamente radical (para la época) de que la inmovilidad no era un fenómeno mediado por la corteza cerebral24. La demostración experimental de que los anestésicos volátiles actúan en la médula espinal para anular el movimiento17,18 reforzó esta hipótesis y fue un factor determinante de la separación contemporánea de los sustratos anestésicos, de los que la inmovilidad requiere

las concentraciones de fármaco más elevadas (v. fig. 25-3). Aprovechando la vascularización peculiar del SNC de la cabra que permite una perfusión por separado del encéfalo y de la médula espinal, Antognini et al.17,25 demostraron que la inmovilidad implica a la acción del anestésico en la médula espinal porque la administración selectiva de isoflurano o halotano solo al encéfalo precisaba concentraciones de 2,5 a 4 veces mayores. Al mismo tiempo, los experimentos realiza-dos por Rampil et al.18 que utilizaron la separación quirúrgica del cerebro anterior y el mesencéfalo de la médula espinal en ratas llevaron a la conclusión de que la inmovilización supone fundamentalmente la supresión del arco reflejo noci-ceptivo de retirada a la altura de la médula espinal (fig. 25-4).

En los 20 años desde la identificación de la médula espinal como el lugar de la inmovilidad inducida por la anestesia, la investigación se ha centrado en los enfoques farmacológi-co, genético y de redes complejas. El enfoque farmacológico para identificar las contribuciones del nivel del receptor a la inmovilidad inducida por isoflurano (siendo isoflurano el éter de potencia estándar para propósitos experimentales) deparó la sorprendente revelación de que las acciones en los receptores de GABAA parecían carecer de importancia26. Tal vez de manera menos sorprendente, la inhibición de los receptores centrales nicotínicos de acetilcolina tampoco desempeña ningún papel en la inmovilización27. Se sugi-rió un papel para los canales de sodio (Na+) activados por voltaje por el hallazgo de que la administración intratecal de un inhibidor selectivo de los canales de Na+ potencia la inmovilidad anestésica (reduce la CAM), mientras que un activador de los canales de Na+ hace lo contrario28. Los rato-nes transgénicos resistentes a los anestésicos confirmaron que los receptores de GABAA que contienen subunidades #1 o #3 no contribuyen a la acción de inmovilización del isoflurano29,30. En contraste, los ratones mutantes carentes de los canales TASK-1, TASK-3 o TREK-1 K2P tienen valores de CAM más altos para los anestésicos volátiles, pero no para los intravenosos31-33, lo que indica un papel para estos canales, posiblemente por un mecanismo presináptico34.

Figura 25-3. Múltiples criterios de valoración conductuales y puntos

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sean importantes los efectos supramedulares de algunos anestésicos (flecha de puntos)los impulsos ascendentes provocados por un estímulo nocivo y puede contribuir indirectamente en la inconsciencia y la amnesia inducidas por anestésico (flecha discontinua). Las respuestas cardiovasculares tienen

(Por cortesía de Joseph Antognini, University of California, Davis.)

Figura 25-4.A.

por delante de la línea negra

de la corteza cerebral B. Los anestésicos suprimen la respuesta

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El trabajo con preparaciones fisiológicas que intentan con-servar partes del complejo sistema de circuitos de la médula espinal sugiere que la inhibición anestésica de los estímulos aferentes entrantes (nociceptivos) al asta dorsal desempeña un papel subordinado a la supresión del estímulo eferente (motor) saliente del asta ventral, aunque esto puede variar según la sustancia específica. Este estímulo motor saliente es coordinado por las redes neuronales organizadas en los llamados generadores centrales de patrones que controlan la actividad de las motoneuronas colinérgicas35. Sin una com-prensión similar de los efectos anestésicos sobre la función cognitiva más elevada, la clave para entender la inmovilidad probablemente recaiga en la resolución del efecto de los anes-tésicos sobre la actividad integrada de la red espinal.

INCONSCIENCIALa consciencia, como una cualidad de la mente, es fácil de reconocer pero difícil de definir (v. capítulos 13 y 14). Se ha descrito como «lo que nos abandona cada noche cuando cae-mos en un sueño sin sueños y regresa a la mañana siguiente cuando nos despertamos o cuando soñamos». Esta descrip-ción intuitiva se aplica de igual forma también a la anestesia general como al dormir; sin embargo, no proporciona una definición concreta que sea útil para los estudios científicos. La consciencia consiste en estados subjetivos cualitativos internos de percepción o conocimiento36. Una reciente suge-rencia que busca proporcionar una medida cuantitativa de la consciencia, y que puede servir como una definición, es que la consciencia es la capacidad de un sistema para integrar información37. La pérdida de la consciencia (o hipnosis) es un signo distintivo del inicio de la anestesia, y los fármacos anestésicos se están utilizando como herramientas para com-prender los correlatos neuronales de la consciencia (CNC)38. Sin embargo, lo que se denomina comúnmente como incons-ciencia bajo anestesia podría describirse mejor como falta de respuesta, que podría ocultar los estados de autopercepción y percepción medioambiental carentes de rastros de memoria explícita21.

Aunque es un campo relativamente nuevo, especialmente dentro del campo de la anestesiología, la «ciencia de la cons-ciencia» ha generado un considerable interés y ha llevado a la elaboración de varias hipótesis específicas que son solubles de manera experimental. La «teoría talámica» de la anes-tesia plantea que el mecanismo de la inconsciencia es una desaferenciación somatosensitiva por acción anestésica en el tálamo39. En apoyo de esta hipótesis, el isoflurano hiper-polariza y cortocircuita las neuronas talámicas40, una acción coherente con la alteración de la transferencia talámica de información sensitiva41. La imagen funcional del encéfalo humano muestra una supresión preferente de la actividad talámica por algunos, anestésicos (aunque no todos), y esto ha dado lugar a la hipótesis del «cambio talámico»39. No obs-tante, la pérdida de consciencia se produce con un intervalo muy estrecho de concentraciones anestésicas42, habitual-mente inferiores a 0,5 CAM43,44, mientras que los efectos cuantificables en el tálamo aparecen por encima de este intervalo de concentración y son, por lo general, progresivos (de tipo dímero) y no bruscos (de tipo cambio). Una teoría integral de la inconsciencia provocada por anestésicos debe ser más incluyente que un bloque simple de transferencia de información a través del tálamo para resultar coherente con la evidencia disponible45,46 y también debe explicar la supresión de la actividad cortical endógena generada sin estimulación externa.

La neurociencia contemporánea ha reemplazado la visión cartesiana de una estructura encefálica diferenciada como el centro de la consciencia por el concepto de que la consciencia requiere la integración de la información entre múltiples regiones encefálicas a través de redes cerebrales de gran escala45,47. La rica conectividad de la corteza cerebral y su organización jerárquica se adaptan especialmente para permitir niveles altos de integración de la información en el cerebro humano. Algunas áreas cerebrales presentan una organización de «club rico» (es decir, nodos muy conec-tados tienden a conectarse de manera preferente a otros nodos muy conectados), lo que se ha sugerido que es una situación óptima para la integración de la información48,49. Estos centros podrían ser dianas prometedoras para la acción hipnótica de los fármacos anestésicos generales.

Los anestésicos pueden actuar interfiriendo en la sin-cronía y coherencia operativa de estas redes. Durante el sueño natural de ondas lentas50 y la pérdida de la capacidad de respuesta inducida por midazolam51, se ha observado la consiguiente interrupción de la conectividad cortical funcional y eficaz. Esta rotura de la conectividad cortical, más que la desaferenciación farmacológica del medioam-biente, podría ser la base de la pérdida de la consciencia45. La inconsciencia estaría caracterizada no por la ausencia, sino por la fragmentación del procesamiento cortical. Aunque el mecanismo de «unión» (es decir, formación de la unidad de percepción) es dudoso, la sincronía de la actividad neuronal en el intervalo de 40 a 90 Hz a través de áreas corticales conectadas funcionalmente (habitualmente denominada ritmo ! o de 40 Hz) es un candidato viable. Hay información en animales52,53 y en el ser humano42 que implica a la activi-dad en la banda ! a lo largo de la corteza como diana a nivel de red de los anestésicos generales. Las acciones anestésicas en el procesamiento de la información cortical consisten probablemente no solo en suprimir las respuestas, sino en reducir la complejidad y variabilidad reflejada de modo paradójico en un aumento de la fiabilidad y precisión de las respuestas provocadas54,55.

APRENDIZAJE Y MEMORIALa amnesia anterógrada, uno de los objetivos anestésicos deseados, se consigue con menores concentraciones anes-tésicas (∼ 0,25 CAM) que las necesarias para la inconsciencia (∼ 0,5 CAM). Quizá el análogo más próximo en roedores para explicar la memoria en el ser humano es el aprendizaje dependiente del lóbulo temporal medial de las secuencias temporales y espaciales conocido como aprendizaje espacial dependiente del hipocampo. Esto puede evaluarse con distintos modelos experimentales como el condicionamiento del miedo al contexto (fig. 25-5). Otros modelos de aprendizaje, como el condicionamiento del miedo al tono, son, por el contrario, independientes del hipocampo. El isoflurano y el F6 no inmovilizante inhiben el aprendizaje dependiente del hipocampo con aproximadamente la mitad de la concen-tración necesaria para la interrupción del aprendizaje inde-pendiente del hipocampo56. Del mismo modo, las concen-traciones anestésicas que inhiben la memoria explícita en los seres humanos (memoria que puede ser explícitamente recordada en contraposición al aprendizaje motor, el con-dicionamiento clásico, etc.) son igualmente inferiores a las concentraciones que deterioran la memoria implícita (no sujeta al recuerdo intencional)46. Tomados en conjunto, estos hallazgos implican efectos sobre la función del lóbulo temporal medial, incluido el hipocampo, en la supresión de

Andres Patiño Arias

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la memoria explícita por los anestésicos. Los efectos sobre otras estructuras, como la amígdala, pueden ser importantes para el deterioro anestésico de la memoria implícita u otros tipos de memoria57.

La comparación de la potencia amnésica de cinco anes-tésicos inhalatorios con el modelo de evitación inhibidor reveló que el óxido nitroso era el amnésico más potente y el halotano, el menos potente (expresado en fracciones CAM), con los éteres halogenados de potencia interme-dia58. Es difícil atribuir la amnesia a mecanismos celulares específicos porque los anestésicos inhalatorios actúan en múltiples dianas celulares a concentraciones amnésicas. Tampoco está claro si la inhibición del aprendizaje y la de la memoria con fármacos con distintas afinidades por los receptores comparten mecanismos comunes en cierto nivel de integración. La comparación con fármacos más selectivos aporta información útil. Los ritmos $ (4-12 Hz) son impor-tantes para el aprendizaje y la memoria dependientes del hipocampo59. Las benzodiacepinas60 y los cannabinoides61 ralentizan y suprimen los ritmos $ hipocámpicos en propor-ción a su capacidad para alterar el aprendizaje dependiente del hipocampo (v. también capítulos 13 y 30). El isoflurano y el F6 no inmovilizante tienen efectos comparables en los ritmos $ a concentraciones amnésicas a pesar de sus perfiles diferentes a nivel de receptor y efectos opuestos en la sedación62. Por tanto, las alteraciones en la sincronía neuronal aportan un sustrato común a nivel de red del deterioro de la memoria. La sincronía entre los ritmos $ en amígdala e hipocampo que existe durante la recuperación

de la memoria del miedo indica que este principio podría aplicarse también a otras formas de memoria y a su altera-ción por los anestésicos63. Igual que con otros componentes del estado anestésico, quedan por descubrir los mecanismos exactos de alteración de la memoria por los anestésicos y de la propia memoria.

SEDACIÓNLa sedación (definida como una disminución de la actividad, del estado de alerta, del despertar y/o de la vigilancia), que se encuentra en un continuo conductual que conduce a la hipnosis, se consigue con dosis anestésicas similares a las que producen la amnesia (< 0,5 CAM). No hay una separación causal ni clínica entre sedación e hipnosis. Por el contrario, a pesar de que es difícil separar la sedación de la amnesia, para los anestésicos intravenosos (v. capítulo 30) puede haber sustratos separados, aunque solapados, para estos dos criterios de valoración20,64. Los mecanismos implicados en estos efectos conductuales son probablemente similares a los de fármacos menos promiscuos, para los que los métodos genéticos han sido informativos. Una mutación activada de un aminoácido (H101R) en ratones que hace insensible a la subunidad #1 del receptor GABAA a la regulación por benzodiacepinas confiere resistencia a los efectos amnésicos y sedantes de las benzodiacepinas al tiempo que mantiene otros efectos conductuales como la ansiólisis65. La subunidad #1 está expresada en abundancia en el SNC, principalmente en áreas corticales y en el tálamo. Los anestésicos volátiles

Figura 25-5.Izquierda.

Derecha.círculos

cuadrados morados círculos y cuadrados azules (Panel izquierdo, modificado con autorización de Eger El 2nd, et al: Isoflurane antagonizes the capacity of flurothyl or 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane to impair fear conditioning to context and top tone, 96:1010-1018, 2003; puntos de datos de panel derecho, reconstruidos de Dutton RC, et al: Short-term memory resists the depressant effect of the nonimmobilizer 1-2-dichloro-fluorocyclobutane (2N) more than long-tern memory, Analg 94:631-639, 2002, y Dutton RC, et al: The concentration of isofluorane required to suppress learning depends on the type of learning, 94:514-519, 2001.)

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tienen efectos cualitativos similares en los receptores GABAA que contienen #1 (y también en los que contienen otras subunidades) a concentraciones bajas. La observación de que el F6 no inmovilizante y sin propiedades sedantes62 es amnésico66, aunque no regula los receptores GABAA que contienen #1 sensible a benzodiacepinas67,68, es coherente con la participación de los receptores que contienen #1 en la sedación por anestésicos, porque pocas dianas distintas son afectadas a concentraciones puramente sedantes. Las dianas probables de los efectos sedantes de los anestésicos gaseo-sos óxido nitroso y xenón, que no afectan a los receptores GABAA, son el antagonismo del receptor N-metil-D-aspartato (NMDA)69 y la activación del canal K2P70. En consonancia con este perfil farmacológico distinto, el óxido nitroso tie-ne efectos bastante diferentes a los de las benzodiacepinas en pruebas conductuales dirigidas a evaluar la sedación en ratones71.

Teniendo en cuenta que puede haber algo más que una semejanza superficial entre el sueño natural y la sedación e hipnosis por anestésico, los efectos de algunos anestésicos comparten aparentemente los mecanismos del sueño natu-ral mediante activación directa de núcleos diferenciados promotores del sueño en el hipotálamo23. Los patrones electroencefalográficos muestran similitudes durante el sueño natural de ondas lentas y la anestesia72, y bajo la anestesia con propofol73 e inhalatoria74 puede ocurrir una recuperación de la falta de sueño, lo que apoya este concepto (v. también capítulo 14). Los efectos anestésicos sobre las estructuras corticales75 y subcorticales21 también pueden contribuir a la sedación y la hipnosis inducidas por anestésicos.

NEUROTOXICIDAD Y NEUROPROTECCIÓN ANESTÉSICAS

Neurotoxicidad posnatal tempranaLos anestésicos generales pueden ocasionar efectos neuroló-gicos persistentes más allá de su clásica producción reversible de la anestesia. Sin embargo, su importancia clínica sigue siendo desconocida76-78. Desde el descubrimiento de que la exposición posnatal del cerebro en desarrollo de los roedores a altas dosis de fármacos anestésicos de uso común, en forma aislada o en combinación, durante un período de varias horas puede inducir muerte celular por apoptosis con posi-bles consecuencias funcionales a largo plazo78, se ha estu-diado y discutido extensamente el modelo del roedor recién nacido. Efectos similares se han reproducido con todos los fármacos anestésicos generales de uso común. Sigue sin definirse cómo se traducen los resultados, cuantitativa y cualitativamente, de especies altriciales de vida corta (como los roedores) a otras más precociales, de vida larga (como el Homo sapiens). Curiosamente, los factores ambientales tras la exposición parecen desempeñar un considerable papel en la expresión de la neurotoxicidad79.

Neuroprotección isquémicaLa neuroprotección farmacológica frente a la isquemia cerebral y la reperfusión es un campo de investigación en rápida evolución caracterizado por un potencial elevado y por decepciones similares, porque los estudios animales prometedores no han rendido beneficios clínicos. A pesar de la abundante investigación, la evidencia clínica de la protección encefálica ante la isquemia por los anestésicos inhalatorios sigue siendo controvertida80. La lesión neuronal

isquémica se debe a muerte celular excitotóxica precoz por liberación excesiva de transmisores aminoácidos excitadores como glutamato y estrés oxidativo causado por lesión por reperfusión combinada con muerte celular diferida como resultado de la apoptosis81,82. Los anestésicos volátiles (p. ej., isoflurano) y el xenón logran neuroprotección inicial en modelos animales solo ante agresiones leves. Esto es coherente con un efecto beneficioso en la excitotoxicidad, aunque con efectos mínimos en la muerte celular diferida por apoptosis. Podría plantearse una estrategia terapéutica para ampliar esta neuroprotección inicial a la vista de que el isoflurano combinado con inhibidores caspasa para impedir la apoptosis logra una neuroprotección más prolongada83. Por el contrario, el xenón puede tener una acción antiapop-tósica intrínseca que contribuye a sus propiedades neuro-protectoras en consonancia con sus mecanismos moleculares distintos84. Curiosamente, el «preacondicionamiento» con ketamina parece proteger frente a la neurotoxicidad inducida por ketamina85. Además, los anestésicos volátiles protegen probablemente mediante supresión de las necesidades ener-géticas encefálicas por inhibición de la transmisión excitado-ra y potenciación de los receptores inhibidores y los canales iónicos81. Los posibles efectos favorables del preacondicio-namiento cardíaco con anestésico han recibido también mucha atención recientemente. En el mismo sentido que los efectos protectores de los anestésicos administrados antes de la isquemia cardíaca (preacondicionamiento anestésico; v. más adelante), también se han observado efectos pro-tectores en modelos animales de isquemia cerebral focal (v. también capítulos 67, 69 y 70)86.

Efectos cognitivos postoperatoriosLos efectos cognitivos adversos postoperatorios que per-sisten más allá de una duración explicable por los factores farmacocinéticos se han atribuido a los anestésicos desde el siglo XIX. Deben distinguirse tres entidades clínicas: delirio, demencia y disfunción cognitiva postoperatoria (DCPO). Al contrario que el delirio o la demencia, la DCPO no es un diagnóstico clínico, sino un resultado de una compara-ción de las puntuaciones pre- y postoperatorias de baterías de pruebas neuropsicológicas entre pacientes sometidos a cirugía y emparejados con poblaciones de control no sometidas a cirugía. Se trata de un paradigma experimental de alta complejidad que es propenso a artefactos. Por ejem-plo, como resultado de estos análisis, la mejora cognitiva postoperatoria coexiste con la DCPO87, y sigue siendo una pregunta abierta si una o ambas de estas entidades existen como entidades patológicas y son clínicamente impor-tantes. La situación es fundamentalmente diferente con respecto al delirio y la neurodegeneración, que pueden ser diagnosticados por criterios establecidos y herramientas estandarizadas.

Aunque los efectos directos de los anestésicos inhalatorios se han relacionado con los déficits de memoria que persisten durante días en ratones adultos jóvenes, específicamente a través de la interacción con la subunidad #5 del receptor GABAA88, los cambios postanestésicos en el comportamiento exploratorio dependen de la interacción con las vías cen-trales de señalamiento colinérgico89. La acumulación de pruebas, sin embargo, apunta hacia cambios mediados por el sistema inmunitario y la inflamación desencadenados por el traumatismo quirúrgico y la anestesia como posibles mecanismos para la disfunción cognitiva postoperatoria similar al delirio a corto o intermedio plazo (v. también capítulo 99)90,91.

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La evidencia experimental obtenida utilizando ratones provistos genéticamente de susceptibilidad a la neuro-degeneración similar a la enfermedad de Alzheimer no apoya un papel de los anestésicos per se en la promoción de la enfermedad degenerativa92. Proporciona apoyo experimental para los estudios observacionales en seres humanos que el deterioro cognitivo después de la cirugía no esté causado ni por la degeneración acelerada ni por los anestésicos93.

Más que un efecto mediado por el anestésico, es probable un papel determinante de la trayectoria de la enfermedad subyacente (en contraposición a la intervención quirúrgi-ca/anestésica) en la definición de la evolución cognitiva a largo plazo de la mayoría de los pacientes94. Los efectos a corto plazo sobre el conocimiento parecen estar relacio-nados con los trastornos fisiológicos que resultan de las intervenciones cruentas, ya sea con papeles agravantes y/o atenuantes de los anestésicos.

EFECTOS INTEGRADOS EN LOS SISTEMAS CARDIOVASCULAR Y RESPIRATORIO

Mecanismos de los efectos cardiovascularesLos efectos cardiovasculares clásicos de los anestésicos volátiles se consideran efectos secundarios perjudiciales e indeseables que limitan su uso seguro en el paciente en estado crítico, aunque estudios recientes han mostrado que también tienen efectos cardioprotectores directos95. Todos los anestésicos volátiles producen reducciones dependientes del fármaco y de la dosis en la contractilidad miocárdica, la resistencia vascular sistémica y la precarga cardíaca con la consiguiente reducción de la presión arterial media. Sin embargo, hay diferencias considerables en la potencia rela-tiva de estos efectos entre anestésicos (v. capítulo 28)96. Los anestésicos volátiles deprimen la contractilidad al reducir la disponibilidad de Ca2+ y/o la sensibilidad al Ca2+ del apa-rato contráctil97. Las dianas principales responsables de los efectos inótropos negativos de los anestésicos volátiles son los canales de Ca2+ cardíacos, el manejo sarcoplásmico del Ca2+ y el aparato contráctil. La inhibición de los aumentos por despolarización de la concentración mioplásmica de Ca2+ se produce principalmente mediante inhibición de las corrientes cardíacas de Ca2+ reguladas por voltaje de tipo L y acortamiento de la duración del potencial de acción98. Los anestésicos volátiles inhiben también la adenosina trifosfatasa estimulada por el Ca2+ sarcoendoplásmico (SER-CA), mientras que el halotano, pero no el isoflurano ni el sevoflurano, abre los canales de liberación de Ca2+ del retículo sarcoplásmico (RS) (receptores rianodina), vaciando de Ca2+ el RS y disminuyendo la liberación de Ca2+ por el RS provocada por excitación97. El efecto inótropo nega-tivo resultante de este descenso de disponibilidad es más pronunciado por la disminución de la sensibilidad de las miofibrillas al Ca2+. Por el contrario, el xenón no tiene efectos en la contractilidad ventricular, la conducción ni las corrientes catiónicas principales98,99, en consonancia con su carencia de efectos cardiovasculares apreciables. El óxido nitroso produce un descenso ligero de la función ventricu-lar99 mediante efectos indefinidos en la disponibilidad de Ca2+. Se acompaña a menudo de estimulación simpática que aumenta la resistencia vascular y contrarresta la depresión miocárdica100,101.

Los anestésicos volátiles pueden producir vasodilata-ción a concentraciones clínicas102 (v. también capítulo 28).

Los efectos vasculares de los anestésicos volátiles son multifactoriales y específicos de tejidos aunque se des-conocen los mecanismos celulares exactos103,104. La vaso-dilatación periférica depende de efectos vasodilatadores directos independientes del endotelio en las células mus-culares lisas y de efectos indirectos en los que intervienen el sistema nervioso simpático y el endotelio vascular. El mecanismo de estos efectos comprende efectos especí-ficos de fármaco en la liberación presináptica de nora-drenalina, inhibición de la entrada de Ca2+ en el músculo liso a través de canales de Ca2+ tipo L, activación de los canales hiperpolarizantes de trifosfato de adenosina (ATP) sensible al K+ (KATP) y de K-Ca y factores dependientes de endotelio como la producción de óxido nítrico105. Igual que en el SNC, la función cardiovascular depende de la función integrada de múltiples canales iónicos, muchos de los cuales están expresados en ambos tejidos excitables. Los anestésicos volátiles tienen efectos específicos de fármaco en la frecuencia cardíaca y en la inducción de arritmias debido a las acciones en los canales iónicos cardíacos. Es difícil vincular la arritmogenia anestésica a las acciones en canales concretos porque diversos canales iónicos cardíacos son sensibles a los anestésicos volátiles a concentraciones clínicas y porque la mayoría de las manipulaciones de la función de los canales iónicos cardíacos pueden causar arritmias106. Los estudios electrofisiológicos indican que los canales cardíacos de Ca2+ de tipo L, esenciales para la fase de meseta del potencial de acción cardíaco y para el aco-plamiento electromecánico, son inhibidos por anestésicos volátiles con acortamiento del período refractario. También inhiben múltiples canales de K+ regulados por voltaje y pueden predisponer a arritmias al retrasar la repolarización. Por el contrario, los anestésicos inhalatorios pueden pro-teger al corazón contra la isquemia y la lesión por reperfu-sión, probablemente mediante mecanismos antioxidante, antiinflamatorios y/o de preacondicionamiento107,108. Los anestésicos volátiles109 y el xenón110 pueden imitar los firmes efectos cardioprotectores del preacondicionamiento (denominado preacondicionamiento anestésico por analo-gía) mediante activación de distintos receptores acoplados a proteína G citoprotectores y proteínas cinasas como la proteína cinasa C (PKC), proteínas cinasas activadas por mitógeno (cinasas MAP), las cinasas reguladas por señal extracelular (ERK), la Akt (proteína cinasa B) y las tirosina cinasas95,111. Aunque sin aclarar por completo, los proba-bles efectores finales del preacondicionamiento anestésico cardíaco son la activación del canal de KATP sarcolémico y supuesto mitocondrial, con activación y aumento de formación de radicales libres y óxido nítrico.

Mecanismos de los efectos respiratoriosLos anestésicos inhalatorios tienen también efectos impor-tantes en el sistema respiratorio. Todos los anestésicos volátiles producen depresión respiratoria pronunciada a la concentración necesaria para la anestesia quirúrgica. Los reflejos quimiotácticos periféricos y la permeabilidad de la vía respiratoria superior son especialmente sensibles a concentraciones subanestésicas de anestésicos volátiles112. El mecanismo implicado en estos posibles efectos graves es la depresión de las redes respiratorias centrales mediada por depresión de la transmisión excitadora y facilitación de la inhibidora. Las dianas moleculares precisas responsables de la exquisita sensibilidad de estas redes a concentracio-nes bajas de anestésicos volátiles siguen siendo un enigma (v. capítulos 19 y 27).

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IDENTIFICACIÓN DE LOS PUNTOS MOLECULARES DE LA ACCIÓN ANESTÉSICA

CRITERIOS PARA IDENTIFICAR PUNTOS RELEVANTES EN ANESTESIASe han propuesto criterios específicos para evaluar la relevan-cia de las numerosas dianas moleculares de los anestésicos113. Son los siguientes:

1. Alteración reversible de la función diana a concentraciones clínicamente relevantes. Este criterio requiere sensibili-dad similar in vivo e in vitro y depende del criterio de valoración anestésico analizado. Por ejemplo, las dianas implicadas en la inmovilidad deben ser sensibles a los anestésicos cerca de la CAM, mientras que las dianas implicadas en la amnesia deben ser sensibles a una frac-ción de la CAM. Una evidencia reciente de los efectos persistentes de los anestésicos inhalatorios en ausencia de exposición anestésica mantenida está desafiando la noción de reversibilidad de ciertos efectos.

2. Expresión de la diana en localizaciones anatómicas apropiadas para intervenir en el criterio de valoración anestésico específico. Por ejemplo, la inmovilización por fármacos inhalatorios supone principalmente acciones en la médula espinal independiente de las acciones en el encéfalo.

3. Estereoselectividad concordante entre los efectos anestésicos in vivo y en la diana in vitro. En ausencia de un antagonista farmacológico específico de la anestesia, la correlación entre las acciones estereoselectivas de los anestésicos generales in vivo e in vitro es una prueba útil de la rele-vancia farmacológica de las supuestas dianas moleculares. Datos de estereoselectividad que correlacionan la poten-cia in vivo y las acciones del receptor in vitro implican a los receptores GABAA como diana de las acciones anestésicas de etomidato, pentobarbital, anestésicos neuroesteroides y probablemente isoflurano.

4. Sensibilidad o insensibilidad apropiada a sustancias anestési-cas y no anestésicas modelo. Los ciclobutanos halogenados anestésicos, junto con análogos estructurales que no pro-ducen anestesia a concentraciones previsiblemente anes-tésicas por la correlación de Meyer-Overton (no inmo-vilizantes), pueden utilizarse para identificar las dianas relevantes de los anestésicos volátiles in vitro. Por ejemplo, el anestésico F3 (1-cloro-1,2,2- trifluorociclobutano), pero no el F6 no anestésico estructuralmente similar (1,2-diclo-rohexafluorociclobutano), afecta a los receptores GABAA, glicina, AMPA, kainita y 5-HT3 y a los canales de Na+ en consonancia con un posible papel en la inmovilidad, mientras que el F3 y el F6 afectan a los receptores neuro-nales nicotínicos, muscarínicos M1, 5-HT2C y mGluR5, lo que indica que estas dianas no están implicadas en la inmovilidad. El F6 es interesante porque carece de efectos sedantes e inmovilizantes, aunque tiene efectos amnési-cos, de ahí el término más apropiado no inmovilizante, que lo convierte en una herramienta farmacológica útil para identificar dianas para estas acciones.

5. Efectos previsibles de las manipulaciones genéticas dirigidas a supuestas dianas moleculares. Los efectos de la supresión dirigida de moléculas específicas implicadas como dianas anestésicas (mutaciones inactivadas) o de la ingeniería genética para introducir mutaciones específicas que modi-fican la sensibilidad anestésica (mutaciones activadas) en organismos modelo proporcionan enfoques potentes

para poner a prueba las funciones de las supuestas dia-nas moleculares de la acción anestésica. Este enfoque ha resultado particularmente exitoso al implicar subtipos específicos de receptores GABAA en los efectos de los anes-tésicos gabaérgicos intravenosos propofol y etomidato, donde sustituciones sencillas de aminoácidos en subtipos específicos de receptores eliminan los efectos anestésicos tanto in vitro como in vivo114. Las mutaciones dirigidas de supuestas dianas anestésicas proporcionan un puente entre las observaciones in vitro y los experimentos con animales intactos, esencial para demostrar los criterios de valoración anestésicos. La existencia de múltiples dianas y redundancia entre los subtipos de canales de iones hacen de este un enfoque experimental más difícil para los anes-tésicos inhalatorios en comparación con los intravenosos (se comenta más adelante).

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LOS PUNTOS DE UNIÓN DE LOS ANESTÉSICOSUn conjunto de estudios de cristalografía por rayos X, modelado molecular y de función-estructura indican que los anestésicos inhalatorios se unen a cavidades hidrófobas formadas en el interior de proteínas14,115. La naturaleza lipófila (o hidrófoba) de estos puntos de unión explica su adherencia a la correlación de Meyer-Overton. También es necesario un elemento de anfifilia (que tiene características polares y no polares) para una interacción efectiva con estas cavidades, como indican las mejorías en la correlación de Meyer-Overton con disolventes más anfífilos (que poseen propiedades tanto hidrófobas como hidrófilas).

DE LAS PROTEÍNAS MODELO A LOS RECEPTORESEs difícil identificar puntos de unión de los anestésicos inha-latorios en proteínas diana verosímiles por sus interaccio-nes de baja afinidad, la escasez de estructuras de resolución atómica de proteínas diana farmacológicamente relevantes y la falta de antagonistas específicos. Por tanto, la mayoría de los puntos de unión de los anestésicos han sido identi-ficados en proteínas modelo bien caracterizadas de las que disponemos de estructuras de resolución atómica tridimen-sionales, pero que no son en sí mismos importantes para la anestesia, como luciferasa y albúmina14,115. Estos estudios indican que los anestésicos se unen en cavidades con inter-acciones químicas no covalentes polares y no polares. La unión implica interacciones mediante enlaces de hidrógeno débiles con residuos aminoácidos polares y moléculas de agua, interacciones de van der Waals no polares y un efecto polarizante de la cavidad de unión anfífila en las moléculas anestésicas relativamente hidrófobas. Las cavidades inter-nas son importantes para la flexibilidad conformacional requerida para la regulación del canal iónico y en la trans-ducción de la señal inducida por ligando de las proteínas del receptor. La ocupación de un volumen crítico dentro de estas cavidades por los anestésicos es un mecanismo verosímil de alteración de la función del receptor y del canal iónico mediante estabilización selectiva de una conformación particular (p. ej., estado abierto o desactivado de un canal iónico). Los anestésicos obtienen también energía de unión de la entropía generada al desplazar el agua unida desde estos puntos de unión relativamente promiscuos. Los estudios de los receptores glicina, GABAA y NMDA aportan evidencia

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convincente de la existencia de puntos de unión de los anes-tésicos en proteínas de señalización neuronal críticas14. Se han identificado residuos aminoácidos esenciales para las acciones de los anestésicos volátiles y, por inferencia, para su unión en la subunidad # del receptor GABAA14.

Los estudios estructurales que utilizan los homólogos pro-carióticos más accesibles de los canales iónicos eucarióticos han proporcionado una potente herramienta para el estudio de los sitios de unión de los anestésicos en proteínas bioló-gicamente verosímiles. Por ejemplo, tanto propofol como desflurano han sido cocristalizados con GLIC, un homólogo bacteriano de canales iónicos eucarióticos inhibitorios acti-vados por ligando (receptores de glicina y GABAA). Ambos anestésicos se unen a un sitio preexistente común en la parte superior del dominio transmembranoso, entre los segmentos transmembranosos de una sola subunidad (fig. 25-6)116. Se ha empleado modelado molecular basado en proteínas estruc-turalmente homólogas para identificar supuestos puntos de unión de anestésicos en los dominios transmembranosos de los receptores GABAA y glicina vertebrados (fig. 25-7). Este modelo indica que diferentes fármacos pueden unirse en distintas orientaciones dentro de una cavidad anfífila individual u ocupar diferentes cavidades en la proteína con efectos funcionales similares. El perfeccionamiento de estos modelos moleculares continuará revelando información sobre el sustrato molecular de la acción de los anestésicos generales que puede probarse de modo experimental. Por ejemplo, los puntos probables de interacción del xenón y del isoflurano con el receptor NMDA se han identificado también con este método. Un punto, que puede alojar hasta tres átomos de xenón o una molécula de isoflurano, se solapa con el punto de unión conocido de la glicina coagonista en la subunidad NR1117. Esto sugiere que dos anestésicos inhala-torios químicamente distintos inhiben los receptores NMDA mediante inhibición competitiva de la unión de coagonista.

Dianas moleculares de los anestésicos inhalatoriosLos canales iónicos son las dianas moleculares más prome-tedoras de los anestésicos inhalatorios. Los canales iónicos regulados por neurotransmisores, en concreto los receptores GABAA, glicina y glutamato tipo NMDA, son los candidatos principales debido a sus distribuciones apropiadas en el SNC,

las funciones fisiológicas esenciales en la transmisión sináptica inhibidora y excitadora y las sensibilidades a concentraciones clínicamente relevantes de los anestésicos16,118. Otros canales iónicos sensibles a los anestésicos inhalatorios son la familia de canales regulados por nucleótido cíclico activado por hiperpolarización (HCN, del inglés hyperpolarization-activated cyclic nucleotide) que provocan corrientes marcapasos118 y regulan la excitabilidad dendrítica, los canales de K+ de «fuga» con dominio de dos poros (K2P) que mantienen el potencial de membrana en reposo en muchas células119 y los canales de Na+ y Ca2+ regulados por voltaje118.

Los anestésicos inhalatorios pueden dividirse en dos clases en función de sus propiedades farmacológicas. La primera clase corresponde a los anestésicos inhalatorios potentes (volátiles) con modulación positiva de receptores GABAA, que también tienen efectos notables compatibles con la anestesia en otros canales/receptores como potencia-ción de los receptores de glicina inhibidores, inhibición de receptores NMDA excitadores y de acetilcolina nicotínicos neuronales, activación de canales de K2P e inhibición de canales de Na+ presinápticos. Los anestésicos intravenosos como propofol y etomidato son moduladores más potentes y específicos de los receptores GABAA. La segunda clase son los anestésicos inhalatorios gaseosos como ciclopropano, óxido nitroso y xenón. Estos anestésicos son inactivos en los receptores GABAA, pero bloquean los receptores NMDA y activan ciertos canales de K2P a concentraciones clínicas.

CANALES IÓNICOS REGULADOS POR LIGANDOPotenciación de los receptores GABAA y glicina inhibidoresLos anestésicos éter (isoflurano, sevoflurano y desflurano), el anestésico alcano como halotano, la mayoría de los anes-tésicos intravenosos (propofol, etomidato, barbitúricos) y los anestésicos neuroesteroides potencian la función del recep-tor GABAA y glicina (GlyR). GABAA y GlyR son miembros de la misma superfamilia de canales iónicos regulados por ligando con bucle cys que también incluye a los receptores de acetilcolina nicotínicos permeables a cationes y los 5-HT3. Los receptores GABAA son los principales canales de Cl− regulados por transmisor en la neocorteza y la alocorteza,

Figura 25-6. A.Gloebacter violaceus

B. Superficie molecular de las cavidades dentro de las subunidades de anestésico general (amarillo) y las cavidades adyacentes entre subunidades (rosa) (Modificado de Nury H, et al: X-ray structure of general anaesthetics bound to a pentameric ligand-gated ion channel, Nature 469:428-433, 2011.)

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mientras que los GlyR desempeñan su función en la médula espinal con cierto solapamiento en el diencéfalo y el tronco encefálico. Los receptores activados conducen iones cloro y desplazan el potencial de membrana hacia el potencial de equilibrio Cl−. Ambos receptores son inhibidores porque el potencial de equilibrio Cl− suele ser más negativo que el potencial de reposo normal. La apertura del canal reduce también la resistencia de la membrana y «cortocircuita» las respuestas excitadoras. La mayoría de receptores GABAA y GlyR son heteropentámeros; están formados habitualmente por tres subunidades GABAA diferentes (p. ej., dos #, dos % y una ! o ") o dos subunidades GlyR diferentes (tres # y dos %)120. La composición de subunidades de los receptores GABAA determina sus propiedades fisiológicas y farmaco-lógicas, y varía entre y dentro de las áreas encefálicas, así como entre los distintos compartimentos de las neuronas individuales. Algunos ejemplos son la expresión preferente de la subunidad #5 en el campo dendrítico del área hipo-cámpica CA1 (una región importante para la formación de la memoria) o de la subunidad #4 en el tálamo y de la subu-nidad #1 en el cerebelo. La presencia de una subunidad ! es necesaria para la modulación de los receptores GABAA por las benzodiacepinas y también puede influir en la regulación por anestésicos inhalatorios. Aunque no se han determina-do de modo definitivo los mecanismos moleculares de la regulación del receptor por anestésicos inhalatorios, estos receptores han sido claves para comprender las interacciones

receptor-anestésico. Con modelos de receptor quimérico entre subunidades GABAA sensibles a anestésico y GlyR insensibles se han identificado residuos aminoácido espe-cíficos en los dominios transmembranosos 2 y 3 esenciales para la acción de los anestésicos inhalatorios121. Esto asentó las bases para obtener receptores GABAA resistentes a anes-tésicos y ratones transgénicos con sensibilidad anestésica alterada (v. más adelante).

Los receptores 5-hidroxitriptamina (serotonina)-3 (5-HT3) permeables a catión relacionado son potenciados de modo similar por los anestésicos volátiles122. Los receptores 5-HT3 intervienen en los reflejos autónomos y probablemente también contribuyen a las propiedades eméticas de los anes-tésicos volátiles (v. capítulo 97).

Inhibición de los receptores acetilcolina y glutamato excitadoresLos receptores acetilcolina nicotínicos neuronales (nnAChR), igual que otros miembros de la familia bucle cys, son canales iónicos heteropentaméricos activados por ligando, pero son selectivos para los cationes. Tienen subunidades # y %, aunque ciertas subunidades # pueden formar receptores homoméricos. En el SNC, los nnAChR son principalmente presinápticos123. Los receptores #7 homoméricos tienen alta permeabilidad al Ca2+ que puede ser superior a la de los receptores NMDA123. A diferencia de los receptores GABAA y GlyR, los nnAChR pasan cationes cuando son activados y por

Figura 25-7. A A. Modelo molecular de receptor A

# y % B. Sección transversal a la altura de la línea de puntos en A C. Región ampliada del sitio de unión anestésica entre subunidades derivado de la región en B

(Por cortesía de Bertaccini laboratory, Stanford University.)

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tanto despolarizan el potencial de membrana. Los receptores con subunidades #4%2 son muy sensibles al bloqueo por iso-flurano y propofol124,125. Es improbable la participación del bloqueo nnAChR en la inmovilización, sedación e incons-ciencia por anestésicos inhalatorios porque los nnAChR son bloqueados también por no inmovilizantes, aunque es posible que contribuyan a la amnesia.

Los receptores NMDA son un subtipo principal de recep-tor postsináptico de receptores ionótropos para glutamato, el principal neurotransmisor excitador en el SNC de los mamíferos126. Los receptores NMDA típicos, definidos far-macológicamente por su activación selectiva por el agonista exógeno NMDA, son heterómeros formados por una subuni-dad GluN1 obligatoria y otras subunidades GluN2 regulado-ras. La apertura del canal precisa glutamato (u otro agonista sintético como NMDA) unido a la subunidad GluN2, mien-tras que el coagonista glicina se une a la subunidad GluN1. Los receptores NMDA precisan también despolarización de membrana para eliminar el bloqueo dependiente de voltaje por Mg2+. La despolarización se debe habitualmente a unión del glutamato a receptores glutamato no NMDA (v. más adelante). Debido a este requisito para la liberación de trans-misor y para la despolarización postsináptica, los receptores NMDA sinápticos funcionan como detectores de coinci-dencia, y se cree que esta característica es esencial para su papel en el aprendizaje y la memoria. Los receptores NMDA están involucrados también en el dolor crónico, quizá por mecanismos similares subyacentes a la plasticidad sináptica, y en la excitotoxicidad provocada por isquemia mediante su capacidad de permitir la entrada de la señal intracelular ubicua de Ca2+. Los anestésicos inhalatorios no halogenados, como el xenón, el óxido nitroso y el ciclopropano, tienen efectos mínimos en los receptores GABAA, pero deprimen la transmisión sináptica glutamatérgica en la región post-sináptica mediante bloqueo del receptor glutamato NMDA (fig. 25-8)70,127. Los anestésicos volátiles pueden inhibir también receptores NMDA aislados a mayores concentracio-nes128. Junto con la inhibición presináptica de la liberación de glutamato, esto podría contribuir a la depresión de la transmisión excitadora mediada por el receptor NMDA.

Una segunda clase de receptores glutamato ionótropos son los receptores no NMDA, que se subdividen en recepto-res de ácido #-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol propió-nico (AMPA) y de cainato según su sensibilidad a agonistas exógenos selectivos126. Los anestésicos inhalatorios inhiben débilmente los receptores AMPA, por lo que es improbable que esta sea una acción importante129. Curiosamente los receptores de cainato son potenciados por los anestésicos inhalatorios, aunque es improbable que esto intervenga en la inmovilidad porque la CAM no cambia en ratones deficientes en la subunidad de receptor GluR6130. La mayor parte de la evidencia sugiere que el mecanismo principal de la depresión de la transmisión glutamatérgica por anes-tésicos volátiles es presináptica, con contribuciones menores del bloqueo receptor postsináptico131-133 (v. «Mecanismos celulares»).

CANALES IÓNICOS REGULADOS POR VOLTAJE Y OTROS

Inhibición de canales de Na+ excitadoresLos canales de Na+ regulados por voltaje son fundamentales para la conducción axónica, integración sináptica y la exci-tabilidad neuronal. A diferencia de los hallazgos en axones

gigantes de invertebrados134, los anestésicos volátiles135,136 disminuyen la conducción axónica en axones hipocámpicos amielínicos pequeños (0,1-0,2 &m) y pequeños descensos de la amplitud del potencial de acción preterminal reducen de modo notable la liberación de transmisor y por tanto las respuestas postsinápticas en la sinapsis de los mamíferos137. Los canales de Na+ regulados por voltaje de los mamíferos con expresión heteróloga son sensibles a concentraciones clínicamente relevantes de anestésicos volátiles. La familia de canales de Na+ consiste en nueve subunidades # formado-ras de poros homólogas con distintas distribuciones celulares y subcelulares138. El isoflurano y otros anestésicos volátiles inhiben las isoformas principales de los canales de Na+ de los mamíferos, como los canales neuronales (Nav1.2), los del músculo estriado (Nav1.4), los cardíacos (Nav1.5) y la isofor-ma periférica Nav1.8139. Los anestésicos volátiles, pero no los inmovilizantes, inhiben también los canales de Na+ nativos neuronales y en terminales nerviosas140-143, sustentando

Figura 25-8.

∼

(A),

componente mediado por el receptor NMDA lento de la corriente (B). ∼

(Modificado y reproducido con autorización a partir de Sousa SLM, et al: Contrasting synaptic activity of the inhalational general anesthetics iso-fluorane and xenon, 92:1055-1066, 2000.)

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la noción de que el bloqueo del canal Na+ contribuye a la depresión de la liberación sináptica de neurotransmisor143. Por el contrario, el xenón no tiene efecto apreciable en los canales de Na+, Ca2+ ni K+ en miocardiocitos aislados92. La demostración reciente de que NaChBac, un homólogo procariota de canales de Na+ regulados por voltaje, también es inhibido por anestésicos volátiles abre la vía a estudios de función-estructura de estos canales141.

Inhibición de canales de Ca2+Múltiples funciones celulares dependen de una concentra-ción estrictamente regulada de Ca2+ libre intracelular ([Ca2+]i) determinada por la actividad integrada de los canales de Ca2+ regulados por voltaje, canales de Ca2+ de capacidad, Ca2+-adenosina trifosfatasa (bombas) de membrana plasmática y retículo sarcoplásmico/endoplásmico, intercambiadores Na+/Ca2+ y secuestro mitocondrial de Ca2+. La alteración de cualquiera de estos mecanismos por los anestésicos pue-de modificar muchos procesos celulares regulados por las acciones de segundo mensajero del Ca2+, como transmisión sináptica, expresión de genes, citotoxicidad y acoplamiento excitación-contracción muscular. Las células excitables con-vierten su actividad eléctrica en acción mediante flujos de Ca2+ mediados principalmente por canales de Ca2+ regulados por voltaje en la membrana plasmática. Distintas células y tejidos expresan diferentes subtipos de canales de Ca2+ que se clasifican funcional y farmacológicamente por el grado de despolarización necesario para abrir el canal, como los activados por voltaje bajo (LVA, del inglés low voltage- activated; tipo T) o los activados por voltaje alto (HVA, del inglés high voltage-activated; tipo L, N, R y P/Q). Más adelante se ha utilizado la identidad molecular de sus subunidades # formadoras de poros para la clasificación144. Hay evidencia firme de que los anestésicos volátiles inhiben ciertas isofor-mas de los canales de calcio145.

La inhibición de los canales de Ca2+ regulados por voltaje presinápticos acoplada a liberación de transmisor podría ser el mecanismo de reducción de la transmisión excitadora por anestésicos volátiles146. De hecho, los canales tipo N (Cav2.2) y tipo P (Cav2.1), que intervienen en la entrada de Ca2+ acoplada a liberación de neurotransmisor, tienen escasa sensibilidad a anestésicos volátiles147,148, aunque no en todos los tipos de neuronas149, lo que indica la importancia de las subunidades auxiliares, modificación postraducción u otros probables reguladores de la sensibilidad anestésica. Su sensibilidad a anestésicos volátiles y un ligero aumento de la CAM por su anulación genética en ratones sugieren una contribución modesta de los canales de Ca2+ de tipo R (Cav2.3) en la anestesia150. Los canales de Ca2+ de tipo T son especialmente sensibles a los anestésicos volátiles151 y al óxido nitroso152. No obstante, los ratones mutantes sin la isoforma del canal de Ca2+ de tipo T (Cav3.1) tienen sensibilidad normal a anestésicos volátiles, aunque el inicio de la anestesia se retrasa153. Por tanto, no está claro el papel que desempeña la inhibición de estos u otros canales de Ca2+ en los efectos del SNC de los anestésicos inhalatorios.

Por el contrario, es bien conocido el papel de la inhibi-ción del canal de Ca2+ en los efectos inótropos negativos de los anestésicos volátiles, prominentes a dosis mayores. La fuerza de la contracción miocárdica está determinada por la magnitud del aumento citosólico de Ca2+ tras la excita-ción eléctrica, la reactividad de las proteínas contráctiles al Ca2+ y la longitud del sarcómero. En los efectos inótropos negativos de los anestésicos volátiles intervienen el descenso de la disponibilidad de Ca2+, la sensibilidad a Ca2+ de las

proteínas contráctiles y la velocidad de eliminación de Ca2 citosólico. Los anestésicos volátiles reducen de modo tran-sitorio el Ca2+ y acortan la duración del potencial de acción en miocardiocitos principalmente mediante inhibición de las corrientes Ca2+ tipo L (Cav1.2), provocando un efecto inótropos negativo y arritmogenia97,106,154. Por el contra-rio, el xenón no deprime la función miocárdica ni inhibe las corrientes Ca2+ tipo L, Na+ ni K+ en miocardiocitos ais-lados98,99. La inhibición de la entrada trans-sarcolema de Ca2+ a través de canales cardíacos de Ca2+ de tipo L tiene un papel principal en los efectos inótropos negativos de los anestésicos volátiles –la mayor con halotano–, junto con contribuciones de los efectos en la sensibilidad a Ca2+ de los miofilamentos y liberación de Ca2+ por el sarcolema106,155.

En contraste con los canales de Ca2+ regulados por voltaje que regulan la entrada de Ca2+ extracelular, los canales de Ca2+ intracelulares regulan la liberación de Ca2+ por los depósitos intracelulares, sobre todo el retículo endoplásmico (RE) y el retículo sarcoplásmico (RS). Incluyen receptores 1,4,5-trifosfato (IP3R), regulados por el segundo mensa-jero IP3 y receptores rianodina (RyR), que intervienen en la liberación rápida del Ca2+ intracelular esencial para el acoplamiento excitación-contracción en el músculo. La fuga de Ca2+ provocada por anestésico volátil tiene lugar a través de canales IP3R y RyR con depleción de los depósitos intracelulares de Ca2+ del RS y del RE. Esto amortigua los cambios del Ca2+, intracelular en respuesta a la estimulación y contribuye también a las propiedades relajantes del mús-culo liso de los anestésicos volátiles inherentes a la bron-codilatación y la vasodilatación156. La predisposición a la hipertermia maligna es un trastorno de la farmacogenética que se manifiesta por crisis hipermetabólica potencialmente mortal desencadenada por anestésicos volátiles, sobre todo por halotano. A menudo se asocia a mutaciones en RyR y en el canal de Ca2+ tipo L físicamente asociado (Cav1.1) que funciona como sensor de voltaje157. Los anestésicos volátiles activan los RyR anormales y provocan liberación del Ca2+ intracelular, contracción muscular y actividad metabólica descontroladas158 (v. capítulo 43).

Canales de K+ y canales de HCNLos canales de potasio (K+) son una familia muy diversa de canales iónicos debido a sus distintos modos de activación. Regulan la excitabilidad eléctrica, la contractilidad mus-cular y la liberación de neurotransmisor. Son importantes para determinar la resistencia de entrada y para dirigir la repolarización, y por tanto determinan la excitabilidad y la duración del potencial de acción. Dada la amplia diver-sidad en la estructura, función y sensibilidad anestésica del canal de K+, no sorprende que haya diversidad considerable en su sensibilidad y respuesta a anestésicos inhalatorios159: desde relativamente insensibles (canales de K+ regulados por voltaje Kv1.1, Kv3)160 a sensibles (algunos miembros de la familia de canales de K+ de dominio con dos poros [K2P]), que producen activación, inhibición o efecto nulo en las corrientes K+.

La activación por anestésico volátil de ciertos canales de K+ de «fuga» fue observada primero en el caracol Lymnaea161, aunque se desconocía la identidad molecular de los cana-les iónicos afectados. Después se observó activación de los canales de K2P por anestésicos volátiles y gaseosos como xenón, óxido nitroso y ciclopropano en mamíferos162. El aumento de conductancia K+ puede hiperpolarizar las neuronas, disminuye la sensibilidad a impulsos sinápticos excitadores y posiblemente altera la sincronía en la red. La

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anulación dirigida de los canales de K2P TASK-1, TASK-3 y TREK-1 en ratones reduce la sensibilidad a la inmovilización por anestésicos volátiles de forma específica para el fárma-co, lo que implica que estos canales son dianas anestésicas contribuidoras in vivo32-34. Otros miembros de esta amplia familia de canales de K+ son sensibles también al xenón y a los anestésicos volátiles163.

El reconocimiento de que las canalopatías son arritmóge-nas y son un factor contribuyente importante en la muerte cardíaca súbita164, sobre todo en niños pequeños165, pone de manifiesto la importancia de analizar la regulación anes-tésica de los canales iónicos cardíacos. Los canales hERG recombinantes (relacionados con éter a-go-go humano) son inhibidos moderadamente por halotano, y es probable que su depresión contribuya en los efectos arritmógenos de los anestésicos volátiles106,166. Los canales hERG están implicados también en el síndrome del QT largo congénito y adquirido (provocado por fármaco). Los canales de K+ activados por Ca2+ y regulados por voltaje (Kv) rectificadores de la entrada (KIR) cardíacos son por lo general relativamente insensibles a las concentraciones clínicas de anestésicos volátiles y xenón98,106,167. Por el contrario, hay evidencia considerable de que los anestésicos volátiles y el xenón activan canales de KATP en mitocondrias y sarcolema107, un efecto con un papel crítico en el preacondicionamiento anes-tésico. Se han observado efectos electrofisiológicos directos de los anestésicos con propiedades de preacondicionamiento en canales de KATP en mitocondrias y sarcolema, aunque se desconocen los mecanismos exactos.

Los anestésicos volátiles inhiben también los canales «marcapasos» HCN, reduciendo la velocidad de elevación de los potenciales marcapasos y la frecuencia de descarga de ciertas neuronas con autorritmo. Disminuyen la conduc-tancia Ih en la neuronas168 y modulan las isoformas del canal HCN1 y HCN2 a concentraciones clínicamente rele-vantes169. La modulación anestésica de estos canales podría tener un papel importante en los efectos anestésicos en las funciones integradoras neuronales, porque estos canales contribuyen al potencial de membrana en reposo, control de descarga del potencial de acción, integración dendrítica, automaticidad neuronal y adición temporal, y determinan la periodicidad y la sincronización de las oscilaciones en muchas redes neuronales170.

MECANISMOS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULARESLos mecanismos de señalización celulares son esenciales en todas las fases de la función de órgano y han sido dianas atractivas para explicar los variados efectos de los anestésicos generales. Los anestésicos tienen acciones mal conocidas en las vías de señalización celular intracelulares, que incluyen procesos anterógrados desde los receptores y los canales iónicos en la superficie celular, a efectos de segundos mensa-jeros, vías de fosforilación de proteínas y otros mecanismos reguladores171.

Receptores acoplados a proteína GDiversas señales, como hormonas, neurotransmisores, citocinas, feromonas, odorantes y fotones, producen sus acciones intracelulares al interactuar con receptores meta-bólicos que activan proteínas de unión-nucleótido guanina heterotriméricas (proteínas G). A diferencia de los receptores ionótropos que se unen directamente a canales selectivos de

ión, las proteínas G actúan como conexiones moleculares indirectas para transmitir información desde los receptores de la membrana plasmática activados a las dianas intracelu-lares apropiadas. Las proteínas G heterotriméricas consisten en una subunidad # grande y una subunidad dímero %/!, cada una expresada con múltiples isoformas con distintas propiedades y dianas anterógradas. Las proteínas G regulan multitud de efectores anterógrados para controlar las con-centraciones de segundos mensajeros citosólicos como Ca2+, monofosfato de adenosina cíclico y trifosfato de inositol. Estos, a su vez, regulan proteínas efectoras como canales iónicos y enzimas, bien de modo directo o mediante vías de fosforilación de proteína reguladas por segundo mensajero. Los fármacos que actúan a través de receptores acoplados a proteína G (GPCR), como agonistas opioides & y receptores #2-adrenérgicos, pueden alterar la sensibilidad anestésica (reducen la CAM). Los anestésicos inhalatorios pueden alte-rar de modo directo también la vía de señalización GPCR172. Por ejemplo, los anestésicos volátiles activan múltiples GPCR olfativos en la rata in vivo de modo selectivo de fármaco y de receptor173. Son posibles efectos análogos en GPCR relacionados más relevantes para los criterios de valoración anestésicos críticos, aunque no han sido demostrados. La observación de que tanto los anestésicos volátiles como los no inmovilizantes inhiben los receptores glutamato mGluR5, los receptores serotonina 5-HT2A y los receptores acetilcolina muscarínicos, sugiere que estos efectos GPCR no contribuyen a la inmovilización anestésica174-176.

Fosforilación de proteínasLa fosforilación de proteínas en grupos específicos serina, treonina o tirosina hidroxilo, una modificación postraduc-ción involucrada en la regulación de muchos receptores y canales iónicos sensibles a anestésicos, es fundamental para la plasticidad sináptica (p. ej., potenciación a largo plazo [PLP]). La fosforilación está controlada por el equilibrio de actividad entre proteínas cinasas y fosfatasas, varias de las cuales son dianas anestésicas verosímiles. La familia proteína cinasa C (PKC) de proteínas cinasas multifuncionales se activa por la molécula de señalización lipídica diacilglicerol y está implicada en la regulación de muchos canales ióni-cos y receptores. El halotano177 y el sevoflurano178 potencian la actividad de algunas isoformas PKC y estimulan la fos-forilación de sustratos PKC específicos. Estudios estructu-rales han identificado un probable punto de unión en el dominio de unión diacilglicerol de PKC" coherente con la propiedad de ciertos anestésicos de imitar a su regulador natural mediante unión al punto de activación179. Aún no se ha demostrado un papel específico como un efecto farmaco-lógico directo relevante mediado por activación anestésica de PKC o de cualquier otra cinasa. La inyección intratecal de inhibidores PKC específicos de isoforma no altera la sensi-bilidad al halotano in vivo180. Ratones inactivados genéti-camente sin isoforma PKC! tienen sensibilidad normal al halotano y al desflurano mientras que la CAM del isoflurano aumentó181, lo que indica que la PKC no es esencial para la inmovilización por anestésico volátil.

Se ha descubierto un papel importante de los efectos de los anestésicos volátiles y del xenón en los mecanis-mos de señalización celular para preacondicionamiento del corazón (v. capítulo 28) y del encéfalo contra el daño isquémico81,83,85,87,109. El preacondicionamiento provocado por anestésico y el cardíaco isquémico comparten mecanis-mos de señalización fundamentales como activación de múltiples GPCR (p. ej., adenosina, opioide, adrenérgico) y

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proteínas cinasas (p. ej., src cinasa, PKC", PKCε, Akt, pro-teínas cinasas activadas por mitógeno [MAPK]) y sus dianas anterógradas, sobre todo canales de KATP en mitocondriales y/o sarcolema, iniciados probablemente por cambios en las especies reactivas del oxígeno como segundo mensajero crítico95. Los anestésicos volátiles y el xenón comparten efectos cardioprotectores y neuroprotectores que implican a estas vías de señalización109.

Los efectos de los anestésicos en la fosforilación de resi-duos individuales en sustratos específicos pueden estudiarse con anticuerpos específicos de estado de fosforilación capa-ces de detectar la forma fosforilada de sustratos cinasa. Una comparación de los efectos de tres anestésicos diferentes (isoflurano, propofol y ketamina) en las vías fundamentales de señalización de fosforilación de proteína intracelular que se sabe que integran múltiples sistemas de segundo mensajero revela acciones in vivo compartidas y específicas de fármaco182. Los tres anestésicos reducen la fosforila-ción de puntos activadores en receptores glutamato NMDA y AMPA y de la cinasa ERK2 regulada por señal extracelu-lar anterógrada, implicadas en la plasticidad sináptica, en consonancia con la depresión de la transmisión sináptica glutamatérgica normal en la corteza cerebral de ratones anestesiados. Estos efectos son algo selectivos porque otros sustratos PKA examinados no cambian, lo que indica un efecto específico de sustrato más que una inhibición general de la actividad PKA183. Son necesarios estudios adicionales para determinar qué efectos anestésicos en las vías cina-sa representan efectos directos, como ocurre con la PKC, y cuáles son indirectos por alteraciones provocadas por anestésico en las moléculas de señalización que regulan la actividad proteína cinasa y fosfatasa como Ca2+ y otros segundos mensajeros.

Expresión de genesLa propiedad de los anestésicos generales de alterar la expre-sión de genes en el encéfalo fue observada por primera vez para los genes tempranos inmediatos muy reactivos c-fos y c-jun184. Desde entonces se han observado efectos anes-tésicos en la expresión de genes con múltiples anestésicos y en distintos órganos185. En el hipocampo de ratas ancia-nas los cambios en la expresión génica persistieron hasta 2 días en ratas expuestas a isoflurano y óxido nitroso186, y se han observado cambios en la expresión de proteínas 3 días después de la exposición a desflurano187. Se desconoce la transcendencia de estos cambios en la expresión de genes y proteínas persistente tras la recuperación de los signos clásicos de anestesia (v. revisión)77.

MECANISMOS CELULARES

EXCITABILIDAD NEURONALLa excitabilidad neuronal depende del potencial de mem-brana en reposo, del umbral de inicio del potencial de acción y de la resistencia a la entrada (un indicador de la actividad global del canal), que pueden diferir entre compartimentos dentro de una misma neurona debido a especializaciones subcelulares (p. ej., cuerpo frente a den-dritas). Las neuronas muestran una considerable diversidad y, por tanto, los efectos anestésicos varían entre las pobla-ciones neuronales con el estado de la neurona individual y su red –es decir, si está hiperpolarizada o despolarizada, estimulada por entradas sinápticas o quiescente–. Por tanto,

debería reconocerse que los resultados obtenidos incluso de preparaciones tradicionales de cortes agudos de tejido solo reflejan de forma incompleta los efectos anestésicos sobre las neuronas in vivo.

La excitabilidad intrínseca de las motoneuronas de la médula lumbar in vivo parece estar poco afectada por el halotano188. Los efectos anestésicos en las propiedades de activación de las neuronas hipocámpicas piramidales son complejos: se han comunicado aumento o descenso del umbral y diferencias regionales y efectos dependientes de la dosis sobre los patrones de activación189,190. Por el contrario, neuronas en el núcleo posteroventral del tálamo (posible-mente neuronas talámicas de relevo) se hiperpolarizan en presencia de isoflurano y tienen menos probabilidad de producir potenciales de acción por un descenso de la resis-tencia de entrada (aumento de cortocircuito), atribuido a conductancia del potasio191. Se observan efectos similares en neuronas motoras del nervio hipogloso y en neuronas del locus caeruleus en las que tiene una implicación causal el canal de K2P de tipo TASK192.

El papel de los receptores GABAA localizados en las zonas extrasinápticas puede incluir los efectos de los anestésicos volátiles (fig. 25-9). Los receptores GABAA extrasinápticos, que difieren de los sinápticos en la composición de subuni-dades, intervienen en la inhibición tónica (a diferencia de la inhibición fásica mediada por receptores GABAA sinápticos) y son muy sensibles a muchos anestésicos generales. Los receptores GABAA extrasinápticos tienen mucha afinidad por GABA, se desensibilizan con lentitud y están expuestos tónicamente a concentraciones GABA bajas en el entorno193 a las que el efecto potenciador de los anestésicos es más pronunciado. Los efectos de los anestésicos en la inhibición tónica han sido caracterizados en el hipocampo, que tiene una función principal en el aprendizaje y en la memoria. Las neuronas hipocámpicas generan una activación median-te corriente tónica intensa de los receptores GABAA con subunidad #5194-197 que son muy sensibles a etomidato, propofol, midazolam e isoflurano. Los receptores GABAA con subunidad #5 son muy sensibles a concentraciones bajas de propofol e isoflurano que producen amnesia pero no inconsciencia y también pueden estar implicados en la mayor duración de sus efectos cognitivos (explicado anteriormente) (v. también capítulos 26, 30 y 99). Los receptores que contienen subunidades #5 también con-tribuyen a frenar las corrientes fásicas (sinápticas) que se han descubierto en muchas regiones cerebrales198. En el hipocampo, estas corrientes denominadas GABAAlentas son moduladas sustancialmente por etomidato e isoflurano en concentraciones amnésicas. El lento curso temporal y la localización de GABAAlentas coincide con las entradas sinápticas mediadas por el receptor NMDA en las células piramidales del hipocampo, y las sitúa en una posición ideal para modular la plasticidad sináptica. De este modo, estos receptores proporcionan un posible sustrato para las propiedades amnésicas de los anestésicos.

EFECTOS PRESINÁPTICOS Y POSTSINÁPTICOS EN LA TRANSMISIÓN SINÁPTICALos anestésicos generales tienen efectos potentes y específi-cos en la transmisión sináptica, como acciones presinápti-cas (alterando la liberación de transmisor) y postsinápticas (alterando las respuestas postsinápticas de las neuronas a transmisores específicos). Las contribuciones relativas de