Capitulo 13

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Capitulo 13

  1. 1. 13Transmisión colinérgica. Fármacos agonistas colinérgicosA. M. González y J. FlórezI. TRANSMISIÓN COLINÉRGICA En su interior, existen tres formas de depósito: a) de forma libre, disuelta en el citoplasma; b) en el interior de vesículas sinápticas, en ocasiones asociada a otro neuro-1. Síntesis de acetilcolina transmisor (p. ej., galanina), y c) asociada lábilmente a La acetilcolina que existe en las terminaciones colinér- membranas y susceptible, por lo tanto, de desprendersegicas es sintetizada en el citoplasma neuronal a partir de con facilidad.la colina y de la acetilcoenzima A (acetil-CoA) median- La acetilcolina recién sintetizada pasa a ocupar algunote la acción de la enzima colinoacetiltransferasa (CAT) o algunos de estos tres compartimientos. En condiciones(fig. 13-1). de reposo, las moléculas de acetilcolina pueden liberarse espontáneamente al espacio sináptico, en forma molecu- La colina proviene de tres fuentes: a) la colina circulante, sintetizada lar o en forma cuántica, originando los «potenciales mi-primariamente en el hígado, penetra en el terminal presináptico coli- niatura» (MEPP) en la membrana postsináptica, cuyanérgico a través de un sistema de transporte de baja afinidad, común ala mayoría de las células, o a través de un sistema de recaptación espe- magnitud está considerablemente por debajo de la nece-cífico de colina de alta afinidad (SRCAA); b) a partir del metabolismo saria para descargar el potencial de acción. Las vesículasde la fosfatidilcolina de membrana, y c) del espacio intersináptico, a sinápticas son la base morfológica de la descarga cuán-partir de la hidrólisis de la acetilcolina por la acetilcolinesterasa. La co- tica, de modo que en su interior está contenida la canti-lina es recaptada al interior de la célula mediante el SRCAA que se en-cuentra en la membrana sináptica. El SRCAA es saturable, presenta dad mínima de moléculas de acetilcolina necesarias paradependencia energética e iónica (Na+) y tiene una Km = 1-5 µM, lo que producir los MEPP que se observan espontáneamente enlo faculta para introducir colina dentro del terminal, incluso con con- la membrana postsináptica.centraciones muy bajas. El SRCAA es un transportador específico delos terminales colinérgicos y se encuentra acoplado a la síntesis de ace- Las vesículas sinápticas se encuentran en mayor número en la pro-tilcolina, calculándose que entre el 50 y el 80 % de la colina utilizada ximidad de unas bandas gruesas de la membrana plasmática presináp-en la síntesis tiene este origen, lo que constituye un paso limitante en tica. Parte de la CAT se encuentra ligada a la superficie externa de lasla síntesis de acetilcolina. Este proceso de transporte a través del vesículas, donde se lleva a cabo el proceso de síntesis. El almacena-SRCAA puede ser bloqueado por el hemicolinio-3 (HC-3) y por algu- miento de la acetilcolina en el interior de las vesículas sinápticas senos inhibidores metabólicos como la uabaína, el 2,4-dinitrofenol o la realiza mediante un transportador cuya estructura primaria está com-azida sódica. Aunque todavía no se ha dilucidado la estructura prima- puesta por doce dominios transmembranales con los dominios amino-ria del transportador de membrana de la acetilcolina, sabemos que per- terminal y carboxiloterminal en el citoplasma (fig. 13-2). Muestra unatenece a la familia más amplia de transportadores de membrana Na+- notable identidad con otros miembros de la familia de los transporta-dependientes y, por lo tanto, es de esperar que en su estructura estén dores vesiculares (40 % de homología respecto al transportador vesi-presentes los doce dominios transmembranales característicos de la fa- cular de monoaminas VMAT2) (v. cap. 3, I, B). El proceso de acumu-milia, con ambos extremos, aminoterminal y carboxiloterminal, en el lación en el interior vesicular del sustrato se realiza mediante un procesodominio citoplásmico. de intercambio protónico dependiente de la acción de una ATPasa-H+- El origen de la acetil-CoA es también diverso. Puede derivarse de dependiente, quien crea el gradiente químico y eléctrico por acumula-la glucosa, del citrato y del acetato. La síntesis de acetil-CoA tiene lu- ción de protones en el interior de la vesícula que serán intercambiadosgar en las mitocondrias, catalizada por el complejo piruvato-deshidro- por el transportador, por acetilcolina y ATP. Este proceso de captacióngenasa. (uptake) es inhibido estereoespecíficamente por el vesamicol, por fár- La enzima CAT se encuentra ubicada, en su mayor parte, en los ter- macos que inhiben la ATPasa-H+-dependiente como la N-metilmalei-minales nerviosos, en estrecha relación con la síntesis y liberación de mida, tributilina o bafilomicina y por fármacos que disipan el gradienteacetilcolina, aunque también se ha detectado en el resto de estructuras protónico intracelular.neuronales. La CAT parece relativamente específica de las neuronas El gen del transportador vesicular de acetilcolina (VACT) se en-colinérgicas, de manera que su identificación por métodos inmunohis- cuentra situado en el primer intrón del gen que codifica la CAT en eltoquímicos sirve para localizar las neuronas colinérgicas y sus termina- cromosoma 10q11.2. Además presentan motivos estructurales y regu-ciones. ladores comunes, lo que sugiere la existencia de un mecanismo de co- expresión de CAT y VACT.2. Almacenamiento y liberación de acetilcolina Cuando un potencial de acción despolariza la termi- Una vez sintetizada, la acetilcolina es almacenada fun- nación colinérgica, provoca de forma rápida y pasajera ladamentalmente en el terminal colinérgico presináptico. abertura de canales de Ca2+ en la membrana presináptica, 213
  2. 2. 214 Farmacología humana AcCoA H+ ATP ADP Transportador de protones NVP Colina + AcCoA AC + HSCoA H+ CAT H+ AC Transportador vesicular de AC H+ AC Vesamicol Vesícula sináptica Autorreceptor Acetil- muscarínico BWSV Colina colina presináptico Toxina Transportador botulínica de colina Membrana presináptica HC-3 AC Espacio Fisostigmina sináptico Paratión Receptor muscarínico Na+ AC Colina + acetato postsináptico Receptor nicotínico postsináptico ACE Membrana postsináptica Na+Fig. 13-1. Esquema de sinapsis colinérgica en que se aprecian los procesos de síntesis, metabolismo, captación vesicular, recapta-ción presináptica y activación de receptores pre y postsinápticos. HSCoa: sulfhidrilo-CoA; NVP: 4,(1-naftilvinil)piridina. (Modifi- cada de Feldman et al., 1997.)con lo que el Ca2+ penetra en el interior a favor del gra- nal, pero su síntesis se recupera con mayor rapidez quediente electroquímico. El aumento de Ca2+ en el interior la de la propia acetilcolina.del terminal desencadena la movilización de la acetilco-lina, tanto de la fracción que está en forma libre como de Los mecanismos moleculares que gobiernan el ciclo de las vesículasla asociada a las vesículas sinápticas. Éstas interactúan sinápticas (VS) ya han sido expuestos con detalle (v. cap. 12). De formacon la membrana presináptica y descargan su contenido muy breve, el ciclo sináptico comienza con el anclaje de las VS en la zona activa, en cuyo proceso están implicadas principalmente la sinap-en el espacio sináptico; posteriormente retornan y se re- tobrevina en la VS, junto con sintaxina en la membrana celular. A con-cuperan (reciclaje). Si la estimulación nerviosa es muy tinuación se produce un proceso de primado, en el cual la VS se vuelveprolongada, disminuye el número de vesículas del termi- competente para la rápida fusión membranal calcio-dependiente. En
  3. 3. 13. Transmisión colinérgica. Fármacos agonistas colinérgicos 215 E V W E P T L P L P T P A N A S A Y T A N T S A P S T P R T T A P A G W E P G A G G G A S R R L W M K H T M M Y R P H T P T A E A S A A T L F H I V H S L I E A G I S Y D Y A A P L A G D A G K R T E F V V F V D A F V I II K P W S V I E P III E IV R V VI VII E VIII E IX E P R X S XI P XII Q V P I V L V G I F A F A G Q L S G I L Y F A F L M P A C L L I V M Y F A S K L V L L A M G V L G C Y A L G G L S L G S A G F P P L V T A A V S P I C S S D N M L Q L I A S S L V A I N C W L P A C F G I A V S Y M G L A F I G A L L L A L L V N V M F A T D A G F S A D F L A L T T F V L A I H P V A L G L D V A D I S Y L L N I V C V G L G S G I A G S L P I A L A F L L L L G A V V V L G V T A L L I A Y V A P V L V L V L M L Y G A P F I L L A I V G L A A V A P V I A V T L Y T P W A L V Y G S L L L R D P D K D R R Q F S R R R V K P N V S L L L L O M V G S Y D Y R F M A L R R P E E P E S L H V H E P R A R Y P D V R L O A H T L A I R A E A S E M A G A P S A A Q R P P A R A R T R G T A A A N L P V G R V A D Y L G Q P P E D L L V D R E S V R L A E S L K R E T Y Y Y N Y D P S R D E C S V E D Q G F P G P P S R P E G DFig. 13-2. Topología del transportador vesicular de acetilcolina de acuerdo con la secuencia de aminoácidos. Los residuos en ne- gro revelan la identidad de otros VMAT.este proceso, al parecer están implicadas SNAP25, NSF y SNAP a/b/g. propagación del impulso por bloqueo del canal, mientras que la anato-Estas vesículas primadas son entonces susceptibles de ser estimuladas xina-A y la anatoxina-S producen sus efectos mediante la hiperestimu-por el calcio durante el desarrollo del potencial de acción, resultando lación de las células musculares, ya que no pueden ser degradadas porla exocitosis del neurotransmisor. la ACE. Otras sustancias, en cambio, favorecen la liberación, como, por ejemplo, el carbacol y la batracotoxina; éstas probablemente favo- Existen sustancias que inhiben la liberación de acetil- recen el proceso de despolarización sináptica al activar el canal de so- dio dependiente del voltaje (v. cap. 3).colina. Entre ellas destacan las toxinas producidas por elClostridium botulinum, el Clostridium tetani o la arañaviuda negra. Las neurotoxinas del grupo de los Clostridia 3. Inactivación de la acetilcolinason la toxina tetánica y siete serotipos de toxina botulí-nica (A-G). Molecularmente son dos cadenas polipeptí- El proceso de neurotransmisión requiere, para su efec-dicas unidas por un puente disulfuro. La cadena pesada tividad, una delimitación tanto espacial como temporal.(100 kD) es la responsable de la fijación específica de latoxina a las células neuronales, mientras que la cadena li-gera (50 kD) es responsable del bloqueo de la liberación Membrana dedel neurotransmisor. La activación neurotóxica requiere la vesículala rotura del puente disulfuro de las cadenas, posibili- sinápticatando la interiorización de la cadena ligera en cuya se-cuencia se encuentra el dominio proteásico responsablede la inactivación. De las ocho toxinas, la tetánica y las botulínicas B, D, F y G actúan Sinaptobrevinamediante la digestión proteolítica de la sinaptobrevina, entre el enlacepeptídico Gln 76-Phe 77, imposibilitando su acción en el proceso de exo-citosis del neurotransmisor. Las toxinas botulínicas A y E actúan me- a - SNAP Toxinas Toxinadiante la proteólisis de SNAP-25, mientras que C1 lo hace por rotura botulínicas botulínica C Toxinas AyEde la sintaxina (fig. 13-3). El conocimiento de este proceso ofrece una NSF botulínicasnueva vía de tratamiento para estas neurotoxinas ya que, al ser media- B, D y F;das sus acciones por una actividad endopeptidásica cinc-dependiente, toxina del g - SNAPserá posible utilizar inhibidores de esta endopeptidasa, como el capto- tétanospril (v. cap. 21), para prevenir la intoxicación mediada por el tétanos oel botulismo. En la actualidad, la toxina botulínica tiene valor terapéu- SNAP-25 Sintaxinatico en el tratamiento de determinadas distonías, acalasia y blefaros-pasmo (v. cap. 30). La toxina del veneno de la viuda negra (a-latroto-xina) promueve la descarga masiva de vesículas, posiblemente al fijarsea la altura de la neurexina Ia, una proteína de la membrana neuronal Membranaque puede actuar como factor de reconocimiento celular en la neurona presinápticay que es capaz de promover la exocitosis por un mecanismo indepen-diente de calcio. Otro grupo importante de neurotoxinas lo constituyen las produci- Fig. 13-3. Acción de las toxinas botulínicas sobre los mecanis-das por las cianobacterias. La saxitoxina y la neosaxitoxina bloquean la mos de liberación de la acetilcolina.
  4. 4. 216 Farmacología humanaUna vez liberada al espacio intersináptico, la acetilcolina II. RECEPTORES COLINÉRGICOSinteractúa con sus receptores para ejercer las acciones es-pecíficas en cada órgano y es degradada inmediatamente.Si bien la acetilcolina puede hidrolizarse espontánea- 1. Definición y tiposmente, este proceso es 100 millones de veces más rápido Los receptores colinérgicos se dividen en dos catego-con enzimas colinesterásicas en el espacio intersináptico rías: muscarínicos y nicotínicos. Inicialmente, esta distin-y que la desdoblan en acetato y colina, sustrato que será ción se hizo sobre la base de métodos empíricos farma-rápidamente recaptado por el terminal presináptico gra- cológicos. Ciertas respuestas a la acetilcolina, como lascias al SRCAA, como se ha indicado previamente. provocadas por la excitación de fibras preganglionares En los vertebrados se encuentran presentes dos tipos simpáticas y parasimpáticas, así como las provocadas ende colinesterasas: la acetilcolinesterasa (ACE) y la buti- la placa motriz por activación de fibras motoras, eran imi-rilcolinesterasa (BuCE). La existencia en todos los ver- tadas por la nicotina y bloqueadas selectivamente por latebrados de dos proteínas con similar sustrato, ambas ca- tubocurarina. En cambio, las respuestas producidas porpaces de hidrolizar acetilcolina, codificadas por dos genes excitación de fibras posganglionares parasimpáticas erandistintos, pero con una organización exónica-intrónica si- imitadas por la muscarina y bloqueadas selectivamentemilar y una alta homología, induce a pensar que ambos por la atropina. A los receptores responsables del primerproductos son necesarios y que quizá desempeñen fun- tipo de respuestas se los denominó nicotínicos y a los delciones diferentes. Se especula con una función protectora segundo tipo, muscarínicos. Los estudios de fijación conde la ACE por parte de la BuCE, ya que hidroliza acetil- radioligandos respaldaron la especificidad de dos sitioscolina a concentraciones que causarían la inhibición de la de fijación diferente, uno de carácter nicotínico y otroACE e interactúa con multitud de inhibidores, pudiendo muscarínico. Esta diferenciación se acompañaba de res-proteger de esta manera la ACE de ser inhibida. puestas celulares y mecanismos moleculares completa- mente distintos. La biología molecular, por último, con- Estructural y funcionalmente, las colinesterasas (ACE) pertenecen firmó la existencia de estos dos tipos de receptores, cuyaal grupo de las serinhidrolasas. El gen de la ACE está compuesto por 6 estructura, naturaleza y funciones son enteramente dife-exones y 4 intrones que por mecanismos de corte y empalme origina va-rias formas diferentes de mensajero que, junto con las modificaciones rentes. Los receptores nicotínicos forman parte de un ca-postraducionales, son la base de la existencia de un amplio polimor- nal iónico cuya abertura controlan, mientras que los mus-fismo en la ACE que condiciona una diferente solubilidad y modo de carínicos están asociados a diversos tipos de proteínas Ganclaje a la membrana, más que diferencias en la actividad catalítica. mediante las cuales activan sistemas efectores de diversaLas modificaciones a nivel traducional y postraducional posibilitan dis- naturaleza.tintas localizaciones de la ACE en la superficie celular. Por su parte, el gen de la BuCE tiene una estructura exónica simi-lar a la anterior, si bien hasta ahora sólo un tránscrito ha sido identifi- 2. Receptores nicotínicoscado. También se han descrito formas oligoméricas de la BuCE, que alparecer son reguladas de forma específica por cada tejido. El receptor nicotínico pertenece a la familia de los ca- nales iónicos receptor-dependientes (v. cap. 3, I, 2.1), de Igualmente es conocido el proceso catalítico que ori- la que también forman parte otros neurotransmisoresgina la hidrólisis de la acetilcolina y que implica la como el GABA, la glicina o el glutamato. Son los encar-formación de una enzima acetilada para sufrir posterior- gados de mediar la rápida transmisión sináptica tanto enmente una desacetilación. La existencia de un sitio anió- el SNC como en el periférico (del orden de 1-10 mseg).nico con carga negativa (derivada de un grupo carboxilo La conjunción de estudios moleculares, electrofisiológi-libre perteneciente a un aminoácido dicarboxílico E327) cos y cristalográficos ha posibilitado conocer tanto la es-atrae electroestáticamente al N+ cuaternario de la acetil- tructura primaria como la terciaria del receptor.colina, formando un enlace iónico; a esta fuerza se suman Considerando modelo el receptor nicotínico del ór-fuerzas hidrófobas y de Van der Waals. En el centro ac- gano eléctrico del pez torpedo, donde fue descrito origi-tivo, constituido por un componente con función poten- nariamente, la estructura primaria está formada por cua-cialmente ácida (grupo OH– de la serina S200) y otro com- tro subunidades glucoproteicas de 55 kD, independientesponente nucleófilo básico (grupo imidazol de la histidina (denominadas a, b, g y d), que se encuentran en unaH400), el grupo imidazol, mediante enlace de hidrógeno, relación estequiométrica 2a, b, g, d que en estudios cris-incrementa la actividad nucleófila del grupo hidroxilo de talográficos semeja un pentágono con un poro centralla serina, permitiéndole interactuar con el átomo de C- (fig. 13-4).carbonilo electrófilo de la acetilcolina. Se forma un en-lace covalente con la formación intermedia de enzima El análisis de las secuencias de las subunidades ha sugerido, sobreacetilada. Una vez acetilada la enzima, se separa la por- la base de estudios de hidrofobicidad, que cada una está compuesta porción de colina que contenía el sustrato. Posteriormente, un extremo hidrófilo N-terminal en el exterior, seguido por tres regio- nes hidrófobas (M1, M2, M3) a partir del residuo 200, un bucle hidrófiloel C electrófilo sufre el ataque nucleófilo del oxígeno de citoplásmico seguido de un cuarto (M4) dominio hidrófobo, para fina-una molécula de agua y el complejo enzima-acetilo se hi- lizar en un segmento C-terminal en el exterior de la membrana. Resul-droliza. tados de estudios de afinidad y mutagénesis dirigida confirman el pa-
  5. 5. 13. Transmisión colinérgica. Fármacos agonistas colinérgicos 217 g a M2 a M1 M4 NH2 M3 COOH M4 g M2 a a M1 M3 d b d b Fig. 13-4. Modelo de receptor nicotínico.pel crítico del segmento hidrófobo M2 de cada una de las subunidades placa motriz, siendo sus antagonistas más específicos laen la conformación del canal, de modo que se propone que este domi- tubocurarina y la a-bungarotoxina (v. cap. 17). El sub-nio transmembrana de cada una de las subunidades está dirigido haciael interior de la estructura pentamérica que adopta el receptor, con- tipo NN o receptor nicotínico neuronal se encuentra en elformando el canal propiamente dicho. Del mismo modo se ha podido SNC, en ganglios vegetativos y en células cromafines deestablecer que las subunidades a son fundamentales para la fijación de la médula suprarrenal, siendo su antagonista más especí-agonistas y antagonistas competitivos (residuos Cys192-193) así como fico el trimetafán (v. cap. 17).a-toxinas. Puesto que cada receptor presenta 2 subunidades a, se ne-cesitan dos moléculas de acetilcolina para su activación, ejerciendo en- La clonación molecular de los receptores nicotínicos permite dife-tre ellas un fenómeno de cooperación positiva, como han puesto de ma- renciar dos subtipos de receptores y clasificar las subunidades que losnifiesto estudios electrofisiológicos y de fijación de radioligandos. Otros componen en dos grandes subfamilias. La familia de las subunidades ados residuos (Cys128 y Cys142) están presentes en posiciones homólo- toma su base en la homología con la subunidad a del receptor muscu-gas en todas las subunidades nicotínicas y su mutación origina la aboli- lar (NM); contiene los residuos Cys192 y Cys193, que, como se ha des-ción de la respuesta a la acetilcolina, por lo que igualmente deben de- crito, son los lugares de fijación de la acetilcolina. A este grupo perte-sempeñar un papel importante en la estructura terciaria, que delimitaría nece la subunidad a1 del subtipo muscular (NM) y todo un conjunto dela funcionalidad del receptor. En cambio, los antagonistas no competi- nuevas subunidades presentes en el subtipo de receptor neuronal NNtivos bloquean la funcionalidad del canal uniéndose a residuos dife- (a2-a9). La segunda familia está compuesta por las subunidades brentes de los anteriores y se sitúan en el interior. (o no-a) que carecen de los residuos Cys192-193. Estaría formada por la subunidad b1 del receptor muscular (NM) y las subunidades b2, b3 y b4 del receptor neuronal (NN) que presentan escasa homología con el La activación del receptor nicotínico provoca la aber- anterior. A esta familia pertenecen también las subunidades g, d y e deltura del canal y el aumento de la permeabilidad iónica receptor muscular (NM), cuyos homólogos neuronales no han sido ha-para cationes monovalentes y divalentes de diámetro in- llados. Los receptores musculares (NM) presentan sólo ligeras varian-ferior a 8 A; por esta razón, el Na+ y el K+ pasan con fa- tes en la composición de sus subunidades (g, d y e) según si el músculo es embrionario, adulto o está desnervado. En cambio, los receptorescilidad y, en menor grado, el Ca2+ y el Mg2+. Así se pro- neuronales (NN) presentan múltiples formas de coexpresión de sus sub-voca el potencial postsináptico excitador (EPSP). Esta unidades, puestos de relieve por inmunocitoquímica y electrofisiología.respuesta es inmediata y de corta duración, de forma que El significado funcional de todas estas variantes de receptores nicotí-un pulso de acetilcolina de 1 mseg de duración provoca nicos neuronales (NN) en el SNC es desconocido. De hecho, y con la ex- cepción de las células de Renshaw de la médula espinal, no existen si-en la placa motriz una respuesta que dura 10 mseg. Los napsis nicotínicas rápidas en el SNC (a diferencia de su comportamientoreceptores nicotínicos se encuentran en la membrana de en los ganglios o en la placa motriz), de modo que la acción de la ace-la placa motriz, en la membrana de las células ganglio- tilcolina al parecer está mediada más bien por la activación de los re-nares simpáticas y parasimpáticas, y en muy diversas ceptores muscarínicos. Se especula con la posibilidad de que los recep-localizaciones del SNC. Los datos farmacológicos y las tores nicotínicos neuronales (NN) participen en los procesos de neurotransmisión excitadora, mediante una activación presináptica, in-técnicas moleculares aplicadas a la farmacología han de- crementando la liberación de neurotransmisor, o que participen en elmostrado la existencia de, por lo menos, dos subtipos. El desarrollo sináptico, o en procesos de modulación temporal del propioNM o receptor nicotínico muscular se encuentra en la receptor.
  6. 6. 218 Farmacología humana3. Receptores muscarínicos gando podrían ser la Tyr529 y la Tyr533 del VII segmento transmem- branal y la Tyr148 y ácido Asp147 del III.3.1. Clasificación e identificación El descubrimiento de más subtipos de los farmacoló- Los receptores muscarínicos son elementos esenciales gicamente previstos ha estimulado el estudio del papelde la transmisión colinérgica de muchos procesos fisioló- funcional de cada uno de ellos. Sin embargo, a pesar degicos: transmisión interneuronal en el SNC, ganglios ve- los notables avances conseguidos con técnicas molecu-getativos y plexos nerviosos, contracción del músculo liso, lares, los resultados aportados por las técnicas farma-génesis y conducción de estímulos cardíacos, y secrecio- cológicas están limitados por la ausencia de fármacos al-nes exocrina y endocrina. Aunque inicialmente se consi- tamente selectivos para cada subtipo, por lo que la im-deró que los receptores muscarínicos pertenecían a una plicación funcional y características farmacológicas de al-sola especie, la diferente selectividad de algunos recep- gunos subtipos todavía permanecen oscuras.tores en territorios específicos, mostrada frente al anta- Todos los subtipos de receptores muscarínicos se en-gonista pirenzepina, inició un proceso de diferenciación cuentran distribuidos en neuronas del SNC, repartidos dede subtipos de receptores que culminó con el clonado al forma irregular, ubicados en zonas neuronales, dendritasmenos de cinco subtipos moleculares (fig. 13-5). Todos y terminaciones axónicas tanto de neuronas colinérgicasellos presentan una estructura molecular enteramente di- como no colinérgicas. En las neuronas ganglionares delferente de la de los nicotínicos. Pertenecen a la gran fa- sistema vegetativo, incluidas las de los plexos mientéri-milia de receptores de membrana que presentan siete cos de la pared gástrica, se encuentran preferentementedominios transmembranales, asociados a proteínas G receptores M1. En los tejidos periféricos, los receptores(v. cap. 3, II). M2 predominan en el corazón (nodos sinoauricular y auriculoventricular, y músculo auricular) y, en mucho me- Son proteínas glucosiladas, con tamaños moleculares que oscilan en-tre 51 y 66 kD, codificadas por secuencias de entre 460 (M1) y 590 (M3) nor grado, en otras células musculares lisas. Los recepto-aminoácidos. Su extremo aminoterminal está en el exterior y el carbo- res M3 se encuentran principalmente en células secreto-xiloterminal en el interior citoplásmico, y tiene un gran tercer bucle in- ras y en células musculares lisas. Los M4 están presentestracitoplásmico que es el responsable del reconocimiento y activación en las células endoteliales vasculares, en neuronas gan-de las proteínas G. Los determinantes de especificidad para la fijación glionares, vasos deferentes y útero. La distribución de es-del agonista estarían distribuidos en los diferentes segmentos trans-membranales, presentando una perfecta conservación en todos los sub- tos receptores en el SNC será analizada más adelante (v.tipos y conformando tridimensionalmente una rueda, donde estos resi- cap. 24).duos conservados se dispondrían hacia el interior, mientras que los noconservados se situarían hacia el exterior en contacto con la bicapa li-pídica. De este modo los 30-47 residuos con potencialidad de formar 3.2. Consecuencias funcionales de la activaciónenlaces por puentes de hidrógeno se situarían uno frente a otro en tornoa un gran hueco central. Análogamente a lo que sucede con el receptor A pesar de su obvia diversidad funcional, todos los sub-adrenérgico (v. cap. 15), los residuos implicados en la fijación del li- tipos de receptores muscarínicos ejercen sus efectos me- A P P A S V T N M NH2 S P N 20 I V L A T T G V R Q G K G E C P P A L A L G T Y W L G I K D C V P Extracelular W H A G V 180 E Q C L F Q C T V M D L F L Y S A F I L L Y L Q Q T W W L A P I I S G I T T T T W E L G Y L L D Y V F L I A T F G T V L V M G L L M S F Y W L C S L A T A S N P A W A M A I N Y T G Y V N 1 V T G I I A S V M L V F S A F Y L P T W 2 L 3 N L T S T I N D A L 4 V L 5 P V T 6 V I 7 P M C N L L V C A L W F S L I S F A L G I V M C T A L L I L I S Y A L C L L D L Y W F F M L A A S L R R N Y T K A R K Y I V N N 140 R A F Y A N 60 A Y R R T V S R T P 360 K F E T V A P P T P S E E K R L K E K T G T L T P G E S R P R D L S S T E M K G E S R K T S S G 280 G Q L 220 N G C K R V E A A R V F E G L E R A E 260 C P L P G T R G E S 240 A R S E E S S G N T L S S E R S Q P C R F E E P T L P G S E C E K R S K K E W S G L V V Y A A S Q L L R P 320 R R L Intracelular I K R A 300 M P M P E L C V D P E Q P R R A Q A P A K A Q W G E K K D S P T G G K R R R R Q H 340 Q K P R 440 V W C S R G P K 460 COOH R K P I Fig. 13-5. Estructura de un receptor muscarínico M2.
  7. 7. 13. Transmisión colinérgica. Fármacos agonistas colinérgicos 219diante proteínas G. Dependiendo de la naturaleza de la Receptores Sistema efectores Accionesproteína G, esta interacción activa el sistema de segundosmensajeros a través de tres vías fundamentales: inhibiciónde la enzima adenililciclasa, estimulación de la hidrólisis K+ Canal K+de fosfoinosítidos y regulación de la abertura de un canal m2 Gi/o (corazón) Hiperpolarización (corazón)iónico. De acuerdo con el sistema preferente de activación PLA2 Ca2+ y despolarización (músculo liso) Inhibición cardíacase ha clasificado a los receptores en dos grandes subgru- m4 (corazón) Inhibición presináptica Gi ACpos: a) M1/M3/M5 están acoplados a la estimulación de fos- K+folipasa C (PLC), operando por un grupo de proteínas G (músculo liso)insensibles a la toxina pertussis (PTX) y b) M2/M4, quefuncionan por la inhibición de la acetilcolina mediada porproteínas G sensibles a PTX. No obstante, son cada vez K+ DAG Ca2+ m1más evidentes las excepciones a esta generalización, por Gq/11 PLC Ca2+ Despolarización Excitación postsinápticalo que es posible que la activación de un sistema u otro Na+ IP3 Despolarización o m3 hiperpolarizacióndependa de qué tipo de proteína G o isoforma de ésta está Contracción de músculo lisoexpresada en la célula en cuestión (fig. 13-6). Secreción glandular Fosfori- inhibición presináptica m5 Gs AC PKA laciones Aunque inicialmente se consideró la activación de la subunidad ade la proteína G como la desencadenante de los procesos molecularesde respuesta, actualmente se acepta que las subunidades b y g pueden Fig. 13-6. Activación de receptores muscarínicos y sus con-producir igualmente la activación de PLC, adenililciclasa, de los canales secuencias celulares y fisiológicas. AC: adenililciclasa; DAG:de K+ cardíacos e incluso de los canales Ca2+-dependientes neuronales. diacilglicerol; IP3: inositoltrifosfato; M1-M3: receptores musca-No está definida con exactitud la asociación entre un determinado re-ceptor muscarínico y una determinada proteína G, si bien al parecer rínicos farmacológicos; m1-m5: receptores muscarínicos mole-existe cierta correlación. En las células de los nodos cardíacos y del mús- culares; PLA2: fosfolipasa A2; PLC: fosfolipasa C. (Modificadaculo cardíaco, la estimulación de sus receptores M2 produce hiperpola- de Goyal.)rización de la membrana y reducción de la contractilidad y la frecuen-cia cardíaca. Entre los mecanismos responsables se distingue la acciónde las Gi1-3 (v. tabla 3-1). Por una parte, es capaz de inhibir la activación puede tener receptores de carácter excitador e inhibidor. Las respues-de la adenililciclasa y los niveles de AMPc y, por consiguiente, reducir tas excitadoras se deben a una reducción de la conductancia del K+, re-la activación de la proteín-cinasa A y la fosforilación activadora de los ducción que se produce por tres mecanismos diferentes: a) cierre de loscanales de Ca2+. Así, disminuye la entrada de Ca2+ y la contracción car- canales de K+ «de fondo», responsable del potencial de membrana dedíaca. Por otra parte, la Gi/o activa directamente canales de K+ mediante reposo; b) cierre de un canal de potasio dependiente del voltaje, res-la subunidad b/g (v. cap. 3, I, A, 3.2) y, al facilitar la conductancia de K+, ponsable de la denominada corriente M: su cierre provoca una despo-provoca su salida con la consiguiente hiperpolarización. No se debe des- larización lenta, una descarga y la facilitación de descargas repetidas, ycartar la posibilidad de que, además, active la fosfolipasa A2, la cual, c) antagonismo del canal de K+ dependiente de Ca2+, responsable de lamediante derivados eicosanoides del ácido araquidónico, aumente la hiperpolarización pospotencial: este antagonismo acorta la fase de hi-conductancia del K+. En las células musculares lisas, donde predominan perpolarización y facilita la descarga repetida. Las respuestas inhibi-los receptores M3, la activación muscarínica estimula principalmente doras se deben principalmente a la activación de canales de K+ y pro-proteínas Gq/11 que desencadenan la activación de la PLC, con la con- ducción de hiperpolarización. A lo anterior debe añadirse la existenciasiguiente producción de IP3 e IP4 (movilización de Ca2+) y de diacilgli- de receptores muscarínicos en las propias terminaciones presinápticas,cerol (activación de PKC). La consecuencia fundamental es la contrac- tanto en las sinapsis neurona-neurona como en las terminaciones neu-ción muscular. Constituye una excepción, sin embargo, el músculo liso rona-célula muscular. La activación de receptores M2 y M3 produce in-vascular porque intervienen mecanismos endoteliales vasodilatadores. hibición de la liberación de acetilcolina, mientras que la de M1 provocaLa activación de receptores muscarínicos puede realizarse por meca- facilitación.nismos indirectos, es decir, facilitando la liberación de productos inter-medios. Prototipo de esta acción es la que se origina en la pared arte-rial, donde la activación de receptores M3 genera en el endotelio la III. AGONISTAS COLINÉRGICOSproducción del denominado factor relajador derivado de endotelio(EDRF), que se ha identificado como óxido nítrico (NO), el cual es for- DE ACCIÓN MUSCARÍNICAmado a partir de aminoácidos como la arginina (v. cap. 20). El NO ac-tiva la guanililciclasa (v. caps. 3 y 20), que provoca relajación muscular. Todavía no es posible realizar una clasificación que En las células exocrinas predominan los receptores M3, por lo que tenga en cuenta la afinidad por los distintos subtipos delas consecuencias moleculares de su activación son idénticas a las re- receptores muscarínicos, a pesar de que existen serios in-cién descritas; la activación de procesos Ca2+-dependientes promueveel mecanismo secretor. Lo mismo ocurre en las células b del páncreas. tentos por conseguir fármacos agonistas que sean selec-La secreción gástrica, sin embargo, difiere por cuanto depende princi- tivos. En consecuencia, es preciso mantener la clasifica-palmente de la activación colinérgica de neuronas ganglionares y en ción ordinaria:ellas predomina la acción activadora de los receptores M1; de hecho, suantagonista más específico, la pirenzepina, se caracteriza por reducir la a) De acción directa: activan directamente los recep-secreción gástrica (v. cap. 45). tores muscarínicos. Se distinguen los grupos siguientes: La acción muscarínica en la transmisión nerviosa es muy importante,dada la abundancia de receptores en el SNC y en los ganglios vegetati-vos. Existen respuestas de carácter excitador, probablemente debidas a) Ésteres de la colina.a la activación de receptores M1 y M3, y de carácter inhibidor por acti- b) Alcaloides naturales y sus derivados sintéticos.vación de receptores M2. Téngase presente que una misma neurona g) Fármacos de síntesis.
  8. 8. 220 Farmacología humana b) De acción indirecta: son los inhibidores de la ace- acetil-b-metilcolina o metacolina y b) ésteres de colina ytilcolinesterasa, cuya acción se debe al incremento local ácido carbámico: carbamilcolina, o carbacol, y carbamil-de acetilcolina en la terminación colinérgica, por lo que b-metilcolina, o betanecol. La esterificación con ácidoactivan receptores muscarínicos y nicotínicos. carbámico confiere a la molécula una alta resistencia a la hidrólisis por colinesterasas, por lo que su acción es mucho más prolongada que la de la acetilcolina. La me-A. FÁRMACOS COLINÉRGICOS tilación en posición b de la metacolina y del betanecol DE ACCIÓN DIRECTA aumenta también la resistencia a la hidrólisis y reduce la potencia de activación de receptores nicotínicos, por lo que sus efectos se restringen más al espectro muscarí-1. Características químicas nico. Los ésteres de la colina son de dos grupos (fig. 13-7): Los alcaloides naturales poseen un nitrógeno tercia-a) ésteres de colina y ácido acético: la acetilcolina y la rio o cuaternario. Tiene nitrógeno cuaternario la mus- carina (obtenido de la Amanita muscaria) y nitrógeno terciario, la pilocarpina (de Pilocarpus jaborandi), la O arecolina (de Areca catechu) y su derivado sintético, la + II aceclidina. Acetilcolina (CH3) 3N CH2CH2OCCH3 Entre los fármacos de síntesis se encuentran la oxo- O tremorina, que por su poderosa acción en el SNC, sólo se II Metacolina + (CH3) 3N CH2CHOCCH3 usa con fines de investigación, y los más modernos y re- I CH3 lativamente selectivos sobre receptores M1: McNA343, O L689660 y xanomelina (tabla 13-1). II Carbacol (CH3) 3N+CH2CH2OCNH2 2. Acciones farmacológicas O II Son la consecuencia de la activación de receptores co- Betanecol (CH3) 3N+CH2CHOCNH2 I linérgicos, sean periféricos o centrales, y de su capacidad CH3 de activar los muscarínicos, los nicotínicos o ambos. A la vez que ejercen efectos directos, pueden desencadenar H5C2 –CH — CH– CH2 –C — N–CH3 I I II I otros indirectos de carácter reflejo. En la tabla 13-2 se re- O=C CH2 HC CH sumen y especifican los principales efectos de cada éster I I I II O N de la colina, la preponderancia relativa de sus acciones Pilocarpina muscarínicas y nicotínicas, y su susceptibilidad a la coli- nesterasa. El carbacol activa todos los receptores musca- I CH3 HO + N–C2 H5 rínicos, aunque se fija más fuertemente a los M2 y M3, y I activa receptores nicotínicos. El betanecol es menos po- CH3 tente que el carbacol para fijarse a los M2 y M3, y no ac- Edrofonio tiva los nicotínicos. H3C + I N–C–O N(CH3) 3 H3C I II 2.1. Sistema cardiovascular O Neostigmina La acetilcolina produce vasodilatación generalizada a nivel arteriolar, reducción de la frecuencia cardíaca y C2H5O O de la velocidad de conducción y reducción de la fuerza de I II I P contracción cardíaca, en mayor grado sobre el músculo I + C2H5O SCH2CH2 N(CH3) 3 auricular que sobre el ventricular. En el territorio venoso, Ecotiopato en cambio, puede producir constricción. Todos estos efec- tos son de carácter muscarínico, ya que son bloqueados por atropina; en su mayor parte se deben a la activación de receptores postsinápticos, pero en el corazón también CH=NOH N+ pueden deberse a la inhibición presináptica de la libera- I CI- ción de noradrenalina en fibras adrenérgicas (inhibición CH3 heterorreceptora). Pralidoxima Por los mecanismos moleculares descritos anterior- mente, la acetilcolina reduce la velocidad de despolari-Fig. 13-7. Fármacos colinérgicos de acción directa e indirecta. zación de la fase 4 en el nodo SA, con lo que se retrasa
  9. 9. 13. Transmisión colinérgica. Fármacos agonistas colinérgicos 221 Tabla 13-1. Caracterización de receptores muscarínicos Nomenclatura M1 M2 M3 M4 M5Agonista selectivo McN-A-343 Betanecol L689660 McN-A-343 Pilocarpina AHR602 XanomelinaAntagonista selectivo Pirenzepina Metroctamina 4-DAMP Tropicamida AFDX250 Telenzepina AFDX116 HHSiD Himbacina AQRA741 Gallamina pFHHSiD Pirenzepina Himbacina AFDX384Mecanismo efector Gq/11 Gi/o Gq/11 Gi/o Gq/11 IP3/DAG ↓ AMPc/K+ ↑ IP3/DAG ↓ AMPc IP3/DAG, NOGen Clasificación m1 m2 m3 m4 m5 Humano 460 aa 466 aa 590 aa 479 aa 532 aa Rata 460 aa 466 aa 589 aa 478 aa 531 aa 4-DAMP: 4-difenilacetoxi-N-metilpiperidina; HHSiD: Hexahidrosiladifenidol; pFHHSiD: p-fluorohexahidrosiladifenidol. Ningún antagonista de los descritos tiene una potencia sobre un determinado receptor que sea diez veces superior a la que muestra por los otros subtipos. Los anta-gonistas clásicos N-metilescopolamina (NMS) y quinuclidinilbenzilato (QNB) presentan afinidades nanomolares por todos los subtipos; por lo tanto no son nada selec-tivos.la llegada del potencial de membrana al valor umbral; queos de conducción y llegan a producir paro cardíaco.en el músculo auricular acorta la duración del potencial En general, la acción es breve a causa de la rápida hi-de acción y el período refractario eficaz, y reduce la drólisis por la ACE. Si hay bloqueo muscarínico, la ace-fuerza de contracción; en el nodo AV aumenta nota- tilcolina a dosis grandes sólo puede ejercer su acciónblemente el período refractario, lo que es causa de los nicotínica, que se manifiesta en forma de activaciónbloqueos de conducción; en el músculo ventricular la ganglionar, estimulación de fibras posganglionaresinervación colinérgica es escasa y dirigida principal- simpáticas y liberación de adrenalina en la médula su-mente al sistema de conducción, pero cuando el tono prarrenal, lo que ocasiona hipertensión arterial y ta-adrenérgico es alto, la acetilcolina provoca una clara re- quicardia.ducción de la contractilidad porque interfiere en el sis-tema del AMPc y la subsiguiente fosforilación de pro- La vasodilatación de la acetilcolina se extiende prácticamente a to-teínas intracelulares responsables de la contracción dos los lechos vasculares, incluidos el coronario y el pulmonar, a pesarcardíaca. de que carecen de inervación colinérgica directa. Es consecuencia de la La acción cardiovascular más sensible es la dilatación activación de los receptores M3 de las células endoteliales, que pro-arteriolar (si el endotelio está intacto), por lo que dosis mueve la liberación de NO y la consiguiente dilatación de las células musculares lisas adyacentes. Sin embargo, debe tenerse en cuenta quepequeñas de acetilcolina producen exclusivamente hi- en la regulación del flujo coronario son otros los factores que regulanpotensión y taquicardia refleja; dosis progresivamente de modo prioritario el flujo: la tensión local de oxígeno y factores me-mayores reducen la frecuencia cardíaca, provocan blo- tabólicos locales, como la adenosina. Tabla 13-2. Acciones farmacológicas de los principales ésteres de colina Acciones farmacológicas Susceptibilidad a la ACE Cardiovasculares Gastrointestinales Vías urinarias Pupila NicotínicasAcetilcolina +++ ++ ++ ++ + ++Metacolina + +++ ++ ++ + +Carbacol – + +++ +++ ++ +++Betanecol – – +++ +++ ++ –
  10. 10. 222 Farmacología humana2.2. Aparato gastrointestinal necol y el carbacol es suficiente para producir efectos ge- nerales. Los alcaloides se absorben en el tubo digestivo, Aumentan la actividad motora y secretora en todo el aunque la muscarina lo hace en menor grado que los de-aparato (v. caps. 44 y 45). Activan en mayor grado las más. Por vía oral, todos ellos pueden provocar un cuadroglándulas salivales y gástricas que las pancreáticas o las tóxico de carácter colinérgico.del intestino. El aumento de peristaltismo y la relajaciónde esfínteres producen una brusca aceleración del trán-sito intestinal, con heces diarreicas y dolores cólicos. 4. Reacciones adversas La activación generalizada de los receptores muscarí-2.3. Tracto urinario nicos en los diversos órganos y tejidos constituye la base de los abundantes efectos secundarios de estos fármacos. El carbacol y el betanecol estimulan de forma selec- Pueden producir náuseas, vómitos, dolor subesternal, dis-tiva el detrusor y relajan el trígono y el esfínter de la ve- nea por constricción bronquial, bloqueos de conducciónjiga, al tiempo que incrementan la presión máxima de mic- intracardíaca, diaforesis, dolor epigástrico, retortijones,ción voluntaria, favoreciendo la micción. dificultad de acomodación ocular, cefalea, salivación, etc. Todos estos efectos son bloqueados por la atropina2.4. Tracto respiratorio (0,5-1,0 mg por vía IM o IV). La mayor densidad de receptores muscarínicos se en- La ingestión de setas (Amanita muscaria y el génerocuentra en el músculo liso bronquial, en menor grado en Inocybe) produce un cuadro agudo de intoxicación coli-los bronquiolos proximales y está ausente en los distales. nérgica muscarínica, cuyos síntomas aparecen en 30-Su activación produce broncoconstricción acusada, con 60 min, consistiendo en un cuadro de sialorrea, epífora,signos de tiraje y ruidos respiratorios. Estimulan las cé- náusea, vómito, cefalalgia, trastornos visuales, cólicos,lulas mucosas y serosas de las glándulas de la submucosa, diarrea, brocospasmo, taquicardia, hipotensión y shock.incrementando la secreción de líquido, iones y glucopro- El cuadro se controla con atropina, 1-2 mg IM cadateínas en la tráquea y los bronquios. 30 min. La intoxicación por Amanita muscaria, por su bajo contenido en muscarina, no produce efectos tóxicos mus- carínicos importantes, sino que se deben a sustancias iso-2.5. Sistema ocular xazólicas de acción alucinógena, lo cual provoca irrita- Cuando se administran en el saco conjuntival, contraen bilidad, desasosiego, ataxia, alucinaciones y delirio; elel músculo liso del esfínter del iris, provocando miosis, tratamiento requiere benzodiazepinas y medidas com-y el músculo ciliar, con lo que favorecen la acomodación. plementarias de apoyo; la atropina puede agravar el de-Ambos efectos contribuyen a facilitar el drenaje del hu- lirio.mor acuoso hacia el canal de Schlemm, reduciendo la pre- La forma más grave de intoxicación por hongos es la causada por lasión de líquido en la cámara anterior del ojo. Amanita phalloides, originada por la acción de las amatoxinas (a y b-amanitina), un grupo de octapéptidos cíclicos que inhiben la función de la ARN-polimerasa II, inhibiendo así la síntesis de ARN mensajero.2.6. Sistema nervioso central De este modo bloquean la síntesis proteica y causan la muerte celular Como los ésteres de la colina atraviesan con dificultad a nivel gastrointestinal, en el hígado y el riñón; al cabo de varios días provocan insuficiencia renal y hepática.la barrera hematoencefálica, no estimulan los abundan-tes receptores muscarínicos en el SNC. Los alcaloides,como la pilocarpina y la oxotremorina, alcanzan el cere- 5. Aplicaciones terapéuticasbro; sus acciones tienen carácter tóxico. La oxotremorina Se indican en el apartado III, C de este capítulo.puede producir temblor, espasticidad y ataxia.2.7. Glándulas B. FÁRMACOS INHIBIDORES DE LA COLINESTERASA La secreción glandular es estimulada de forma gene-ral. Destaca la intensa sudoración producida por la pilo-carpina, acción que requiere la presencia de fibras pos- 1. Características químicasganglionares colinérgicas. Se agrupan en tres clases: a) Derivados carbámicos: son ésteres del ácido car-3. Características farmacocinéticas bámico y alcoholes que poseen un nitrógeno terciario o Los ésteres de la colina se absorben mal por vía oral y cuaternario (fig. 13-7). Unos son de aplicación clínica: lase hidrolizan en el propio tubo digestivo. La velocidad de fisostigmina o eserina es un alcaloide natural terciario dehidrólisis depende de la resistencia a la ACE señalada en la Physostigma venenosum, cuya liposolubilidad le per-III, A. 1. Sin embargo, la absorción intestinal del beta- mite atravesar la barrera hematoencefálica; la prostig-

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