LOS RADICALES DE OXIGENO EN PATO LOGIA GENERAL yCARDIOVASCULAR

Prof. Dr. Héctor Enrique Mosso

Los antiguos egipcios preservaban los cadáveres embalsamándoloscon aceites y ex tractos de plantas que actuaban como antioxidantes.

Hoy en día los radicales libres oxigenados han despertado el interésde numerosos investigadores a raíz de haberse observado que intervienenen la patogenia del proceso de envejecimiento y en la de diversas enferme-dades que afectan al género humano, como la ateroesclerosis, el cáncer yen particular los procesos de isquemia y reperfusión.

Cada vez se conocen mejor las propiedades físico-químicas de los ra-dicales oxígeno que se producen en todos los organismos aeróbicos en for-ma fisiológica y en situaciones patológicas. Solamente sobreviven los orga-nismos que desarrollan un sistema de defensa contra ellos, que por su im-portancia puede ser comparado con el sistema inmunológico.

¿ Qué son los radicales libres?

Los radicales libres son átomos o moléculas que tienen- un electrónno apareado en su capa externa, es decir, que contienen un número imparde electrones en su órbita externa. Juegan un papel muy importante enbiología y en medicina.

,'" "',Las formas activadas del oXlgeno (02) son:_el agua (H20); el oXlgeno

singular (02 ) y el radical anión superóxido (Ó2), del que deriva el peró-xido de hidrógeno (H202) y de éste el radical hidroxilo (OH.).

Estos radicales libres son de vida corta, muy reactivos e inestables, yse producen como consecuencia de una serie de reacciones en cadena.

¿En qué consiste la lipoperoxidación?

Se denomina lipoperoxidación al conjunto de reacciones autoxidati-vas que produce la degradación de los ácidos grasos poli-insaturados de lasmembranas biológicas, con fijación de oxígeno.

Es un proceso autocatalÍtico, no enzimático, con formación de radi-cales libres y con producción de peróxidos, hidroperóxidos, dienoles, alde-hidos, cetonas alifáticas y malondialdehido.

El proceso de lipoperoxidación se produce como resultado de la ac-ción del oxígeno, del ozono, de las radiaciones, o de tóxicos sobre los áci-dos grasos poli-insaturados o por el déficit de antioxidantes.

La presencia de lipoperóxidos se puede demostrar en tejidos y en lasangre mediante técnicas adecuadas de laboratorio. La más generalizada esla que utiliza el ácido 2-tiobarbitúrico basada en el hecho de que los pro-ductos de lipoperoxidación dap una coloración rosada al reaccionar con

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dicho ácido. La otra técnica se aplica a los tejidos y es la quimoluminiscen-cia, que consiste en la fotoemisión de moléculas activadas en la reacción fi-nal de radicales peróxido producidos durante la lipoperoxidación. Tienemás sensibilidad que el dosaje de malondialdehido. Cuando la quimiolumi-niscencia está aumentada significa que la defensa antioxidante endógenaestá reducida como consecuencia de una agresión oxidativa.

Los radicales libres formados durante la lipoperoxidación pueden da-ñar las estructuras celulares, membranas y mitocondrias; desnaturalizar alas lipoproteinas, proteínas, hidratos de carbono y ácidos nuc1eicos, alte-rar los sistemas enzimáticos y los factores de la hemostasia.

El hierro y el cobre catalizan y aceleran el proceso de lipoperoxida-ción. Los lipoperóxidos se forman en los microsomas y producen cromo.lípidos fluorescente s (lipofucsina) típicos de los organismos envejecidos.

Alteran las membranas de los microsomas y producen la modifica-ción de su permeabilidad, la. liberación de los ribo sornas ligados, la agrega-ción de los microsomas, la disminución de la actividad de la glucosa-6-fos-fato deshidrogenasa, la destrucción de citocromos, alteración de las mito-condrias, disminución de la actividad respiratoria y desacople de la fosfori-lación oxidativa.

Fuentes de radicales libres.

Las fuentes de radicales libres pueden ser exógenas y endógenas:Las fuentes exógenas comprenden:

Substancias redoxParaquatAlloxano

Oxidación de drogasParacetamolTetracloruro de carbono

Radiaciones ionizantesNicotinaLuz solarOxidantes del glutation

Las fuentes endógenas comprenden:Cadena de transporte mitocondrial de electronesCadena de transporte microsomal de electronesEnzimas oxidantes

XantinooxidasaCiclooxigenasaLipooxigenasaMonoaminooxidasaGalactosaoxidasa

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Células fagocÍticasNeu trófilos- monocitosMacrófagos-eosinófilosCélulas endoteliales

Condiciones clínicas en las que están involucrados los lipoperóxidos y losradicales libres oxigenados:

Envejecimiento, cáncer, deficiencias nutricionales (vitamina E,kwashiorkor), drogas, toxinas, oxígeno hiperbárico, injuria inflamatoria,enfermedades del tejido conectivo, injuria inmunológica (glomérulonefri-tis, vasculitis, artritis reumatoidea), lupus sistémico, amiloidosis.

Enfermedades cardiovasculares: ateroesclerosis, cardiomiopatía al-cohólica, enfermedad de Keshan (deficiencia de selenio), isquemia, necro-sis, injuria de reperfusión, arritmias, tabaquismo.

Enfermedades pulmonares: hiperoxia, enfisema, displasia broncopul-monar, distress respiratorio agudo, neumoconiosis, poluciones oxidantes.

Enfermedades gastroinrestinales: isquemia, injuria hepática endotóxi-ca, pancreatitis por ácidos grasos libres, tetracloruro de carbono, fósforo,alloxano, antiinflamatorios no esteroides.

Enfermedades renales: nefrotoxicidad por aminoglucósidos y meta-les, enfermedad de la membrana basal, nefrosis.

Enfermedades del sistema nervioso: demencia senil, enfermedad deParkinson, encefalomielitis, enfermedades desmielinizantes, traumatis-mos, abetalipoproteinemia, enfermedad cerebrovascular hipertensiva, de-pósitos de lipofucsina.

Enfermedades oftalmológicas: degeneración retiniana, fibroplasia re-trocristalina, cataratas, hemorragias.

Enfermedades dermatológicas: porfiria, radiación solar, fotosensibili-dad.

Drogas: paraquat, aloxano, etanol, nicotina, tetracloruro de carbono,fósforo, paracetanol, fenacetina, aceites adulterados, pargilina, promazina,barbitúricos, clorpromazina, menadiona, metimazol, noretisterona, pro-cainamida, espironolactonas, hidralazina, alfa metildopa.

Quimioterápicos: adriamicina, ácido paraaminosalicílico, isoniacida,sulfonamidas, cloramfenicol, nitrofurantoina, benznidazol, bleomicina.

Gases: halotano, dioxido nitroso, oxígeno normo e hiperbárico, ozo-no.

Los radicales libres y los lipoperóxidos en la patogenia del envejecimientoy de la ateroesclerosis (Cuadro 1)

La senescencia celular es un problema bioquímico que se ha relacionado con la toxicidad del oxígeno. En 1959 Gerschman propuso la nociónde que la senescencia podría ser una expresión fisiológica cuya base quími-ca sería la ag:r:esión que sufren las células aeróbicas debido a la existencia

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de radicales oxígeno reactivos. El organismo se defiende de esta agresiónmerced a la presencia de agentes antioxidantes tales como la vitamina E yotros elementos, cuya función sería precisamente la de reaccionar con losradicales oxidantes y generar un producto con tan baja capacidad de reac-ción como para interrumpir la cadena autocatalítica de oxidaciones.

Entre las substancias que más sufren la agresión de los radicales li.bres oxidantes se encuentran los ácidos grasos poliinsaturados, generándo-se los compuestos denominados lipoperóxidos.

En 1952 Glavind y colaboradores describieron la presencia de lipope-róxidos en las aortas ateroesderóticas humanas. El contenido de peróxidosen las arterias afectadas era proporcional a la gravedad de la ateroesclero-siso Lipoperóxidos en suero fueron demostrados mediante estudios espectroscópicos. La presencia de ceroide en la íntima arterial puede ser acepta-da como una prueba directa de lipoperoxidación.

02OZONO

RADIACIONES

DEFICIT ANTIOXIDANTE

TOXICOS \.ACIDOSGRASOSPOLl-~INSATURADOS .

CEROIDE

LlPOFUCSINA

ENVEJECIMIENTO

CELULAR

CUADRO 1

LlPOPEROXIDACION

AUTOOXI DACION

AUTOCA T ALlTICA

NO ENZIMATICA

LlPOPEROXIDOS

¡TISULARES y CIRCULARES

ALTERACION DE FACTORES GENETICOS

ESTRUCTURAS CELULARES HORMONAS

MITOCONDRIAS DIETA

MEMBRANAS METABOLISMO

LlPOPROTEINAS STRESS

ENZIMAS TABACO

FACTORES DE HEMOSTASIA DISLlPEMIAS

\INFILJRACIONSECUESTRO DE LlPIDOS

(PARED VASCULAR)

.. ..

ATEROESCLEROSIS

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.--' ""'- ."" !

UPCHa BiBLHJfEC1\ t

LlPOPEROXIDACION

!Inhibición de la actividad del inhibidor de la elastasa

1Aumento de la actividad de la elastasa de pared arterial

!

No se forman las ligaduras cruzadas normales de la elastina

¡

Complejo elastina-lípidos peroxidados-calcio

Formación de ligadurascruzadas anormales con más lazos insaturadosAutooxidación

Polimerización

Formación de Lipofuscinay ceroide

Daño pared vascular--., AE

CUADRO 2

Como se sabe, la incidencia de ateroesclerosis aumenta con la edad.

Esto puede ser debido a los siguientes factores:

1.- cantidades elevadas de ácidos graso s poliinsaturados en los lípicos de

la pared arteria!.

2.- alto grado de insaturación de los ácidos grasos hallado en la vejez,

que favorece lalipoperoxidación.

3.=- nivelesséricos elevados de hierro y cobre.

De este modo, la permanente lipoperoxidadón en el suero puede,ini-

ciar la aterogénesis al dañor el endotelio de la pared arteria!. El mecanismo

de la lipoperoxidación da lugar a las siguientes secuencias metabólicas

(cuadro 2).

1.- incremento de los productos de oxidación del colesterolque agreden

el endotelio y facilitan la deposición de lipoproteinas aterogénicas en

la pared arteria!.

2.- proliferación de peroxisomas con aumento del peróxido de hidróge-no.

3.- los productos de la lipoperoxidación activan la fosfolipasaA2 e inac-

tivan la PGI2 sintetasa,con lo cual aumenta la TXA2 que favorece

la agregación plaquetaria y la l~beración del factor de crecimiento y

del oxígeno activado, con el consiguiente daño endotelial.

4.- la agregación plaquetaria estimula la cascada metabólica del ácido

araquidónico y se libera malondialdehido, que modifica la apo B de

lalipoproteina de baja densidad.

5.- la apo B se activa por el malondialdehido y la LDL no es reconocida

por losreceptores apo B-E hepáticos y extrahepáticos.

6.- la LDL modificada penetra entonces en los macrófagos y forma las

células espumosas por la vía de receptores no regulables y aumentael colesterol.esterificado internamente.

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7.- inhibición de la actividad del inhibidor de la elastasa, y en conse-cuencia, incremento de la actividad de elastasa en la pared arterial.

8.- no se forman las ligaduras cruzadas normales d~ la elastina, aparecien-do en cambio un complejo elastina-lípicos peroxidados-calcio, y li-gaduras cruzadas anormales con más lazos insaturados.

9.- formación de lipofucsina y de ceroide.Los pigmentos de lipofucsina, que se observan sobretodo en la edad

senil, resultan de la fusión de autolisosomas viejos y representan un mate-rial de constitución heterogénea, donde se encuentran enzimas lisosomalesdel tipo de la fosfatasa ácida, esterasa y glucuronidasa, y pigmentos queprovienen de la lipoperoxidación de ácidos graso s poliinsaturados de lasmembranas celulares. Se acumulan en células de lenta división o que hancompletado sus mitosis, como las células del sistema nervioso, del miocar-dio, del hígado, del ovario, del testículo y de la glándula suprarrenal.

En diversas experiencias realizadas con ratas dismetabólicas diabéti-cas y'con ratas eumetabólicas normales se ha visto la temprana apariciónde gránulos de lipofucsina y una mayor velocidad de acumulación en lasprimeras, lo que señala un envejecimiento precoz y pone en evidencia elcomponente genético de su alteración.

En experiencias realizadas en seres humanos por Mosso y Col. en1974, se demostró que en los pacientes ateroesclerosos coronarios, cere-brales y periférico s, el proceso de lipoperoxidación era más activo que enlos controles normales, y que en los viejos era mayor que en los jóvenes.(cuadro 3).

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CUADRO 3

Figura 1: Se representa los niveles de lipoperóxidos circulares considerando como1000/0 a los grupos control By D, Grupos A y e ateroesclerosos y ancianos.

-289~

%

139 -135 -

100 -

,

A B C D

,-

...

Los lipoperóxidos circulantes y los radicales libres oxigenados sonun factor a tener en cuenta dentro de los mecanismos patogénicos quellevan a la ateroesclerosis y al proceso de envejecimiento.

Los radicales libres en los procesos de isquemia y reperfusión.

Los radicales libres oxigenados intervienen en la fisiopatología de laslesiones observadas durante la isquemia y reperfusión del miocardio encuanto al tamaño de la zona necrótica y a la aparición de arritmias.

En el miocardio isquémico existen dos fuentes de radicales oxígeno:1.- fuente intracelular que proviene de la xantinooxidasa. Normalmente

la célula miocárdica contiene deshidrogenasa, que se convierte enxantinooxidasa durante la isquemia y genera luego aniones superóxi-do durante la reperfusión.

2.- fuente extracelular, que proviene de los polinucleares neutrófilos queinvaden la zo~a isquémica y libran superóxidos por intermedio deuna enzima, la ~ ADPH oxidasa.La isquemia puede producirse por espasmo arterial, obstrucción oclu-

sión o compresión, siendo la ateroesclerosis y la trombosis el principalno y remoción de los productos metabólicos.

La isquemia puede producirse por espasmo arterial, obstrucció, oclu-sión o comprensión, siendo la ateroesclerosis y la trombosis el principalfactor etiológico.

El insuficiente aporte de oxígeno puede ser debido además a la re-ducción del flujo circulatorio, a la pobre saturación de hemoglobina en elpulmón, a cortocicuitos arteriovenosos, a la falta de hemoglobina o a laexistencia de substancias que se combinan con la hemoglobina alterandosu función respiratoria. Por otra parte, la acumulación de productos meta-bólicos inhibe la actividad de diversos sistemas enzimáticos y daña a lasmembranas y otras estructuras celulares.

En la isquemia se produce la siguiente cascada fisiopatológica:1.- Isquemia e hipoxia.2.- Acidosis.3.- Bloqueo de la cadena respiratoria mitocondrial e inactivación de la

coenzima N ADH, que lleva a la inhibición de la producción de ATP Yde la reserva energética.

4.- Alteraciones iónicas consistentes en la salida y pérdida de K'"con en-trada de Na+ y Ca++,por modificaciones en la permeabilidad de lamembrana.

5.- Incremento en la formación de lipoperÓxidos y de radicales libres(aniones superóxidos y radicales hidroxilo) y disminución en sueliminación. Estos radicales libres actúan sobre los ácidos graso spoliinsaturados de las membranas.

6.- Alteración de la síntesis de prostaglandinas y del ácido araquidónico,con disminución de PGI2 y aumento del TXAZ, con lo cual aumenta

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la agresión plaquetaria, la vaso constricción y la tensión arteria!.7.- Se produce edema celular, aumento de la resistencia periférica y al-

teraciones en la microcirculación.8.- Todos estos fenómenos llevan a la alteración morfológica y funcional

y a la muerte celular.Durante la reperfusión postisquémica se produce el incremento de ra-

:iicales libres cuya toxicidad lesiona también las estructuras celulares, alsobrepasar la capacidad defensiva. De esta manera el oxígeno se une a lahipoxantina en el endotelio vascular y conduce a la producción excesivade aniones superóxidos (02), de agua oxigenada y de radicales hidroxilos(OH:), que alteran los lípicos de las membranas celulares, las proteínas ylos sistemas enzimáticos.

Durante la reperfusión se observan las siguientes lesiones con el mi-croscopio electrónico:a.- tumefacción masiva y rotura de la membrana externa de las mitocon-

drias

b.- desorganización miofibrilar y miocitolisis.C.- vacuolización del sarcoplasma.

Mecanismos antioxidantes de defensa

Existen varios mecanismos antioxidantes de naturaleza enzimática yno enzimática, algunos de ellos naturales y otros sintéticos. A continua-ción se enumeran los principales conocidos hasta el momento.Superóxido dismutasaCatalasas y pero1CidasasVitaminas E"A y CGlutationMK 447 (derivado indofenol)Selenio (interviene en la formación de glutation peroxidasa)Allopurinol (inhibidor de la xantinooxidasa)MTDQ- DS (derivado dihidroxiquinolínico)Manitol, glucosa, uratos.Acido tioctico, silymarina, trimetazidinaGingko bilova .EthoxyquinHydroxyanisol butilado, Hydroxytolueno butiladoCeruloplasmina, albúmina, haptoglobinaTransferrina, lactoferrinaDesferrioxaminaCatergen, levamisol, D-penicilamina

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A lo largo de esta exposición se ha destacado la importancia de laparticipación de los radicales libres en biología y en patología general ycardiovascular, especialmente en el proceso de envejecimiento, en ateroes-clerosis y en los procesos de isquemia y re perfusión. El incremento de ra-dicales libres es previo a la aparición del daño bioquímico e histológico y alas manifestaciones clínicas. Su detección oportuna y la aplicación de an-tioxidantes y de substancias captadoras de radicales libres permitirá prote-ger al organismo humano del daño provocado por los lipoperóxidos.

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