EL EFECTO DE LA ESTIMULACIÓN ELÉCTRICA, EN CORTEZA ORBITOFRONTAL, EN RATAS CON CONDUCTA PERSEVERANTE INDUCIDA POR

8 OH-DPAT COMO UNMODELO DE TRASTORNO OBSESIVO

COMPULSIVO

Alumna: Dra. Sandra Berenice Raya Santoyo

Tutor: Dr. Fiacro Jiménez Ponce

Sede: Hospital General de México O.D.

HOSPITAL GENERAL DE MÉXICO2009

Maestría en Ciencias Médicas Universidad AnáhuacSede: CMN 20 de Noviembre

Materia. Seminario de investigación II

Estimulación Eléctrica Cerebral Profunda:

• Utilizada desde 1884 como una herramienta para mejorar los procedimientos neuroquirúrgicos.

• La estimulación eléctrica cerebral profunda inhibe / excita las neuronas?

• Existe modificación en la liberación de neurotransmisores en las estructuras estimuladas con estimulación eléctrica. • Actualmente es utilizada como tratamiento en dolor crónico, Parkinson (temblor, distonia), enfermedades psiquiátricas y epilepsia.

Kringelbach ML, Jenkinson N, Owen SL, Aziz TZ. Translational principles of deep brain stimulation. Nat.Rev.Neurosci. 2007 Aug;8(8):623-635.

Trastorno Obsesivo Compulsivo (TOC):

Clasificado en psiquiatría dentro de los trastornos de ansiedad y se caracteriza por la presencia de obsesiones y compulsiones.

Obsesiones: ideas, pensamientos, impulsos o imágenes intrusivas, repetitivas e inapropiadas, reconocidas por el paciente como propias, que causan gran malestar o ansiedad y persisten a pesar de los intentos por evitarlos o neutralizarlos. Compulsiones: actos repetitivos o ritualizados que se ejecutan para disminuir la ansiedad generada por las obsesiones o prevenir la ocurrencia de un evento temido.

American Psychiatric Association (1994) Diagnostic and statistical manual of mental disorders, IV en (DSM-IV). American Psychiatric Association, Washington D.C.

Epidemiología del TOC

• Se estima una prevalencia anual en sitios internacionales de 1.9 a 2.5 por 100 habitantes.

•La OMS estima la prevalencia del TOC en 2.1% de la población general.

• Afecta 4.3 millones de personas en EUA.

• El impacto económico en la población es poco conocido en México.

• La edad de presentación de la enfermedad es en adultos jóvenes

(Karno M, Golding JM, Sorenson SB, Burnam MA. The epidemiology of obsessive-compulsive disorder five US communities. Arch.Gen.Psychiatry 1988 Dec;45(12):1094-1099. Frena J, Cuelas E, Tapia R, Castañón R, et al. ' Programa De Acción En Salud Mental', 2002) <www.ssa.gob.mx>.

CaudadoVentromedial

CortezaOrbitofrontal

Tálamo MedioDorsal

Globo Pálido,

Sustancia Nigra

Sistema de control indirecta

en GangliosBasales

VíaIndirecta

Vía Directa

Vía directa e indirecta:

Fisiopatología de TOC

McGuire PK, Bench CJ, Frith CD, Marks IM, Frackowiak RS, Dolan RJ (1994) Functional anatomy of obsessive-compulsive phenomena. Br J Psychiatry 164:459–468

Zalad D.H., and Kim S.W.. 'Anatomy and Function of the Orbital Frontal Cortex, I: Anatomy, Neurocircuitry, and Obsessive-Compulsive Disorder', vol. 8/(1996), pp. 125-138.

SINTOMAS OBSESIVO- - COMPULSIVOS

CORTEZA FRONTAL

SUSTANCIA NIGRA

NEURONAS POSTSINÁPTICAS

ESPACIO SINÁPTICO

GIRO DEL

CÍNGULO

NÚCLEOS DEL RAFÉ

GANGLIOS

BASALES

NEURONAS PRESINÁPTICAS

CMI

1.Shiloh R, Nutt D, Weizman A. Atlas of Psychiatric Pharmacotherapy. Martin Dunitz. 2nd Edition. London, UK. 2000.

Tratamientos

Trastorno Obsesivo Compulsivo:

• Terapia Psicoconductual

• Médico (Inhibidores de la recaptura de serotonina)

• Quirúrgico

MODELOS ANIMALES

Objetivos para utilizar un modelo animal en trastornos neuroconductuales :

1. Mejorar el conocimiento sobre los mecanismo y sustratos en la conducta normal y anormal en modificaciones ambientales, fármacos o destrucciones del tejido tisular.

2. Trasladar nuestras ideas de un estudio animal preclínico al clínico y vs.

3. Identificar nuevos blancos, vías y mecanismos de la acción de los medicamentos

4. Evaluar riesgos: efecto neuroprotector, antidegenerativo, mejoría en cognición y tratamientos en nuevos tratamientos.

van der Staay FJ, Arndt SS, Nordquist RE. Evaluation of animal models of neurobehavioral disorders. Behav.Brain Funct. 2009 Feb 25;5:11.

Korff S, Harvey BH. Animal models of obsessive-compulsive disorder: rationale to understanding psychobiology and pharmacology. Psychiatr.Clin.North Am. 2006 Jun;29(2):371-390.

• Sustrato fisiológico en el animal previamente estudiado y que es modificado por algún factor externo.

• Validez de apariencia: similitud en la sintomatología

• Validez predictiva: similitud en el efecto de medicamentos conocidos.

• Validez de constructo: similitud en los mecanismos fisiopatológicos

MODELOS ANIMALES

Tipos de validez en modelos animales

van der Staay FJ, Arndt SS, Nordquist RE. Evaluation of animal models of neurobehavioral disorders. Behav.Brain Funct. 2009 Feb 25;5:11.

Joel D. Current animal models of obsessive compulsive disorder: a critical review. Prog.Neuropsychopharmacol.Biol.Psychiatry 2006 May;30(3):374-388.

Aparato: laberinto en T

Imagen de laberinto en T

Planteamiento del Problema

Sabemos que la estimulación a alta frecuencia de la capsula interna 26, del núcleo accumbens 27, del pedúnculo talámico inferior 29 y del STN (Klavir OD) pueden disminuir los síntomas del TOC.

También sabemos que la estimulación del núcleo reticular del tálamo produce efectos diferenciales sobre la conducta perseverante en el modelo de laberinto en T 30.

Por lo tanto este modelo tiene validez para evaluar el efecto de la estimulación de la Corteza Orbito Frontal (COF) y compararlo contra el efecto de 8-OH DPAT y ISRS

26. Nuttin, B. J., L. A. Gabriels, P. R. Cosyns, et al. 'Long-Term Electrical Capsular Stimulation in Patients with Obsessive-Compulsive Disorder', Neurosurgery, vol. 62/no. 6 Suppl 3, (2008), pp. 966-977. 27. Sturm, V., D. Lenartz, A. Koulousakis, et al. 'The Nucleus Accumbens: A Target for Deep Brain Stimulation in Obsessive-Compulsive- and Anxiety-Disorders', Journal of Chemical Neuroanatomy, vol. 26/no. 4, (2003), pp. 293-299. 29. Velasco M, Velasco F, Jiménez F, Carrilo-Ruiz JD, Velasco AL, Salín Pascual R: Electrocortical and behavioral responses elicited by acute electrical stimulation of inferior thalamic peduncle and nucleus reticularis thalami in a patient with major depression disorder. Clin Neurophysiol 117:320-327, 2006.30. Andrade P, Jimenez F., Carrillo J, Ramirez Ylian. Efectos de la lesión química por estereotaxia en el núcleo reticular del tálamo sobre la conducta en ratas en un laberito en T después de la administración de 8 OH-DPAT. 2008;3 (2):8-13 

Planteamiento del Problema

Joel et. al. Han demostrado que la lesión de la corteza orbitofrontal produce perseverancia en un modelo animal de TOC.

Sin embargo no existe evidencia acerca de que la estimulación eléctrica de la corteza orbitofrontal modifique la conducta no alternante en un modelo experimental (provocada con la aplicación de un agonista serotoninérgico como el 8OH DPAT en ratas).

Sería importante determinar si la estimulación eléctrica diferencial del sistema talámico orbitofrontal puede replicar los efectos del manejo farmacológico.

Justificación

El TOC es un padecimiento crónico considerado como una de las 10 causas líderes de discapacidad en el mundo.

Existe un porcentaje de pacientes (30-40%) que es resistente al tratamiento médico, por lo que es posible ofrecerles una opción para la mejoría de su cuadro clínico a través de la estimulación eléctrica cerebral profunda.

Las manifestaciones del TOC se han asociado a diversas estructuras anatómicas como la corteza orbitofrontal, estriado, globo pálido, núcleo accumbens, brazo anterior de la capsula interna y el tálamo. La estimulación de nuevos centros está basada en la búsqueda de un mejor resultado en la terapéutica.

Justificación

La COF puede ser una estructura inhibitoria del los circuitos límbico y paralímbico. Su manipulación nos proporcionara información valiosa sobre el mecanismo de acción de la estimulación eléctrica que cada vez tiene mayor uso clínico.

El modelo experimental del laberinto en T proporcionará información sobre fisiopatología del TOC y sobre el efecto de los diferentes parámetros de estimulación.

Hipótesis

La estimulación eléctrica de la corteza orbitofrontal a alta frecuencia

(120 Hz) aumentará la conducta perseverante en el modelo animal

(de manera similar al efecto de una lesión), mientras que la

estimulación a baja frecuencia (2 Hz) revertirá el efecto sobre la

perseverancia producido por un agonista serotoninérgico (8-OH-

DPAT) en un 50% o más de la perseverancia basal.

Objetivos

Principal.

Determinar el efecto de la estimulación eléctrica de la corteza orbitofrontal, en un modelo de ratas no alternantes, en un laberinto en T, inducidas por 8 HO-DPAT.

Secundarios.

Comparar los resultados obtenidos por la aplicación de la estimulación eléctrica a alta y baja frecuencia en la corteza orbitofrontal en ratas no alternantes con los resultados obtenidos con las ratas pre-tratadas con clorimipramina.

Determinar si la sola implantación del electrodo en la corteza orbitofrontal en el mismo modelo es causa de alguna respuesta en los modelos no alternantes.

Tipo y diseño del estudio

Estudio básico

Experimental

Con asignación aleatoria de la maniobra a seguir

Comparativo (concurrente y cruzado)

Longitudinal

Fuente de datos de novo

Evaluación abierta

Tamaño de muestra

N = σ |Zα + Zϐ|

µo - µ1

2

N = 2.2 |1.96 + 0.84|

3.3 – 1.0

2

= 7.17

En la replica del modelo al cuarto día de habituación encuentro una media en el grupo de solución salina de 1.0 DS 0.47 y en el grupo de 8 OH-DPAT una media de 3.3 DS 2.2

N = 1.8 |1.96 + 0.84|

3.5 – 1.6

2

= 7.03

Artículo: media con solución salina de 1.6 DS 0.7 y media con 8 OH-DPAT de 3.5 DS 1.8

Andrade P, Fernandez-Guasti A, Carrillo-Ruiz JD, Ulloa RE, Ramirez Y, Reyes R, et al. Effects of bilateral lesions in thalamic reticular nucleus and orbitofrontal cortex in a T-maze perseverative model produced by 8-OH-DPAT in rats. Behav.Brain Res. 2009 Oct 12;203(1):108-112.

Población y tamaño de la muestra

• 6 grupos de 10 ratas cada uno.

• Se mantendrán en grupos máximos de 5 por jaula en un ciclo de luz-obscuridad invertidos 10 días antes del inicio del experimento.

• El cuidado y manejo de los animales son utilizados según la NOM-062-ZOO-1999.

Criterios de inclusión

Ratas de laboratorio tipo Wistar, con medidas de higiene y vacunas proporcionadas por el laboratorioGénero: MachoPeso de 250 a 350 gramos

Criterios de exclusión

Manipulación por medicamentos o quirúrgicos externos al protocolo.Datos de infección.

Criterios de eliminaciónRatas que espontáneamente perseveren más de dos intentosInfecciones causadas por la manipulación quirúrgicaMalas condiciones ambientales en el bioterioMuerte del animal previo a la evaluaciónLocalización inadecuada del electrodo

Criterios de selección

DeDefinición de variablesfinición de variables

Variable Tipo Codificación

Maniobra Cualitativa Nominal

I. Aplicación de solución salina 0.9% IP

II. Aplicación de 8 OH-DPAT IP

III. Tratamiento con clorimipramina

IV. Estimulación eléctrica off

V. Estimulación eléctrica a alta frecuencia (High frequency)

VI. Estimulación eléctrica a baja frecuencia (Low frequency)

Independientes:

DeDefinición de variablesfinición de variables

Variable Definición Tipo Codificación

Elección N. de veces que el animal selecciona un brazo del laberinto en T

Variable cuantitativa dimensional discreta

Escala de 1-9 evaluación pre 8 OH-DPAT

Escala de 1-7 evaluación con 8 OH-DPAT

•A mayor valor mayor conducta perseverante

Latencia de respuesta

El tiempo que tarda el animal en salir de la base y tomar una elección

Variable cuantitativa dimensional discreta

Segundos

Dependientes:

NaCl 8 OH-DPAT

Clorimipramina S. off High

frequency

LowFrequency

GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6

IMPLANTACIÓN ESTEREOTACTICA

8 OH-DPAT

ACONDICIONAMIENTO EN EL LABERINTO EN T

EVALUACIÓN

Highfrequency

LowFrequency

1.Paxinos G, Watson C (1998) The rat brain in stereotaxic coordinates: 4th ed. San Diego: Academic Press.

Imagen de target

Coordenadas:

• 3.7 mm anterior a bregma, • 2.4 mm lateral a la línea media • 4.8 mm ventral a la dura

Parámetros de estimulación

Intensidad: 1 V Anchura de pulso: 500 micro segundosResistencia eléctrica:100 K Frecuencia: 130 Hz o 2 Hz

Estrategias de análisis estadístico

Ho : µ1 = µo

H1: µ1 ≠ µo

Significancia estadística (α) de 0.05

Distribución a dos colas

Poder: 0.8

Estrategias de análisis estadístico

Variable cualitativa:

• X2

De las variables cuantitativas se obtendrán:

• Medidas de frecuencia• Medidas de tendencia central• Medidas de dispersión

Estrategias de análisis estadístico

Comparaciones entre grupos (más de 2): ANOVA

Comparación de relaciones (antes y después de 8 OH-DPAT)

Distribución es normal: T pareada. Distribución anormal: Wilcoxon

CRONOGRAMA

Primer cuatrimestre: de octubre del 2008 a enero del 2009. • Elaboración del protocolo de investigación, discusión con el tutor sobre correcciones, modificaciones y viabilidad del proyecto.

• Se somete a los comités de investigación y ética dentro del hospital sede para del desarrollo del protocolo de investigación (Hospital General de México O.D.)

• Replica del modelo de TOC en una muestra de 20 ratas Wistar, utilizando solución salina intraperitoneal y 8 OH-DPAT. 

Segundo cuatrimestre: febrero del 2009 a mayo del 2009. • Adquirir sustancias: 8 OH-DPAT, Clorimipramina y solución salina.

• Manejo de 30 ratas Wistar, las cuales se distribuirán de forma aleatoria en los tres primeros grupos, utilizando el método de aleatorización simple con una máquina de números aleatorios. 

Tercer cuatrimestre: junio del 2009 a septiembre del 2009. • Elaboración de 60 electrodos bipolares • Montar espacio físico para estimulación eléctrica intracerebral profunda• Probar equipo Grass• Adquirir material necesario para llevar acabo la implantación de electrodos y la estimulación eléctrica. 

Cuarto cuatrimestre: agosto 2009 a enero 2010 • Manejo de 30 ratas Wistar, las cuales se distribuirán de forma aleatoria en los grupos IV, V y VI, utilizando el método de aleatorización simple con una máquina de números aleatorios. 

Quinto cuatrimestre: febrero del 2010 a mayo del 2010. • Análisis de resultados y elaboración de tesis de maestría.

CRONOGRAMA