Interacción entre estímulos estresantes emocionales y psicoestimulantes: Activación de poblaciones neuronales específicas en áreas clave del sistema nervioso central

Abstract

Aunque la mayoría de los estudios sobre estrés agudo se centran en la respuesta a cada estímulo por separado, la posible interacción entre estímulos estresantes, de diferente o similar naturaleza, tiene una gran relevancia teórica ya que en la naturaleza los organismos pueden enfrentarse a más de un estímulo de manera simultánea (o casi simultánea). Independientemente de su naturaleza, los estímulos estresantes tienen en común la activación del eje hipotálamo-hipofisario-adrenal (HPA), que puede ser activado por estímulos de naturaleza física o emocional. Dependiendo de sus características, los estímulos estresantes son procesados de manera en gran parte diferenciada por el SNC, aunque las señales finalmente convergen en el núcleo paraventricular del hipotálamo (PVN), estructura clave en la regulación del eje HPA. Muchas drogas como la cocaína y la anfetamina son capaces de activar amplias zonas del SNC y el propio eje HPA, siendo consideradas como estímulos estresantes farmacológicos. Estudios previos de nuestro laboratorio han puesto de manifiesto, en ratas, interacciones entre psicoestimulantes (anfetamina) y estímulos estresantes emocionales (v.g. natación forzada) cuando ambos se administran de manera simultánea, reduciéndose la activación del eje HPA y la hiperglucemia asociada al estrés emocional. Esta sinergia negativa también se observa con la exposición a la natación forzada y la administración de otro psicoestimulante como el metilfenidato, a dosis terapéuticamente relevantes en el tratamiento del trastorno por déficit de atención e hiperactividad (ADHD). El primer objetivo de la presente tesis ha sido el estudio de cómo la exposición simultánea a psicoestimulantes (anfetamina o metilfenidato) y estímulos estresantes emocionales (natación forzada) afecta a la activación de poblaciones neuronales específicas en áreas del SNC relacionadas con el procesamiento de ambos tipos de estímulos. Al objeto de extender la posibilidad de interacción a la exposición conjunta a estímulos estresantes de tipo emocional, hemos también estudiado de forma preliminar las consecuencias de la exposición simultánea al olor a depredador y a la inmovilización en plancha. La caracterización de las poblaciones neuronales activadas se ha llevado a cabo fundamentalmente mediante doble hibridación in situ fluorescente (FISH) del gen de expresión temprana c-fos en combinación con marcadores específicos de fenotipos neuronales. Nuestro interés se ha centrado en las neuronas glutamatérgicas o GABAérgicas de la corteza prefrontal medial, las neuronas D1R+ o D2R+ del estriado, las neuronas CRH+ del PVN y las neuronas tirosina hidroxilasa (TH)+ del área tegmental ventral y el locus coeruleus. Los resultados indican que la exposición simultánea a dos estímulos da lugar a diversos tipos de interacción respecto a las poblaciones neuronales activadas. Los efectos son más evidentes con la anfetamina, que por sí misma causa activación de un gran número de áreas del SNC, que con el metilfenidato, que por sí mismo apenas tuvo efecto. Pudieron observarse los siguientes patrones de respuesta: i) una falta de efecto aditivo, cuando la activación de un estímulo predomina sobre el otro; ii) un efecto aditivo, que parece reflejar una contribución independiente de cada estímulo; iii) una sinergia negativa, de tal manera que un estímulo reduce la activación causada por el otro; y iv) una sinergia positiva, en la que la exposición simultánea causa mayor activación que la suma de cada uno de los estímulos. También se han observado sinergias negativas tras la exposición simultánea al olor a gato y a la inmovilización. En conjunto, los datos presentados aportan una mejor comprensión de la interacción entre estímulos estresantes emocionales y psicoestimulantes respecto a la adicción y el tratamiento del ADHD. Además, aportan evidencias de una interacción entre estímulos emocionales procesados al mismo tiempo, lo que puede ser de interés en patologías como el trastorno de estrés postraumático.

Although most acute stress studies focus on the response to each stimulus given separately, the possible interaction between stressors of different or similar nature has a critical theoretical relevance as in nature organisms can face more than one stimulus simultaneously (or almost simultaneously). Regardless of its nature (physical or emotional), stressors have in common the capability to activate the hypothalamus-pituitary-adrenal axis (HPA). Although depending on their characteristics stressors are differentially processed by the SNC, signals eventually converge at the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN), the key area in the regulation of the HPA axis. Many drugs of abuse such as cocaine and amphetamine are able to activate a wide range of brain areas and also the HPA axis and, as such, are considered as pharmacological stressors. Previous research from our laboratory has demonstrated in rats some interactions between psychostimulants (amphetamine) and emotional stressors (forced swim) when both stimuli were administered simultaneously, resulting in reduced activation of the HPA axis and stress-induced hyperglycemia. The aforementioned interaction was also observed with the exposure to forced swim and the administration of another psychostimulant, methylphenidate, at doses that are used for the treatment of the attention deficit and hyperactivity disorder (ADHD). The first aim of the present work objective has been the study of how simultaneous exposure to psychostimulants (amphetamine or methylphenidate) and emotional stressors (forced swim) alter the activation of specific neuronal populations in brain areas related to the processing of both stimuli. In order to extend the possibility of interaction to simultaneous exposure to two emotional stressors, we have also preliminary studied the consequences of simultaneous exposure to predator odor and immobilization. The characterization of activated neuronal populations has been carried out mainly by double in situ hybridization (FISH) of the immediately early gene c-fos in combination with specific neuronal phenotype markers. Our interest has focused on glutamatergic and GABAergic neurons of the medial prefrontal cortex, D1R+ and D2R+ neurons of the striatum, CRH+ neurons of the PVN, and tyrosine hydroxylase (TH+) neurons of the ventral tegmental area and the locus coeruleus. Our results indicate that simultaneous exposure to two stimuli leads to different types of interactions with respect to activated neuronal populations. The effects are more evident with amphetamine, which by itself, causes wide-spread activation of the brain, than with methylphenidate, which by itself has null or modest effect. The following response patterns were observed: i) lack of additive effect, when activation of one stimulus dominate over the other; ii) additive effect, which seems to reflect an independent contribution of each stimulus; iii) negative synergy, when one stimulus reduces the activation caused by the other stimulus; and iv) positive synergy, when simultaneous exposure causes more activation than the sum of each stimulus. Negative synergies have also been observed after simultaneous exposure to predator odor and immobilization. Taken together, the present data contribute to a better understanding of the interaction between emotional stressors and two types of psychostimulants that are important for addiction and the treatment of ADHD. In addition, we add some evidence on the interaction between two emotional stressors when processed simultaneously, what may be of interest in pathologies such as the post-traumatic stress disorder.