Dopamina

Dopamina (DA, una contracción de 3,4-dihydroxyphenetilamina) es una molécula neuromoduladora que desempeña varias funciones importantes en las células. Es un químico orgánico de las familias de las catecolaminas y fenetilaminas. La dopamina constituye aproximadamente el 80% del contenido de catecolaminas en el cerebro. Es una amina sintetizada mediante la eliminación de un grupo carboxilo de una molécula de su precursor químico, L-DOPA, que se sintetiza en el cerebro y los riñones. La dopamina también se sintetiza en las plantas y la mayoría de los animales. En el cerebro, la dopamina funciona como un neurotransmisor, una sustancia química liberada por las neuronas (células nerviosas) para enviar señales a otras células nerviosas. Los neurotransmisores se sintetizan en regiones específicas del cerebro, pero afectan sistémicamente a muchas regiones. El cerebro incluye varias vías distintas de dopamina, una de las cuales juega un papel importante en el componente motivacional del comportamiento motivado por la recompensa. La anticipación de la mayoría de los tipos de recompensas aumenta el nivel de dopamina en el cerebro y muchas drogas adictivas aumentan la liberación de dopamina o bloquean su recaptación en las neuronas después de la liberación. Otras vías cerebrales de dopamina están involucradas en el control motor y en el control de la liberación de varias hormonas. Estas vías y grupos de células forman un sistema de dopamina que es neuromodulador.

En la cultura popular y los medios de comunicación, la dopamina a menudo se presenta como el principal químico del placer, pero la opinión actual en farmacología es que la dopamina, en cambio, confiere prominencia motivacional; en otras palabras, la dopamina señala la prominencia motivacional percibida (es decir, el deseo o la aversión) de un resultado, que a su vez impulsa el comportamiento del organismo hacia o lejos de lograr ese resultado.

Fuera del sistema nervioso central, la dopamina funciona principalmente como un mensajero paracrino local. En los vasos sanguíneos, inhibe la liberación de norepinefrina y actúa como vasodilatador (en concentraciones normales); en los riñones, aumenta la excreción de sodio y la diuresis; en el páncreas, reduce la producción de insulina; en el sistema digestivo, reduce la motilidad gastrointestinal y protege la mucosa intestinal; y en el sistema inmunológico, reduce la actividad de los linfocitos. Con la excepción de los vasos sanguíneos, la dopamina en cada uno de estos sistemas periféricos se sintetiza localmente y ejerce sus efectos cerca de las células que la liberan.

Varias enfermedades importantes del sistema nervioso están asociadas con disfunciones del sistema de dopamina, y algunos de los medicamentos clave que se usan para tratarlas funcionan alterando los efectos de la dopamina. La enfermedad de Parkinson, una condición degenerativa que causa temblores y deterioro motor, es causada por una pérdida de neuronas secretoras de dopamina en un área del mesencéfalo llamada sustancia negra. Su precursor metabólico L-DOPA puede fabricarse; Levodopa, una forma pura de L-DOPA, es el tratamiento más utilizado para el Parkinson. Existe evidencia de que la esquizofrenia implica niveles alterados de actividad de dopamina, y la mayoría de los fármacos antipsicóticos utilizados para tratarla son antagonistas de la dopamina que reducen la actividad de la dopamina. Los medicamentos antagonistas de la dopamina similares también son algunos de los agentes contra las náuseas más efectivos. El síndrome de piernas inquietas y el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) están asociados con una disminución de la actividad de la dopamina. Los estimulantes dopaminérgicos pueden ser adictivos en dosis altas, pero algunos se usan en dosis más bajas para tratar el TDAH. La propia dopamina está disponible como medicamento fabricado para inyección intravenosa: aunque no puede llegar al cerebro desde el torrente sanguíneo, sus efectos periféricos la hacen útil en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca o el shock, especialmente en los recién nacidos.

Estructura

Una molécula de dopamina consta de una estructura de catecol (un anillo de benceno con dos grupos laterales hidroxilo) con un grupo amino unido a través de una cadena de etilo. Como tal, la dopamina es la catecolamina más simple posible, una familia que también incluye los neurotransmisores norepinefrina y epinefrina. La presencia de un anillo de benceno con esta unión de amina lo convierte en una fenetilamina sustituida, una familia que incluye numerosas drogas psicoactivas.

Como la mayoría de las aminas, la dopamina es una base orgánica. Como base, generalmente se protona en ambientes ácidos (en una reacción ácido-base). La forma protonada es altamente soluble en agua y relativamente estable, pero puede oxidarse si se expone al oxígeno u otros oxidantes. En entornos básicos, la dopamina no se protona. En esta forma de base libre, es menos soluble en agua y también más reactivo. Debido a la mayor estabilidad y solubilidad en agua de la forma protonada, la dopamina se suministra para uso químico o farmacéutico como clorhidrato de dopamina, es decir, la sal de clorhidrato que se crea cuando la dopamina se combina con ácido clorhídrico. En forma seca, el clorhidrato de dopamina es un polvo fino de color blanco a amarillo.

Estructura de la dopamina

Estructura de fenilamina

Estructura de los cacaoles

Bioquímica

Vías biosintéticas para las catecolaminas y las aminas traza en el cerebro humano L-Phenylalanine L-Tyrosine L-DOPA Epinefrina Phenethylamine p-Tyramine Dopamina Norepinefrina N-Methylphenethylamine N-Methyltyramine p-Octopamina Sinefrina 3-Methoxytyramine AADC AADC AADC primaria sendero PNMT PNMT PNMT PNMT AAAH AAAH cerebro CYP2D6 menor sendero COMT DBH DBH En humanos, las catecolaminas y las aminas de traza fenilaminérgica se derivan del aminoácido fenilalanina. Está bien establecido que la dopamina se produce a partir de L-tyrosine via L-DOPA; sin embargo, evidencia reciente ha demostrado que CYP2D6 se expresa en el cerebro humano y cataliza la biosíntesis de la dopamina de L-tyrosine via p-tyramine.

Síntesis

La dopamina se sintetiza en un conjunto restringido de tipos de células, principalmente neuronas y células en la médula de las glándulas suprarrenales. Las rutas metabólicas primaria y secundaria son respectivamente:

Primaria: L-Phenylalanine → L-Tyrosine → L-DOPA → Dopamina

Menor: L-Phenylalanine → L-Tyrosine → p-Tyramine → Dopamine

Menor: L-Phenylalanine → m-Tyrosine → m-Tyramine → Dopamine

El precursor directo de la dopamina, L-DOPA, se puede sintetizar indirectamente a partir del aminoácido esencial fenilalanina o directamente a partir del aminoácido no esencial tirosina. Estos aminoácidos se encuentran en casi todas las proteínas y, por lo tanto, están fácilmente disponibles en los alimentos, siendo la tirosina la más común. Aunque la dopamina también se encuentra en muchos tipos de alimentos, es incapaz de cruzar la barrera hematoencefálica que rodea y protege el cerebro. Por lo tanto, debe sintetizarse dentro del cerebro para realizar su actividad neuronal.

L-Fenilalanina se convierte en L-tirosina mediante la enzima fenilalanina hidroxilasa, con oxígeno molecular (O₂) y tetrahidrobiopterina como cofactores. La L-tirosina se convierte en L-DOPA mediante la enzima tirosina hidroxilasa, con tetrahidrobiopterina, O₂ y hierro (Fe^{2 +}) como cofactores. L-DOPA se convierte en dopamina por la enzima aromática L-aminoácido descarboxilasa (también conocida como DOPA descarboxilasa), con fosfato de piridoxal como cofactor.

La propia dopamina se utiliza como precursor en la síntesis de los neurotransmisores norepinefrina y epinefrina. La dopamina se convierte en norepinefrina por la enzima dopamina β-hidroxilasa, con O₂ y ácido L-ascórbico como cofactores. La norepinefrina se convierte en epinefrina por la enzima feniletanolamina N-metiltransferasa con S-adenosil-L-metionina como cofactor.

Algunos de los cofactores también requieren su propia síntesis. La deficiencia de cualquier aminoácido o cofactor requerido puede afectar la síntesis de dopamina, norepinefrina y epinefrina.

Degradación

La dopamina se descompone en metabolitos inactivos mediante un conjunto de enzimas: monoamino oxidasa (MAO), catecol-O-metil transferasa (COMT) y aldehído deshidrogenasa (ALDH), que actúan en secuencia. Ambas isoformas de monoaminooxidasa, MAO-A y MAO-B, metabolizan eficazmente la dopamina. Existen diferentes vías de descomposición, pero el principal producto final es el ácido homovanílico (HVA), que no tiene actividad biológica conocida. Del torrente sanguíneo, el ácido homovanílico es filtrado por los riñones y luego excretado en la orina. Las dos rutas metabólicas principales que convierten la dopamina en HVA son:

• Dopamine → DOPAL → DOPAC → HVA – catalizada por MAO, ALDH y COMT respectivamente
• Dopamina → 3-Methoxytyramine → HVA – catalizada por COMT y MAO+ALDH respectivamente

En la investigación clínica sobre la esquizofrenia, se han utilizado mediciones de ácido homovanílico en plasma para estimar los niveles de actividad de dopamina en el cerebro. Sin embargo, una dificultad en este enfoque es separar el alto nivel de ácido homovanílico en plasma aportado por el metabolismo de la norepinefrina.

Aunque la dopamina normalmente se descompone por una enzima oxidorreductasa, también es susceptible a la oxidación por reacción directa con el oxígeno, lo que produce quinonas y varios radicales libres como productos. La tasa de oxidación puede incrementarse por la presencia de hierro férrico u otros factores. Las quinonas y los radicales libres producidos por la autooxidación de la dopamina pueden envenenar las células y existe evidencia de que este mecanismo puede contribuir a la pérdida celular que ocurre en la enfermedad de Parkinson y otras afecciones.

Funciones

Efectos celulares

La dopamina ejerce sus efectos uniéndose y activando los receptores de la superficie celular. En humanos, la dopamina tiene una alta afinidad de unión en los receptores de dopamina y en el receptor 1 asociado a trazas de amina humana (hTAAR1). En los mamíferos, se han identificado cinco subtipos de receptores de dopamina, etiquetados de D1 a D5. Todos ellos funcionan como receptores metabotrópicos acoplados a proteína G, lo que significa que ejercen sus efectos a través de un complejo sistema de segundos mensajeros. Estos receptores se pueden dividir en dos familias, conocidas como similares a D1 y similares a D2. Para los receptores ubicados en las neuronas del sistema nervioso, el efecto final de la activación similar a D1 (D1 y D5) puede ser la excitación (a través de la apertura de los canales de sodio) o la inhibición (a través de la apertura de los canales de potasio); el efecto final de la activación similar a D2 (D2, D3 y D4) suele ser la inhibición de la neurona objetivo. En consecuencia, es incorrecto describir la dopamina en sí misma como excitadora o inhibitoria: su efecto sobre una neurona diana depende de qué tipos de receptores estén presentes en la membrana de esa neurona y de las respuestas internas de esa neurona al segundo mensajero cAMP. Los receptores D1 son los receptores de dopamina más numerosos en el sistema nervioso humano; Los receptores D2 son los siguientes; Los receptores D3, D4 y D5 están presentes en niveles significativamente más bajos.

Almacenamiento, liberación y recaptación

Procesamiento de dopamina en sinapsis. Después de la liberación, la dopamina puede ser retomada de nuevo por el terminal presinoptico, o desglosada por enzimas.
TH: tyrosine hydroxylase
DOPA: L-DOPA
DAT: transportador de dopamina
DDC: DOPA decarboxylase
VMAT: transportador de monoamina vesicular 2
MAO: Monoamine oxidase
COMT: Catechol-O-metil transferase
HVA: ácido homovanílico

Dentro del cerebro, la dopamina funciona como neurotransmisor y neuromodulador, y está controlada por un conjunto de mecanismos comunes a todos los neurotransmisores de monoamina. Después de la síntesis, la dopamina es transportada desde el citosol hacia las vesículas sinápticas por un transportador de solutos, un transportador vesicular de monoaminas, VMAT2. La dopamina se almacena en estas vesículas hasta que se expulsa a la hendidura sináptica. En la mayoría de los casos, la liberación de dopamina ocurre a través de un proceso llamado exocitosis que es causado por potenciales de acción, pero también puede ser causado por la actividad de un receptor intracelular asociado a aminas traza, TAAR1. TAAR1 es un receptor de alta afinidad para dopamina, trazas de aminas y ciertas anfetaminas sustituidas que se encuentra a lo largo de las membranas en el medio intracelular de la célula presináptica; la activación del receptor puede regular la señalización de dopamina al inducir la inhibición de la recaptación y el flujo de salida de dopamina, así como al inhibir la activación neuronal a través de un conjunto diverso de mecanismos.

Una vez en la sinapsis, la dopamina se une a los receptores de dopamina y los activa. Estos pueden ser receptores de dopamina postsinápticos, que se encuentran en las dendritas (la neurona postsináptica), o autorreceptores presinápticos (p. ej., los receptores D2sh y D₃ presinápticos), que se encuentran en la membrana de un axón terminal. (la neurona presináptica). Después de que la neurona postsináptica provoca un potencial de acción, las moléculas de dopamina rápidamente se desvinculan de sus receptores. A continuación, se absorben de nuevo en la célula presináptica, a través de la recaptación mediada por el transportador de dopamina o por el transportador de monoamina de la membrana plasmática. Una vez de vuelta en el citosol, la dopamina puede descomponerse mediante una monoaminooxidasa o volver a empaquetarse en vesículas mediante VMAT2, dejándola disponible para su futura liberación.

En el cerebro, el nivel de dopamina extracelular está modulado por dos mecanismos: transmisión fásica y tónica. La liberación de dopamina fásica, como la mayoría de la liberación de neurotransmisores en el sistema nervioso, está impulsada directamente por los potenciales de acción en las células que contienen dopamina. La transmisión de dopamina tónica se produce cuando se liberan pequeñas cantidades de dopamina sin estar precedidas por potenciales de acción presinápticos. La transmisión tónica está regulada por una variedad de factores, incluida la actividad de otras neuronas y la recaptación de neurotransmisores.

Sistema nervioso central

Principales vías de dopamina. Como parte de la vía de recompensa, la dopamina se fabrica en cuerpos de células nerviosas ubicados dentro del área ventral tegmental (VTA) y se libera en el núcleo accumbens y la corteza prefrontal. Las funciones motoras de dopamina están vinculadas a una vía separada, con cuerpos celulares en el nigra substantia que fabrican y liberan dopamina en el estriato dorsal.

Dentro del cerebro, la dopamina desempeña funciones importantes en las funciones ejecutivas, el control motor, la motivación, la excitación, el refuerzo y la recompensa, así como en funciones de nivel inferior, como la lactancia, la gratificación sexual y las náuseas. Los grupos y vías de células dopaminérgicas forman el sistema de dopamina que es neuromodulador.

Las neuronas dopaminérgicas (células nerviosas productoras de dopamina) son comparativamente pocas (un total de alrededor de 400 000 en el cerebro humano) y sus cuerpos celulares están confinados en grupos a unas pocas áreas cerebrales relativamente pequeñas. Sin embargo, sus axones se proyectan a muchas otras áreas del cerebro y ejercen poderosos efectos sobre sus objetivos. Estos grupos de células dopaminérgicas fueron mapeados por primera vez en 1964 por Annica Dahlström y Kjell Fuxe, quienes les asignaron etiquetas que comenzaban con la letra "A" (para "aminérgico"). En su esquema, las áreas A1 a A7 contienen el neurotransmisor norepinefrina, mientras que A8 a A14 contienen dopamina. Las áreas dopaminérgicas que identificaron son la sustancia negra (grupos 8 y 9); el área tegmentaria ventral (grupo 10); el hipotálamo posterior (grupo 11); el núcleo arqueado (grupo 12); la zona incerta (grupo 13) y el núcleo periventricular (grupo 14).

La sustancia negra es una pequeña área del mesencéfalo que forma un componente de los ganglios basales. Tiene dos partes: un área de entrada llamada pars compacta y un área de salida, pars reticulata. Las neuronas dopaminérgicas se encuentran principalmente en la pars compacta (grupo celular A8) y cerca (grupo A9). En los seres humanos, la proyección de neuronas dopaminérgicas desde la sustancia negra pars compacta hasta el cuerpo estriado dorsal, denominada vía nigroestriatal, desempeña un papel importante en el control de la función motora y en el aprendizaje de nuevas habilidades motoras. Estas neuronas son especialmente vulnerables al daño, y cuando muere un gran número de ellas, el resultado es un síndrome parkinsoniano.

El área tegmental ventral (VTA) es otra área del mesencéfalo. El grupo más prominente de neuronas dopaminérgicas VTA se proyecta a la corteza prefrontal a través de la vía mesocortical y otro grupo más pequeño se proyecta al núcleo accumbens a través de la vía mesolímbica. Juntas, estas dos vías se denominan colectivamente proyección mesocorticolímbica. El VTA también envía proyecciones dopaminérgicas a la amígdala, la circunvolución del cíngulo, el hipocampo y el bulbo olfatorio. Las neuronas mesocorticolímbicas juegan un papel central en la recompensa y otros aspectos de la motivación. La literatura acumulada muestra que la dopamina también juega un papel crucial en el aprendizaje aversivo a través de sus efectos en varias regiones del cerebro.

El hipotálamo posterior tiene neuronas de dopamina que se proyectan a la médula espinal, pero su función no está bien establecida. Existe alguna evidencia de que la patología en esta área juega un papel en el síndrome de piernas inquietas, una condición en la que las personas tienen dificultad para dormir debido a una compulsión abrumadora de mover constantemente partes del cuerpo, especialmente las piernas.

El núcleo arqueado y el núcleo periventricular del hipotálamo tienen neuronas dopaminérgicas que forman una importante proyección, la vía tuberoinfundibular que va a la hipófisis, donde influye en la secreción de la hormona prolactina. La dopamina es el principal inhibidor neuroendocrino de la secreción de prolactina de la glándula pituitaria anterior. La dopamina producida por las neuronas en el núcleo arqueado se secreta en el sistema portal hipofisario de la eminencia mediana, que irriga la glándula pituitaria. Las células de prolactina que producen prolactina, en ausencia de dopamina, secretan prolactina continuamente; la dopamina inhibe esta secreción. En el contexto de la regulación de la secreción de prolactina, la dopamina se denomina ocasionalmente factor inhibidor de prolactina, hormona inhibidora de prolactina o prolactostatina.

La zona incerta, agrupada entre los núcleos arqueado y periventricular, se proyecta a varias áreas del hipotálamo y participa en el control de la hormona liberadora de gonadotropina, necesaria para activar el desarrollo de los sistemas reproductores masculino y femenino, siguiendo pubertad.

En la retina del ojo se encuentra un grupo adicional de neuronas secretoras de dopamina. Estas neuronas son células amacrinas, lo que significa que no tienen axones. Liberan dopamina al medio extracelular y son específicamente activas durante el día, siendo silenciosas durante la noche. Esta dopamina retiniana actúa para mejorar la actividad de los conos en la retina mientras suprime los bastones; el resultado es aumentar la sensibilidad al color y al contraste en condiciones de luz brillante, a costa de una sensibilidad reducida cuando la luz es tenue.

Ganglios basales

Principales circuitos de los ganglios basales. La ruta dopaminérgica desde la substantia nigra pars compacta hasta el esteriato se muestra en azul claro.

Las fuentes más grandes e importantes de dopamina en el cerebro de los vertebrados son la sustancia negra y el área tegmental ventral. Estas estructuras están estrechamente relacionadas entre sí y son funcionalmente similares en muchos aspectos. Ambos son componentes del cerebro medio. El componente más grande de los ganglios basales es el cuerpo estriado. La sustancia negra envía una proyección dopaminérgica al cuerpo estriado dorsal, mientras que el área tegmental ventral envía un tipo similar de proyección dopaminérgica al cuerpo estriado ventral.

El progreso en la comprensión de las funciones de los ganglios basales ha sido lento. Las hipótesis más populares, en términos generales, proponen que los ganglios basales juegan un papel central en la selección de acciones. La teoría de la selección de acciones en su forma más simple propone que cuando una persona o animal se encuentra en una situación en la que varios comportamientos son posibles, la actividad en los ganglios basales determina cuál de ellos se ejecuta, liberando esa respuesta de la inhibición mientras continúa inhibiendo otros sistemas motores. que si se activa generaría comportamientos competitivos. Así, los ganglios basales, en este concepto, son responsables de iniciar comportamientos, pero no de determinar los detalles de cómo se llevan a cabo. En otras palabras, forman esencialmente un sistema de toma de decisiones.

Los ganglios basales se pueden dividir en varios sectores, y cada uno participa en el control de determinados tipos de acciones. El sector ventral de los ganglios basales (que contiene el cuerpo estriado ventral y el área tegmental ventral) opera en el nivel más alto de la jerarquía, seleccionando acciones a nivel de todo el organismo. Los sectores dorsales (que contienen el estriado dorsal y la sustancia negra) operan en niveles más bajos, seleccionando los músculos y movimientos específicos que se utilizan para implementar un patrón de comportamiento dado.

La dopamina contribuye al proceso de selección de acciones en al menos dos formas importantes. Primero, establece el "umbral" para iniciar acciones. Cuanto mayor sea el nivel de actividad de la dopamina, menor será el ímpetu necesario para provocar un comportamiento determinado. Como consecuencia, altos niveles de dopamina conducen a altos niveles de actividad motora y comportamiento impulsivo; los niveles bajos de dopamina provocan letargo y reacciones más lentas. La enfermedad de Parkinson, en la que los niveles de dopamina en el circuito de la sustancia negra están muy reducidos, se caracteriza por rigidez y dificultad para iniciar el movimiento; sin embargo, cuando las personas con la enfermedad se enfrentan a estímulos fuertes, como una amenaza grave, sus reacciones pueden ser tan vigorosos como los de una persona sana. En la dirección opuesta, las drogas que aumentan la liberación de dopamina, como la cocaína o la anfetamina, pueden producir niveles elevados de actividad, que incluyen, en el extremo, agitación psicomotora y movimientos estereotipados.

El segundo efecto importante de la dopamina es como "enseñanza" señal. Cuando una acción es seguida por un aumento en la actividad de la dopamina, el circuito de los ganglios basales se altera de una manera que hace que la misma respuesta sea más fácil de evocar cuando surjan situaciones similares en el futuro. Esta es una forma de condicionamiento operante, en el que la dopamina desempeña el papel de una señal de recompensa.

Recompensa

Ilustración de estructuras de recompensa dopaminérgicas

En el lenguaje utilizado para discutir el sistema de recompensas, recompensa es la propiedad atractiva y motivacional de un estímulo que induce un comportamiento apetitivo (también conocido como comportamiento de acercamiento) y un comportamiento consumatorio. Un estímulo gratificante es aquel que puede inducir al organismo a acercarse a él y optar por consumirlo. El placer, el aprendizaje (por ejemplo, el condicionamiento clásico y operante) y el comportamiento de acercamiento son las tres funciones principales de la recompensa. Como aspecto de la recompensa, placer proporciona una definición de recompensa; sin embargo, mientras que todos los estímulos placenteros son gratificantes, no todos los estímulos gratificantes son placenteros (p. ej., recompensas extrínsecas como el dinero). El aspecto motivacional o deseable de los estímulos gratificantes se refleja en el comportamiento de acercamiento que inducen, mientras que el placer de las recompensas intrínsecas resulta de consumirlas después de adquirirlas. Un modelo neuropsicológico que distingue estos dos componentes de un estímulo intrínsecamente gratificante es el modelo de prominencia de incentivos, donde "querer" o deseo (menos comúnmente, "buscar") corresponde a un comportamiento apetitivo o de acercamiento mientras que "gustar" o el placer corresponde a la conducta consumatoria. En los drogadictos humanos, "querer" se disocia de "me gusta" a medida que aumenta el deseo de usar una droga adictiva, mientras que el placer obtenido al consumirla disminuye debido a la tolerancia a la droga.

Dentro del cerebro, la dopamina funciona en parte como una señal de recompensa global. Una respuesta inicial de dopamina a un estímulo gratificante codifica información sobre la prominencia, el valor y el contexto de una recompensa. En el contexto del aprendizaje relacionado con la recompensa, la dopamina también funciona como una señal de error de predicción de recompensa, es decir, el grado en que el valor de una recompensa es inesperado. De acuerdo con esta hipótesis propuesta por Montague, Dayan y Sejnowski, las recompensas esperadas no producen una segunda respuesta dopaminérgica fásica en ciertas células dopaminérgicas, pero las recompensas inesperadas, o mayores de lo esperado, producen un aumento de corta duración en la dopamina sináptica., mientras que la omisión de una recompensa esperada en realidad hace que la liberación de dopamina caiga por debajo de su nivel de fondo. El "error de predicción" La hipótesis ha atraído un interés particular de los neurocientíficos computacionales, porque un método influyente de aprendizaje computacional conocido como aprendizaje de diferencia temporal hace un uso intensivo de una señal que codifica el error de predicción. Esta confluencia de teoría y datos ha dado lugar a una interacción fértil entre neurocientíficos e informáticos interesados en el aprendizaje automático.

Evidencia de grabaciones de microelectrodos de cerebros de animales muestra que las neuronas de dopamina en el área tegmental ventral (VTA) y la sustancia negra se activan fuertemente por una amplia variedad de eventos gratificantes. Estas neuronas de dopamina sensibles a la recompensa en el VTA y la sustancia negra son cruciales para la cognición relacionada con la recompensa y sirven como componente central del sistema de recompensa. La función de la dopamina varía en cada proyección axonal desde el VTA y la sustancia negra; por ejemplo, la proyección VTA-núcleo accumbens shell asigna prominencia de incentivo ("querer") a estímulos gratificantes y sus señales asociadas, la proyección VTA-corteza prefrontal actualiza el valor de diferentes objetivos de acuerdo con su prominencia de incentivo, las proyecciones VTA-amígdala y VTA-hipocampo median en la consolidación de los recuerdos relacionados con la recompensa, y tanto la vía VTA-núcleo accumbens central como la sustancia negra-estriado dorsal están involucradas en el aprendizaje de las respuestas motoras que facilitan la adquisición de estímulos gratificantes. Cierta actividad dentro de las proyecciones dopaminérgicas VTA también parece estar asociada con la predicción de recompensa.

Placer

Si bien la dopamina tiene un papel central en causar "querer," asociado con las respuestas conductuales apetitivas o de acercamiento a los estímulos gratificantes, estudios detallados han demostrado que la dopamina no puede equipararse simplemente con el "gusto" hedónico. o placer, como se refleja en la respuesta conductual consumatoria. La neurotransmisión de dopamina está involucrada en algunos pero no en todos los aspectos de la cognición relacionada con el placer, ya que los centros de placer se han identificado tanto dentro del sistema de dopamina (es decir, la cubierta del núcleo accumbens) como fuera del sistema de dopamina (es decir, ventral pallidum y núcleo parabraquial). Por ejemplo, la estimulación eléctrica directa de las vías de la dopamina, utilizando electrodos implantados en el cerebro, se experimenta como placentera y muchos tipos de animales están dispuestos a trabajar para obtenerla. Los medicamentos antipsicóticos reducen los niveles de dopamina y tienden a causar anhedonia, una capacidad disminuida para experimentar placer. Muchos tipos de experiencias placenteras, como las relaciones sexuales, comer y jugar videojuegos, aumentan la liberación de dopamina. Todas las drogas adictivas afectan directa o indirectamente la neurotransmisión de dopamina en el núcleo accumbens; estas drogas aumentan el 'querer' de drogas, lo que lleva al uso compulsivo de drogas, cuando se toman repetidamente en dosis altas, presumiblemente a través de la sensibilización de la prominencia de incentivos. Las drogas que aumentan las concentraciones de dopamina sináptica incluyen psicoestimulantes como la metanfetamina y la cocaína. Estos producen aumentos en el "querer" comportamientos, pero no alteran mucho las expresiones de placer ni cambian los niveles de saciedad. Sin embargo, las drogas opiáceas como la heroína y la morfina producen aumentos en las expresiones de "gusto" y "querer" comportamientos Además, los animales en los que el sistema de dopamina del tegmento ventral se ha vuelto inactivo no buscan comida y morirán de hambre si se les deja solos, pero si se les pone comida en la boca, la consumirán y mostrarán expresiones indicativas de placer.

Un estudio clínico de enero de 2019 que evaluó el efecto de un precursor de la dopamina (levodopa), un antagonista de la dopamina (risperidona) y un placebo en las respuestas de recompensa a la música, incluido el grado de placer experimentado durante los escalofríos musicales, medido por los cambios. en la actividad electrodérmica, así como las calificaciones subjetivas, encontraron que la manipulación de la neurotransmisión de dopamina regula bidireccionalmente la cognición del placer (específicamente, el impacto hedónico de la música) en sujetos humanos. Esta investigación demostró que el aumento de la neurotransmisión de dopamina actúa como una condición sine qua non para las reacciones hedónicas placenteras a la música en humanos.

Fuera del sistema nervioso central

La dopamina no atraviesa la barrera hematoencefálica, por lo que su síntesis y funciones en áreas periféricas son en gran medida independientes de su síntesis y funciones en el cerebro. Una cantidad sustancial de dopamina circula en el torrente sanguíneo, pero sus funciones no están del todo claras. La dopamina se encuentra en el plasma sanguíneo a niveles comparables a los de la epinefrina, pero en los seres humanos, más del 95 % de la dopamina en el plasma se encuentra en forma de sulfato de dopamina, un conjugado producido por la enzima sulfotransferasa 1A3/1A4 que actúa sobre la dopamina libre. La mayor parte de este sulfato de dopamina se produce en el mesenterio que rodea partes del sistema digestivo. Se cree que la producción de sulfato de dopamina es un mecanismo para desintoxicar la dopamina que se ingiere como alimento o se produce en el proceso digestivo: los niveles en el plasma suelen aumentar más de cincuenta veces después de una comida. El sulfato de dopamina no tiene funciones biológicas conocidas y se excreta en la orina.

La cantidad relativamente pequeña de dopamina no conjugada en el torrente sanguíneo puede ser producida por el sistema nervioso simpático, el sistema digestivo o posiblemente por otros órganos. Puede actuar sobre los receptores de dopamina en los tejidos periféricos, o ser metabolizado o convertido en norepinefrina por la enzima dopamina beta hidroxilasa, que es liberada al torrente sanguíneo por la médula suprarrenal. Algunos receptores de dopamina se encuentran en las paredes de las arterias, donde actúan como vasodilatadores e inhibidores de la liberación de norepinefrina. Estas respuestas podrían ser activadas por la dopamina liberada del cuerpo carotídeo en condiciones de poco oxígeno, pero no se sabe si los receptores de dopamina arterial realizan otras funciones biológicamente útiles.

Más allá de su papel en la modulación del flujo sanguíneo, existen varios sistemas periféricos en los que la dopamina circula dentro de un área limitada y realiza una función exocrina o paracrina. Los sistemas periféricos en los que la dopamina juega un papel importante incluyen el sistema inmunológico, los riñones y el páncreas.

Sistema inmunológico

En el sistema inmunitario, la dopamina actúa sobre los receptores presentes en las células inmunitarias, especialmente los linfocitos. La dopamina también puede afectar las células inmunitarias del bazo, la médula ósea y el sistema circulatorio. Además, la dopamina puede ser sintetizada y liberada por las propias células inmunitarias. El principal efecto de la dopamina sobre los linfocitos es reducir su nivel de activación. La importancia funcional de este sistema no está clara, pero ofrece una ruta posible para las interacciones entre el sistema nervioso y el sistema inmunitario, y puede ser relevante para algunos trastornos autoinmunes.

Riñones

El sistema dopaminérgico renal se encuentra en las células de la nefrona del riñón, donde están presentes todos los subtipos de receptores de dopamina. La dopamina también se sintetiza allí, por las células de los túbulos, y se descarga en el líquido tubular. Sus acciones incluyen aumentar el suministro de sangre a los riñones, aumentar la tasa de filtración glomerular y aumentar la excreción de sodio en la orina. Por lo tanto, los defectos en la función renal de la dopamina pueden conducir a una reducción de la excreción de sodio y, en consecuencia, al desarrollo de presión arterial alta. Existe una fuerte evidencia de que las fallas en la producción de dopamina o en los receptores pueden provocar una serie de patologías que incluyen estrés oxidativo, edema e hipertensión genética o esencial. El estrés oxidativo por sí mismo puede causar hipertensión. Los defectos en el sistema también pueden ser causados por factores genéticos o presión arterial alta.

Páncreas

En el páncreas, el papel de la dopamina es algo complejo. El páncreas consta de dos partes, un componente exocrino y otro endocrino. La parte exocrina sintetiza y secreta enzimas digestivas y otras sustancias, incluida la dopamina, en el intestino delgado. La función de esta dopamina secretada después de que ingresa al intestino delgado no está claramente establecida; las posibilidades incluyen proteger la mucosa intestinal del daño y reducir la motilidad gastrointestinal (la velocidad a la que el contenido se mueve a través del sistema digestivo).

Los islotes pancreáticos forman la parte endocrina del páncreas y sintetizan y secretan hormonas, incluida la insulina, en el torrente sanguíneo. Existe evidencia de que las células beta en los islotes que sintetizan insulina contienen receptores de dopamina y que la dopamina actúa para reducir la cantidad de insulina que liberan. La fuente de su entrada de dopamina no está claramente establecida; puede provenir de la dopamina que circula en el torrente sanguíneo y se deriva del sistema nervioso simpático, o puede ser sintetizada localmente por otros tipos de células pancreáticas.

Usos médicos

Dopamina Preparación HCl, frasco de dosis única para administración intravenosa

La dopamina como medicamento fabricado se vende con los nombres comerciales Intropin, Dopastat y Revimine, entre otros. Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud. Se usa más comúnmente como un fármaco estimulante en el tratamiento de la presión arterial baja severa, la frecuencia cardíaca lenta y el paro cardíaco. Es especialmente importante en el tratamiento de estos en los recién nacidos. Se administra por vía intravenosa. Dado que la vida media de la dopamina en el plasma es muy corta (aproximadamente un minuto en adultos, dos minutos en recién nacidos y hasta cinco minutos en bebés prematuros), generalmente se administra en forma de goteo intravenoso continuo en lugar de una sola inyección.

Sus efectos, según la dosis, incluyen un aumento de la excreción de sodio por los riñones, un aumento de la producción de orina, un aumento de la frecuencia cardíaca y un aumento de la presión arterial. En dosis bajas, actúa a través del sistema nervioso simpático para aumentar la fuerza de contracción del músculo cardíaco y la frecuencia cardíaca, lo que aumenta el gasto cardíaco y la presión arterial. Las dosis más altas también causan vasoconstricción que aumenta aún más la presión arterial. La literatura más antigua también describe dosis muy bajas que se cree que mejoran la función renal sin otras consecuencias, pero las revisiones recientes han concluido que las dosis a niveles tan bajos no son efectivas y, en ocasiones, pueden ser dañinas. Mientras que algunos efectos resultan de la estimulación de los receptores de dopamina, los efectos cardiovasculares prominentes resultan de la acción de la dopamina en los receptores adrenérgicos α1, β1 y β2.

Los efectos secundarios de la dopamina incluyen efectos negativos sobre la función renal y latidos cardíacos irregulares. Se ha encontrado que la LD50, o dosis letal que se espera que resulte fatal en el 50 % de la población, es: 59 mg/kg (ratón; administrado por vía intravenosa); 95 mg/kg (ratón; administrado por vía intraperitoneal); 163 mg/kg (rata; administrado por vía intraperitoneal); 79 mg/kg (perro; administrado por vía intravenosa).

Una forma fluorada de L-DOPA conocida como fluorodopa está disponible para su uso en la tomografía por emisión de positrones para evaluar la función de la vía nigroestriatal.

Enfermedad, trastornos y farmacología

El sistema de dopamina desempeña un papel central en varias afecciones médicas importantes, como la enfermedad de Parkinson, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, el síndrome de Tourette, la esquizofrenia, el trastorno bipolar y la adicción. Además de la dopamina en sí misma, existen muchas otras drogas importantes que actúan sobre los sistemas de dopamina en varias partes del cerebro o del cuerpo. Algunos se usan con fines médicos o recreativos, pero los neuroquímicos también han desarrollado una variedad de fármacos de investigación, algunos de los cuales se unen con gran afinidad a tipos específicos de receptores de dopamina y agonizan o antagonizan sus efectos, y muchos afectan otros aspectos de la fisiología de la dopamina., incluidos los inhibidores del transportador de dopamina, los inhibidores de VMAT y los inhibidores de enzimas.

Cerebro envejecido

Varios estudios han informado una disminución relacionada con la edad en la síntesis de dopamina y la densidad del receptor de dopamina (es decir, la cantidad de receptores) en el cerebro. Se ha demostrado que esta disminución se produce en el cuerpo estriado y en las regiones extraestriatales. Las disminuciones en los receptores D1, D2 y D3 están bien documentadas. Se cree que la reducción de dopamina con el envejecimiento es responsable de muchos síntomas neurológicos que aumentan en frecuencia con la edad, como la disminución del balanceo de los brazos y el aumento de la rigidez. Los cambios en los niveles de dopamina también pueden causar cambios relacionados con la edad en la flexibilidad cognitiva.

Otros neurotransmisores, como la serotonina y el glutamato, también muestran una disminución en la producción con el envejecimiento.

Esclerosis múltiple

Los estudios informaron que el desequilibrio de dopamina influye en la fatiga en la esclerosis múltiple. En pacientes con esclerosis múltiple, la dopamina inhibe la producción de IL-17 e IFN-γ por parte de las células mononucleares de sangre periférica.

Enfermedad de Parkinson

La enfermedad de Parkinson es un trastorno relacionado con la edad que se caracteriza por trastornos del movimiento, como rigidez del cuerpo, lentitud del movimiento y temblor de las extremidades cuando no se usan. En etapas avanzadas progresa a demencia y finalmente a la muerte. Los principales síntomas son causados por la pérdida de células secretoras de dopamina en la sustancia negra. Estas células de dopamina son especialmente vulnerables al daño y a una variedad de insultos, incluida la encefalitis (como se muestra en el libro y la película 'Awakenings'), conmociones cerebrales repetidas relacionadas con los deportes y algunas formas de envenenamiento químico como MPTP., puede conducir a una pérdida celular sustancial, produciendo un síndrome parkinsoniano que es similar en sus características principales a la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, la mayoría de los casos de la enfermedad de Parkinson son idiopáticos, lo que significa que no se puede identificar la causa de la muerte celular.

El tratamiento más utilizado para el parkinsonismo es la administración de L-DOPA, el precursor metabólico de la dopamina. La L-DOPA se convierte en dopamina en el cerebro y en varias partes del cuerpo mediante la enzima DOPA descarboxilasa. Se usa L-DOPA en lugar de la dopamina en sí porque, a diferencia de la dopamina, es capaz de cruzar la barrera hematoencefálica. A menudo se coadministra con un inhibidor enzimático de la descarboxilación periférica, como carbidopa o benserazida, para reducir la cantidad convertida en dopamina en la periferia y, por lo tanto, aumentar la cantidad de L-DOPA que ingresa al cerebro. Cuando la L-DOPA se administra regularmente durante un largo período de tiempo, a menudo comienzan a aparecer una variedad de efectos secundarios desagradables, como la discinesia; aun así, se considera la mejor opción de tratamiento a largo plazo disponible para la mayoría de los casos de enfermedad de Parkinson.

El tratamiento con L-DOPA no puede restaurar las células de dopamina que se han perdido, pero hace que las células restantes produzcan más dopamina, compensando así la pérdida al menos hasta cierto punto. En estadios avanzados el tratamiento empieza a fallar porque la pérdida de células es tan severa que las restantes no pueden producir suficiente dopamina independientemente de los niveles de L-DOPA. Otros medicamentos que mejoran la función de la dopamina, como la bromocriptina y la pergolida, también se usan a veces para tratar el parkinsonismo, pero en la mayoría de los casos, la L-DOPA parece ofrecer la mejor compensación entre los efectos positivos y los efectos secundarios negativos.

Los medicamentos dopaminérgicos que se usan para tratar la enfermedad de Parkinson a veces se asocian con el desarrollo de un síndrome de desregulación de la dopamina, que implica el uso excesivo de medicamentos dopaminérgicos y la participación compulsiva inducida por medicamentos en recompensas naturales como el juego y la actividad sexual. Estos últimos comportamientos son similares a los observados en individuos con una adicción conductual.

Drogodependencias y psicoestimulantes

La cocaína aumenta los niveles de dopamina bloqueando los transportadores de dopamina (DAT), que transportan la dopamina de nuevo a una terminal sináptica después de que haya sido emitida.

La cocaína, las anfetaminas sustituidas (incluida la metanfetamina), el Adderall, el metilfenidato (comercializado como Ritalin o Concerta) y otros psicoestimulantes ejercen sus efectos principalmente o en parte al aumentar los niveles de dopamina en el cerebro mediante una variedad de mecanismos. La cocaína y el metilfenidato son bloqueadores del transportador de dopamina o inhibidores de la recaptación; inhiben de forma no competitiva la recaptación de dopamina, lo que da como resultado un aumento de las concentraciones de dopamina en la hendidura sináptica. Al igual que la cocaína, las anfetaminas sustituidas y la anfetamina también aumentan la concentración de dopamina en la hendidura sináptica, pero por diferentes mecanismos.

Los efectos de los psicoestimulantes incluyen aumentos en la frecuencia cardíaca, la temperatura corporal y la sudoración; mejoras en el estado de alerta, atención y resistencia; aumentos en el placer producido por eventos gratificantes; pero en dosis más altas agitación, ansiedad o incluso pérdida de contacto con la realidad. Las drogas de este grupo pueden tener un alto potencial de adicción, debido a sus efectos activadores en el sistema de recompensa mediado por dopamina en el cerebro. Sin embargo, algunos también pueden ser útiles, en dosis más bajas, para tratar el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y la narcolepsia. Un factor diferenciador importante es el inicio y la duración de la acción. La cocaína puede hacer efecto en segundos si se inyecta o inhala en forma de base libre; los efectos duran de 5 a 90 minutos. Esta acción rápida y breve hace que sus efectos sean fácilmente perceptibles y, en consecuencia, le otorga un alto potencial de adicción. El metilfenidato tomado en forma de píldora, por el contrario, puede tardar dos horas en alcanzar los niveles máximos en el torrente sanguíneo y, según la formulación, los efectos pueden durar hasta 12 horas. Estas formulaciones de acción más prolongada tienen el beneficio de reducir el potencial de abuso y mejorar la adherencia al tratamiento mediante el uso de regímenes de dosificación más convenientes.

El clorhidrato de metanfetamina también conocido como metanfetamina cristalina

Una variedad de drogas adictivas producen un aumento en la actividad de la dopamina relacionada con la recompensa. Los estimulantes como la nicotina, la cocaína y la metanfetamina promueven un aumento de los niveles de dopamina, que parece ser el factor principal que provoca la adicción. Para otras drogas adictivas, como la heroína opioide, los niveles elevados de dopamina en el sistema de recompensa pueden jugar un papel menor en la adicción. Cuando las personas adictas a los estimulantes pasan por la abstinencia, no experimentan el sufrimiento físico asociado con la abstinencia del alcohol o la abstinencia de los opiáceos; en cambio, experimentan ansia, un deseo intenso por la droga caracterizado por irritabilidad, inquietud y otros síntomas de excitación, provocados por la dependencia psicológica.

El sistema de dopamina juega un papel crucial en varios aspectos de la adicción. En la etapa más temprana, las diferencias genéticas que alteran la expresión de los receptores de dopamina en el cerebro pueden predecir si una persona encontrará estimulantes atractivos o aversivos. El consumo de estimulantes produce aumentos en los niveles de dopamina cerebral que duran desde minutos hasta horas. Finalmente, la elevación crónica de la dopamina que acompaña al consumo repetitivo de altas dosis de estimulantes desencadena una amplia gama de cambios estructurales en el cerebro que son responsables de las anomalías conductuales que caracterizan una adicción. El tratamiento de la adicción a los estimulantes es muy difícil, porque incluso si el consumo cesa, el ansia que viene con la abstinencia psicológica no lo hace. Incluso cuando el craving parece extinguirse, puede resurgir ante estímulos asociados a la droga, como amigos, lugares y situaciones. Las redes de asociación en el cerebro están muy interrelacionadas.

Psicosis y fármacos antipsicóticos

Los psiquiatras a principios de la década de 1950 descubrieron que una clase de medicamentos conocidos como antipsicóticos típicos (también conocidos como tranquilizantes mayores) a menudo eran efectivos para reducir los síntomas psicóticos de la esquizofrenia. La introducción del primer antipsicótico ampliamente utilizado, la clorpromazina (Thorazine), en la década de 1950, condujo al alta de muchos pacientes con esquizofrenia de las instituciones en los años siguientes. En la década de 1970, los investigadores entendieron que estos antipsicóticos típicos funcionaban como antagonistas de los receptores D2. Esta comprensión condujo a la llamada hipótesis de la dopamina de la esquizofrenia, que postula que la esquizofrenia es causada en gran medida por la hiperactividad de los sistemas de dopamina del cerebro. La hipótesis de la dopamina obtuvo apoyo adicional de la observación de que los síntomas psicóticos a menudo se intensificaban con estimulantes que aumentan la dopamina, como la metanfetamina, y que estas drogas también podían producir psicosis en personas sanas si se tomaban en dosis suficientemente altas. En las décadas siguientes se desarrollaron otros antipsicóticos atípicos que tenían menos efectos secundarios graves. Muchos de estos fármacos más nuevos no actúan directamente sobre los receptores de dopamina, sino que producen alteraciones en la actividad de la dopamina de forma indirecta. Estos medicamentos también se utilizaron para tratar otras psicosis. Los fármacos antipsicóticos tienen un amplio efecto supresor en la mayoría de los tipos de comportamiento activo y, en particular, reducen el comportamiento delirante y agitado característico de la psicosis manifiesta.

Observaciones posteriores, sin embargo, han hecho que la hipótesis de la dopamina pierda popularidad, al menos en su forma original simple. Por un lado, los pacientes con esquizofrenia normalmente no muestran niveles apreciablemente elevados de actividad de dopamina en el cerebro. Aun así, muchos psiquiatras y neurocientíficos continúan creyendo que la esquizofrenia implica algún tipo de disfunción del sistema de dopamina. Como la "hipótesis de la dopamina" ha evolucionado con el tiempo, sin embargo, los tipos de disfunciones que postula han tendido a volverse cada vez más sutiles y complejos.

El psicofarmacólogo Stephen M. Stahl sugirió en una revisión de 2018 que en muchos casos de psicosis, incluida la esquizofrenia, tres redes interconectadas basadas en dopamina, serotonina y glutamato, cada una sola o en varias combinaciones, contribuyeron a una sobreexcitación de receptores de dopamina D2 en el cuerpo estriado ventral.

Trastorno por déficit de atención con hiperactividad

La neurotransmisión de dopamina alterada está implicada en el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH), una afección asociada con un control cognitivo deteriorado, lo que a su vez genera problemas para regular la atención (control atencional), inhibir comportamientos (control inhibitorio) y olvidar o perder cosas. detalles (memoria de trabajo), entre otros problemas. Existen vínculos genéticos entre los receptores de dopamina, el transportador de dopamina y el TDAH, además de vínculos con otros receptores y transportadores de neurotransmisores. La relación más importante entre la dopamina y el TDAH tiene que ver con los medicamentos que se usan para tratar el TDAH. Algunos de los agentes terapéuticos más eficaces para el TDAH son los psicoestimulantes como el metilfenidato (Ritalin, Concerta) y las anfetaminas (Evekeo, Adderall, Dexedrine), fármacos que aumentan los niveles de dopamina y norepinefrina en el cerebro. Los efectos clínicos de estos psicoestimulantes en el tratamiento del TDAH están mediados por la activación indirecta de los receptores de dopamina y norepinefrina, específicamente el receptor de dopamina D1 y el adrenoceptor α2, en la corteza prefrontal.

Dolor

La dopamina desempeña un papel en el procesamiento del dolor en múltiples niveles del sistema nervioso central, incluida la médula espinal, la sustancia gris periacueductal, el tálamo, los ganglios basales y la corteza cingulada. Los niveles reducidos de dopamina se han asociado con síntomas dolorosos que ocurren con frecuencia en la enfermedad de Parkinson. Las anomalías en la neurotransmisión dopaminérgica también ocurren en varias condiciones clínicas dolorosas, incluido el síndrome de boca ardiente, la fibromialgia y el síndrome de piernas inquietas.

Náuseas

Las náuseas y los vómitos están determinados en gran medida por la actividad en el área postrema en la médula del tronco encefálico, en una región conocida como zona desencadenante de quimiorreceptores. Esta área contiene una gran población de receptores de dopamina tipo D2. En consecuencia, los fármacos que activan los receptores D2 tienen un alto potencial para causar náuseas. Este grupo incluye algunos medicamentos que se administran para la enfermedad de Parkinson, así como otros agonistas de la dopamina como la apomorfina. En algunos casos, los antagonistas de los receptores D2, como la metoclopramida, son útiles como fármacos contra las náuseas.

Biología comparada y evolución

Microorganismos

No hay informes de dopamina en arqueas, pero se ha detectado en algunos tipos de bacterias y en el protozoo llamado Tetrahymena. Quizás lo más importante es que hay tipos de bacterias que contienen homólogos de todas las enzimas que los animales usan para sintetizar dopamina. Se ha propuesto que los animales derivaron su maquinaria de síntesis de dopamina de las bacterias, a través de la transferencia horizontal de genes que pudo haber ocurrido relativamente tarde en el tiempo evolutivo, tal vez como resultado de la incorporación simbiótica de las bacterias en las células eucariotas que dieron origen a las mitocondrias.

Animales

La dopamina se usa como neurotransmisor en la mayoría de los animales multicelulares. En esponjas solo hay un reporte de presencia de dopamina, sin indicación de su función; sin embargo, se ha informado dopamina en los sistemas nerviosos de muchas otras especies radialmente simétricas, incluidas las medusas cnidarias, la hidra y algunos corales. Esto data la aparición de la dopamina como neurotransmisor en la aparición más temprana del sistema nervioso, hace más de 500 millones de años en el Período Cámbrico. La dopamina funciona como neurotransmisor en vertebrados, equinodermos, artrópodos, moluscos y varios tipos de gusanos.

En cada tipo de animal que se ha examinado, se ha visto que la dopamina modifica el comportamiento motor. En el organismo modelo, el nematodo Caenorhabditis elegans, reduce la locomoción y aumenta los movimientos de exploración de alimentos; en los platelmintos produce "como un tornillo" movimientos; en sanguijuelas inhibe la natación y promueve el gateo. En una amplia gama de vertebrados, la dopamina tiene un efecto "activador" efecto sobre el cambio de comportamiento y la selección de respuesta, comparable a su efecto en los mamíferos.

También se ha demostrado consistentemente que la dopamina desempeña un papel en el aprendizaje de recompensas, en todos los grupos de animales. Como en todos los vertebrados, los invertebrados como los gusanos redondos, platelmintos, moluscos y moscas comunes de la fruta pueden ser entrenados para repetir una acción si es seguida constantemente por un aumento en los niveles de dopamina. En las moscas de la fruta, distintos elementos para el aprendizaje de recompensas sugieren una estructura modular para el sistema de procesamiento de recompensas de los insectos que es en gran medida paralelo al de los mamíferos. Por ejemplo, la dopamina regula el aprendizaje a corto y largo plazo en los monos; en las moscas de la fruta, diferentes grupos de neuronas de dopamina median señales de recompensa para los recuerdos a corto y largo plazo.

Durante mucho tiempo se había creído que los artrópodos eran una excepción a esto, ya que se consideraba que la dopamina tenía un efecto adverso. Se observó que la recompensa estaba mediada por la octopamina, un neurotransmisor estrechamente relacionado con la norepinefrina. Sin embargo, estudios más recientes han demostrado que la dopamina juega un papel en el aprendizaje de recompensas en las moscas de la fruta. También se ha descubierto que el efecto gratificante de la octopamina se debe a que activa un conjunto de neuronas dopaminérgicas a las que no se había accedido previamente en la investigación.

Plantas

La dopamina se puede encontrar en la cáscara y pulpa de fruta de plátanos.

Muchas plantas, incluida una variedad de plantas alimenticias, sintetizan dopamina en diversos grados. Las concentraciones más altas se han observado en las bananas: la pulpa de la fruta de las bananas rojas y amarillas contiene dopamina en niveles de 40 a 50 partes por millón en peso. Las papas, los aguacates, el brócoli y las coles de Bruselas también pueden contener dopamina en niveles de 1 parte por millón o más; naranjas, tomates, espinacas, frijoles y otras plantas contienen concentraciones medibles de menos de 1 parte por millón. La dopamina en las plantas se sintetiza a partir del aminoácido tirosina, mediante mecanismos bioquímicos similares a los que utilizan los animales. Se puede metabolizar de varias formas, produciendo melanina y una variedad de alcaloides como subproductos. Las funciones de las catecolaminas vegetales no se han establecido claramente, pero existe evidencia de que desempeñan un papel en la respuesta a factores estresantes como la infección bacteriana, actúan como factores promotores del crecimiento en algunas situaciones y modifican la forma en que se metabolizan los azúcares. Aún no se han identificado los receptores que median estas acciones, ni los mecanismos intracelulares que activan.

La dopamina que se consume en los alimentos no puede actuar sobre el cerebro porque no puede cruzar la barrera hematoencefálica. Sin embargo, también hay una variedad de plantas que contienen L-DOPA, el precursor metabólico de la dopamina. Las concentraciones más altas se encuentran en las hojas y vainas de plantas del género Mucuna, especialmente en Mucuna pruriens (frijol terciopelo), que se han utilizado como fuente de L. -DOPA como droga. Otra planta que contiene cantidades sustanciales de L-DOPA es Vicia faba, la planta que produce habas (también conocidas como "habas"). Sin embargo, el nivel de L-DOPA en los frijoles es mucho más bajo que en las cáscaras de las vainas y otras partes de la planta. Las semillas de los árboles Cassia y Bauhinia también contienen cantidades sustanciales de L-DOPA.

En una especie de alga verde marina Ulvaria obscura, un componente principal de algunas floraciones de algas, la dopamina está presente en concentraciones muy altas, estimadas en un 4,4 % del peso seco. Hay evidencia de que esta dopamina funciona como una defensa anti-herbívoros, reduciendo el consumo por parte de caracoles e isópodos.

Como precursora de la melanina

Las melaninas son una familia de sustancias de pigmentación oscura que se encuentran en una amplia variedad de organismos. Químicamente están muy relacionados con la dopamina, y existe un tipo de melanina, conocida como dopamina-melanina, que se puede sintetizar por oxidación de la dopamina a través de la enzima tirosinasa. La melanina que oscurece la piel humana no es de este tipo: se sintetiza por una vía que utiliza como precursor la L-DOPA pero no la dopamina. Sin embargo, existe evidencia sustancial de que la neuromelanina que da un color oscuro a la sustancia negra del cerebro es, al menos en parte, dopamina-melanina.

La melanina derivada de la dopamina probablemente también aparece en al menos algunos otros sistemas biológicos. Es probable que parte de la dopamina de las plantas se utilice como precursor de la dopamina-melanina. También se cree que los patrones complejos que aparecen en las alas de las mariposas, así como las rayas blancas y negras en los cuerpos de las larvas de insectos, son causados por acumulaciones espacialmente estructuradas de dopamina-melanina.

Historia y desarrollo

La dopamina fue sintetizada por primera vez en 1910 por George Barger y James Ewens en Wellcome Laboratories en Londres, Inglaterra, y Katharine Montagu la identificó por primera vez en el cerebro humano en 1957. Se llamó dopamina porque es una monoamina cuyo precursor en el Barger- La síntesis de Ewens es 3,4-dihydroxyphenylalanina (levodopa o L-DOPA). La función de la dopamina como neurotransmisor fue reconocida por primera vez en 1958 por Arvid Carlsson y Nils-Åke Hillarp en el Laboratorio de Farmacología Química del Instituto Nacional del Corazón de Suecia. Carlsson recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2000 por demostrar que la dopamina no solo es un precursor de la norepinefrina (noradrenalina) y la epinefrina (adrenalina), sino que también es un neurotransmisor.

Polydopamina

La investigación motivada por las proteínas polifenólicas adhesivas en los mejillones condujo al descubrimiento en 2007 de que una amplia variedad de materiales, si se colocan en una solución de dopamina a un pH ligeramente básico, se recubrirán con una capa de dopamina polimerizada, a menudo denominada polidopamina. Esta dopamina polimerizada se forma por una reacción de oxidación espontánea y es formalmente un tipo de melanina. Además, la autopolimerización de dopamina se puede utilizar para modular las propiedades mecánicas de los geles basados en péptidos. La síntesis de polidopamina generalmente implica la reacción del clorhidrato de dopamina con Tris como base en agua. Se desconoce la estructura de la polidopamina.

Se pueden formar recubrimientos de polidopamina en objetos que varían en tamaño desde nanopartículas hasta grandes superficies. Las capas de polidopamina tienen propiedades químicas que tienen el potencial de ser extremadamente útiles y numerosos estudios han examinado sus posibles aplicaciones. En el nivel más simple, se pueden usar para la protección contra el daño de la luz o para formar cápsulas para la administración de fármacos. A un nivel más sofisticado, sus propiedades adhesivas pueden hacerlos útiles como sustratos para biosensores u otras macromoléculas biológicamente activas.