17 de diciembre de 2021
Científicos de Salk descubren que un circuito neuronal coordina la respiración con las emociones negativas
Científicos de Salk descubren que un circuito neuronal coordina la respiración con las emociones negativas
LA JOLLA—Te sobresalta un sonido amenazador y se te acelera la respiración; te golpeas el codo y jadeas de dolor. No se entendía previamente por qué la frecuencia respiratoria de una persona aumenta dramáticamente cuando está herida o ansiosa. Ahora, un equipo de científicos de Salk ha descubierto una red neuronal en el cerebro que coordina el ritmo de la respiración con los sentimientos de dolor y miedo. Junto con las contribuciones a los campos del manejo del dolor, las teorías psicológicas de la ansiedad y las investigaciones filosóficas sobre la naturaleza del dolor, sus hallazgos podrían conducir al desarrollo de un analgésico que prevendría la depresión respiratoria inducida por opioides (OIRD), la respiración interrumpida que causa muertes por sobredosis.
En el estudio publicado el 17 de diciembre de 2021, en Neurona, el grupo de Salk se centró en un grupo de neuronas en el tronco encefálico llamado núcleo parabraquial lateral, que está dispuesto en una configuración de núcleo-capa. Descubrieron que las neuronas del núcleo se proyectan hacia la amígdala, un área del cerebro que procesa el miedo y la experiencia emocional del dolor. Las neuronas en el caparazón se proyectan al complejo pre-Bötzinger, una región que genera el ritmo respiratorio. Las neuronas del núcleo y del caparazón se influyen entre sí de acuerdo con las entradas de estas áreas, lo que nos hace respirar más rápido cuando experimentamos dolor o ansiedad.
"Somos el primer grupo en demostrar cómo el núcleo parabraquial lateral coordina la respiración y el dolor", dice el autor principal del artículo, cantado han, profesor asistente en los Laboratorios de Biología de Péptidos de la Fundación Clayton de Salk. "Al comprender los circuitos en esta región del cerebro, podemos separar la regulación de la respiración y la regulación del dolor para desarrollar un medicamento que inhiba la sensación de dolor sin reprimir la respiración, como OIRD".
En OIRD, los opioides reprimen tanto la respiración como el dolor; es la principal causa de muerte por opiáceos. En trabajo previo, el laboratorio de Han mostró que los opiáceos como la morfina reprimen la respiración al activar receptores específicos, llamados receptores opioides mu (MOR), lo que lleva a la inhibición de las neuronas que los expresan. También demostraron que la reactivación de las células que expresan MOR puede revertir la OIRD. El trabajo actual sugiere enfoques adicionales para prevenir la OIRD, posiblemente mediante la inhibición de las neuronas en el núcleo de la región (miedo/ansiedad embotados) mientras se estimulan neuronas similares en el caparazón (respiración de apoyo).
Para mostrar cómo estas neuronas coordinan la respiración con el dolor y las emociones, los investigadores primero usaron luz y agentes químicos para probar que la manipulación de las neuronas que expresan MOR en el núcleo parabraquial lateral altera la frecuencia respiratoria en ratones. Luego usaron marcadores fluorescentes para mapear las entradas y salidas de las neuronas que expresan MOR. Sus resultados indicaron que las neuronas agrupadas en el núcleo de la región se proyectan hacia la amígdala central, mientras que las neuronas agrupadas en el caparazón circundante se proyectan hacia el complejo pre-Bötzinger. Los registros electrofisiológicos de una población mientras se estimulaba a la otra población revelaron que algunas de esas subpoblaciones están recíprocamente conectadas, con una red de excitación entre ellas. A través de esta red, las señales de miedo y dolor se coordinaron con los ritmos respiratorios.
“Hemos encontrado circuitos muy intrincados que involucran entradas ascendentes y descendentes a estas neuronas. Al descubrir este mecanismo de circuito, podemos explicar mejor por qué la respiración a menudo se puede coordinar con el dolor y la ansiedad”, dice la primera autora Shijia Liu, estudiante de posgrado en el laboratorio de Han.
Han está ansioso por ver que el descubrimiento del equipo tenga una aplicación traslacional. “El mayor problema en estos días es que los opioides reducen el dolor pero también reducen la respiración, por lo que las personas mueren”, dice Han, titular de la Cátedra de Desarrollo del Pioneer Fund. "Al comprender esos dos mecanismos en nuestra investigación, tal vez podamos manipular ciertas poblaciones de neuronas mediante una intervención farmacológica para que podamos controlar el dolor sin cambiar la respiración".
El grupo de Han está trabajando actualmente en análisis genéticos de la población central y de caparazón para identificar marcadores funcionales que regulan específicamente el dolor o la respiración.
Otros autores del estudio son Mao Ye, Gerald M. Pao, Jinho Jhang, Jonghyun Kim, Sukjae Joshua Kang, Dong-Il Kim de Salk; y Samuel Myeongsup Song y Haibei Jiang de la Universidad de California en San Diego.
La investigación fue apoyada por el Instituto Nacional de Salud Mental, la Fundación de Investigación del Cerebro, la Fundación Mary K. Chapman, la Fundación Jesse & Caryl Philips, los Institutos Nacionales de Salud-Instituto Nacional del Cáncer y la Fundación Waitt.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.11.029
PERIODICO
Neurona
AUTORES
Shijia Liu, Mao Ye, Gerald M. Pao, Samuel Myeongsup Song, Jinho Jhang, Haibei Jiang, Jonghyun Kim, Sukjae Joshua Kang, Dong-Il Kim y Sung Han.
PORTADA DEL DIARIO
En la portada: La respiración puede verse fuertemente influenciada por el dolor o por estados emocionales internos. En este número de Neurona, Liu et al. (páginas 841 a 856) revelan vías opioidérgicas parabraquiales divergentes que coordinan la respiración con el dolor y la ansiedad. La respiración está representada por las líneas azules que fluyen a lo largo de las vías respiratorias, el dolor está representado por los círculos rojos centrados en la pata y la emoción está representada por los pensamientos amarillos enredados en el cerebro. En conjunto, esta obra de arte representa la coordinación dinámica de la respiración con el dolor y la emoción en ratones. Ilustraciones de Amy Cao.
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