In silico evaluation of benzodiacepine, ketamine and temperature effect on pre-Bötzinger neuronal discharge patterns of respiratory control

Abstract

Introducción: la fiebre y el uso de drogas como las benzodiacepinas (agonistas GABA_A) y la ketamina (antagonista NMDA) se presentan con relativa frecuencia en anestesiología. La respiración es un patrón generado en el tallo cerebral, producto de una red compleja de centros ponto-medulares, que controlan las motoneuronas respiratorias gracias a la interacción de las neuronas inspiratorias del complejo pre-Bötzinger y las espiratorias del complejo Bötzinger. Estas neuronas poseen receptores de membrana del tipo GABA_A y NMDA, que muestran alta termodependencia, sin embargo; se desconoce los cambios en el patrón de descarga neuronal inducidos por estas drogas y los cambios de temperatura corporal.

Materiales y métodos: se generó un modelo validado de neurona Pre-inspiratoria (complejo pre-Bötzinger) incrementándose el peso sináptico gabaérgico equivalente al efecto de las benzodiacepinas o se redujo el peso sináptico NMDA equivalente al efecto de la ketamina en condiciones de hipo (35°C), normo (37°C) e hipertermia (40°C); cuantificándose el número y amplitud de las descargas neuronales. 

Resultados: el aumento del peso sináptico GABA_A o la reducción del de NMDA a temperaturas de 35°C, 37°C o 40°C redujo proporcionalmente el número de espigas y la amplitud del potencial de acción de la neurona Pre-I, mostrando curvas dosis-respuesta polinomiales de 2do. Orden, siendo las pendientes mayores a 35°C y a 40°C. 

Conclusión: el efecto de benzodiacepinas o de ketamina a través de sus receptores GABA_A y NMDA modifican in silico el patrón de descarga de la neurona Pre-I del núcleo Pre-Bötzinger, mostrando predominio del efecto gabaérgico y mayor termodependencia en las curvas dosis-respuesta en hipo e hipertermia lo que respalda el interés clínico de los datos.