GRACIAS A LAS RANAS LOS NEUROTRANSMISORES CAMBIARON LA PRÁCTICA DE LA MEDICINA

 

Nuestro sistema nervioso central (SNC) está dividido en dos. El SN somático controla de forma voluntaria los movimientos y la sensación consciente. El SN autónomo regula funciones involuntarias (cardíacas, respiratorias, digestivas, glandulares) que escapan al control de nuestra voluntad. En ambos casos, la vía de transmisión de los impulsos nerviosos son unas células especializadas, las neuronas.

En el siglo XVIII, los anatomistas habían desarrollado experiencia en la disección de cadáveres e identificado dos pares de nervios que provenían de la médula espinal y se conectaban con el corazón, los pulmones y los riñones. Esos pares son fibras (prolongaciones largas de las neuronas) simpáticas que salen de la médula para formar los nervios cardiopulmonares (ramas cardíacas y pulmonares derecha e izquierda que inervan corazón y pulmones) y los nervios renales (ramas simpáticas renales) que inervan los riñones.

Dado que no controlamos conscientemente estos órganos, desde los primeros hallazgos de los anatomistas estos nervios se denominaron «autónomos», a diferencia de los nervios «somáticos» que controlan nuestros movimientos musculares voluntarios. La primera pista sobre el funcionamiento de los nervios autónomos provino del descubrimiento clásico de Luigi Galvani, un médico y fisiólogo italiano quien, en la década de 1780, comprobó que la chispa de un generador electrostático hacía que la pata amputada de una rana se contrajera al tocarla con metales conductores, lo que sugería que la electricidad circulaba por un nervio; Galvani atribuyó el fenómeno a una “electricidad animal” inherente a los tejidos, sentando así las bases de la bioelectricidad y dirigiendo el desarrollo de la electrofisiología y la comprensión de señales eléctricas en nervios y músculos en la medicina moderna.

En la década de 1840, el anatomista alemán Eduard Weber usó una batería, que había sido desarrollada por Alessandro Volta, para estimular el nervio vago en perros. El nervio vago es un nervio mixto del sistema autónomo cuyos principales componentes motores son la inervación de los músculos de la faringe y laringe, del tórax y el abdomen superior (produce broncoconstricción y aumenta la secreción y motilidad gastrointestinal) y la del corazón (reduce la frecuencia cardíaca y modula la contractilidad cardíaca.

Lo que Weber comprobó por primera vez es que la estimulación del vago ralentizaba la actividad del corazón. Unos años más tarde, Moritz Schiff, en un experimento similar, estimuló otro conjunto de nervios que hicieron que el corazón se acelerara. En ese momento quedó claro que un mensaje viajaba por un nervio a través de una corriente eléctrica, pero había un enigma.

El cuerpo celular (soma) es la base de la neurona. Contiene información genética, mantiene su estructura y proporciona energía para realizar su función. El axón es una prolongación larga y delgada de las neuronas que se origina en una región especializada llamada eminencia axónica o cono axónico, a partir del soma, o a veces de una dendrita. El axón tiene la forma de un cono que se adelgaza hacia la periferia. En su superficie se observan constricciones circulares periódicas llamadas nódulos o nodos de Ranvier.

En la década de 1880, cuando Santiago Ramón y Cajal, con una paciencia y una habilidad infinitas, observó al microscopio células nerviosas teñidas comprobó que las prolongaciones de las neuronas vecinas no contactaban directamente, sino que estaban separadas por un pequeño espacio que el neurofisiólogo británico Charles Sherrington llamó más tarde la "sinapsis", del griego para "unir". Si existía ese espacio, ¿cómo pasaba el mensaje eléctrico de una célula nerviosa a otra? La hipótesis que parecía más racional era que de alguna manera desconocida un impulso eléctrico circulaba a través del espacio.

Esquema con los principales elementos en una sinapsis modelo. La sinapsis le permite a las células nerviosas comunicarse con otras a través de los axones y dendritas, transformando una señal eléctrica en otra química. 

El desmantelamiento de esa hipótesis comenzó cuando en 1901 el químico japonés Jokichi Takamine logró extraer adrenalina de las glándulas suprarrenales. John Langley, en Cambridge, hizo entonces la fascinante observación de que inyectar adrenalina en el cuerpo tenía el mismo efecto que estimular el nervio que acelera el corazón. Su discípulo Thomas Elliott conjeturó que quizás el mensaje entre las células nerviosas que hace que el corazón se acelere se transmite por una célula nerviosa que libera adrenalina para estimular a la siguiente célula nerviosa y así sucesivamente.

En 1907, el farmacólogo Walter Dixon, también en Cambridge, estimuló el nervio vago de una rana, extrajo el corazón, lo trituró e hizo un extracto que luego aplicó al corazón palpitante de otra rana y demostró que se ralentizaba. Pero extrañamente Dixon no relacionó su observación con la actividad nerviosa. Casi al mismo tiempo, Henry Dale demostró que la acetilcolina, un compuesto que se encuentra de forma natural en el hongo del cornezuelo del centeno que había sido sintetizado por Adolf von Baeyer en 1867, ralentizaba el corazón exactamente igual que la estimulación del nervio vago.

Y ahora hagamos una digresión. En la madrugada del 12 de marzo de 1938, un brutal asalto de unos agentes de la Gestapo sacó de la cama a Otto Loewi, un científico alemán, y lo arrastraron a la cárcel. ¿Su delito? Era judío. Poco importaba que dos años antes le hubieran concedido el Premio Nobel por un experimento histórico destinado a cambiar el curso de la medicina. Tras pasar meses encarcelado por los nazis, durante los cuales sufrió una pérdida de peso extrema, Loewi fue liberado con la condición de que entregara todas sus posesiones, incluido el dinero del Premio Nobel, a los nazis. Terminó en Estados Unidos como inmigrante y continuó contribuyendo a la ciencia hasta su muerte en 1961.

Mucho antes de ser apresado por los nazis, Loewi había abandonado la medicina clínica para dedicarse a la bioquímica y la farmacología, y había alcanzado un considerable reconocimiento con su demostración de que el cuerpo podía utilizar los aminoácidos del metabolismo de las proteínas ingeridas en la dieta para sintetizar las proteínas que necesita. En 1909, Loewi aceptó un puesto en la Universidad de Graz, Austria, donde se centró en comprender el sistema nervioso. Sus estancias en Inglaterra, donde aprendió al lado de Elliot y Dale, le habían despertado el interés sobre los neurotransmisores.

Según él mismo cuenta en su autobiografía, el 2 de abril de 1921 se despertó en plena noche y tomó notas sobre un sueño sobre él mismo realizando un experimento pionero.Al día siguiente no recordaba el sueño ni podía leer la nota que había garabateado. La noche siguiente, se despertó de nuevo de madrugada después de haber soñado con diseñar un experimento para comprobar una hipótesis que había formulado sobre la transmisión química nerviosa. Excitado, saltó de la cama y corrió al laboratorio.

Como había descubierto Dixon, por entonces se sabía bien que el corazón de una rana seguía latiendo durante un breve periodo si se sumergía en una solución que aportaba los iones necesarios para mantener la actividad eléctrica y mecánica. Loewi extrajo el corazón de una rana, pero dejó parte del nervio vago adherido. Colocó el corazón de una segunda rana en un recipiente aparte, pero en este caso extirpó completamente el nervio vago.

A continuación, estimuló el corazón de la primera rana aplicando corriente de una batería y, tras unos minutos, transfirió parte de la solución en la que estaba sumergido el primer corazón al segundo. El latido de este se ralentizó, como si hubiera experimentado estimulación vagal. Este asombroso experimento demostró claramente que los nervios no influyen directamente en el corazón, ya que el segundo corazón no tenía nervios adheridos. En palabras de Loewi: «Los nervios deben liberar de sus terminales sustancias químicas específicas, que, a su vez, provocan las conocidas modificaciones de la función cardíaca características de la estimulación de su nervio».

Loewi había descubierto el primer "neurotransmisor", una sustancia química que una célula nerviosa estimulada eléctricamente libera en la sinapsis, la cual se acopla a un receptor en una célula adyacente, de forma similar a como una mano se acopla a un guante. Cuando el acoplamiento es perfecto, la célula se "activa", lo que significa que una señal eléctrica se desplaza rápidamente hasta su extremo, donde se libera más neurotransmisor, lo que estimula a la siguiente célula y, de esta manera, la señal se propaga.

El neurotransmisor del experimento de Loewi resultó ser acetilcolina, la misma sustancia química que Dale había descubierto que ralentiza la actividad cardíaca al inyectarse en un animal. Dale y Loewi compartieron el Premio Nobel de Medicina de 1936 «por sus descubrimientos relacionados con la transmisión química de los impulsos nerviosos».

El concepto de neurotransmisores transformó la práctica médica al presentar la posibilidad de fármacos que pueden potenciar, bloquear o imitar su acción. La enfermedad de Parkinson se debe a una deficiencia del neurotransmisor dopamina en el cerebro y puede contrarrestarse con levodopa, un fármaco que puede atravesar la barrera hematoencefálica y liberar dopamina. Los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina aumentan la concentración en la sinapsis de este neurotransmisor que mejora el estado de ánimo, y la atropina bloquea los receptores de acetilcolina y puede acelerar el ritmo cardíaco. Actualmente, se han identificado más de cien neurotransmisores, muchos de ellos con importancia terapéutica.

Tras pasar meses encarcelado por los nazis, durante los cuales sufrió una pérdida de peso extrema, Loewi fue liberado con la condición de que entregara todas sus posesiones, incluido el dinero del Premio Nobel, a los nazis. Terminó en Estados Unidos como inmigrante y continuó contribuyendo a la ciencia hasta su muerte en 1961. Muchos otros que oyeron a la Gestapo llamar a la puerta en plena noche, no tuvieron tanta suerte.