La Reperfusión es Esencial para Salvar al Miocardio pero También se Asocia con un Tipo Particular de Daño

• AUTOR : Zweier J, Talukder M
• TITULO ORIGINAL : The Role of Oxidants and Free Radicals in Reperfusion Injury
• CITA : Cardiovascular Research 70(2):181-190, May 2006
• MICRO : Durante las últimas dos décadas ha surgido numerosa información que avala la teoría de que la producción de oxidantes y de radicales de oxígeno en el corazón posisquémico se eleva considerablemente por diversos mecanismos que interactúan entre las células cardíacas y endoteliales.

 

Una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en el mundo es la enfermedad isquémica, de allí que se intentaron diversas estrategias destinadas a «salvar» el miocardio con riesgo de necrosis en pacientes con infarto agudo de miocardio. De hecho, en los últimos años, la terapia de revascularización con drogas trombolíticas o mediante cirugía se ha transformado en el tratamiento esencial. Sin embargo, señalan los autores, la reperfusión también puede ocasionar daño tisular, una lesión distintiva que se caracteriza por la formación de bandas contráctiles, gránulos de calcio en mitocondrias y edema de las membranas de organelas. La reperfusión se asocia esencialmente con 2 trastornos: disfunción contráctil reversible e infarto o muerte celular irreversible; asimismo, puede ser causa de arritmias potencialmente fatales. Si bien se postularon diversos mecanismos fisiopatológicos para explicar la lesión asociada con la reperfusión, la teoría más aceptada es la que involucra al daño oxidativo con la producción de radicales de oxígeno. En condiciones fisiológicas se produce en forma permanente una cantidad reducida de estos radicales, cuyas funciones incluyen regular la división, la diferenciación y el señalamiento celular, entre otras. Sin embargo, en situaciones de isquemia o después de la reperfusión, el número de radicales libres de oxígeno aumenta considerablemente y los sistemas de depuración -superóxido dismutasa, catalasa y glutatión peroxidasa- no son suficientes. Además, el estrés oxidativo, como elemento esencial de daño, permite explicar otras alteraciones que se observan durante la reperfusión; por ejemplo, los radicales libres de oxígeno causan sobrecarga celular de calcio y oxidación de lípidos e inducen quimiotaxis de neutrófilos que, en definitiva, puede motivar obstrucción microvascular. Además, los glóbulos blancos que migran a la zona de lesión son otra fuente importante de radicales libres de oxígeno. El óxido nítrico (ON) es un radical libre bastante estable, con participación en funciones normales y patológicas. En baja concentración tiene acción celular reguladora y protectora pero en niveles elevados es tóxico. Sin embargo, muchos efectos adversos no son directamente atribuibles al ON sino a los productos de la reacción oxidativa.

Perspectiva histórica de la teoría de los radicales libres en el daño por reperfusión

El miocardio está permanentemente expuesto a diversas especies reactivas de oxígeno (ERO) y de nitrógeno. El oxígeno, si bien es imprescindible para la supervivencia celular, en condiciones especiales también puede ser dañino. Uno de las primeros trabajos que sugirió este concepto fue el de Hearse y colaboradores, quienes demostraron que la reoxigenación del corazón hipóxico de ratas se asociaba con más daño que beneficio. El concepto quedó aún más avalado cuando se constató el efecto favorable de los sistemas de depuración de radicales de oxígeno sobre la función mitocondrial, mecánica y del retículo sarcoplásmico. Además, mediante resonancia paramagnética de electrones (EPR [electron paramagnetic resonance]) se confirmó que en el tejido sometido a reperfusión hay un incremento sustancial de la producción de radicales libres. A pesar de todas estas observaciones, no se dispone de una terapia satisfactoria para evitar este mecanismo de lesión.

Radicales libres, oxidantes y lesión celular. Medición de oxidantes y de radicales libres

Los radicales libres de oxígeno son inestables, altamente reactivos y de corta vida media. Continuamente se producen pequeñas cantidades de ERO como consecuencia del metabolismo normal de las células; sin embargo, en forma simultánea, los sistemas fisiológicos de depuración las eliminan. La reducción incompleta del oxígeno se asocia con la generación de anión superóxido (O2-), peróxido de hidrógeno (H2O2) y radical hidroxilo (.OH); este último, muy reactivo y con una vida media muy corta. Mediante EPR se confirmó la mayor producción de ERO durante la isquemia y la reperfusión. Las ERO lesionan a las células porque inducen oxidación de los lípidos de la membrana, ocasionan desnaturalización de las proteínas y rompen el ADN. Por su parte, la oxidación de lípidos es consecuencia de la pérdida de la integridad de la membrana, necrosis y muerte celular.

Aunque existen varios ensayos para cuantificar la producción de oxidantes y de ERO, en todos, las sondas que se utilizan pueden inducir per se la producción de ERO, de manera tal que deben incluirse controles adecuados. La detección de radicales libres sólo es posible mediante EPR.

Participación de las ERO en mecanismos fisiológicos y en el daño celular

La diferente función de estas moléculas parece depender casi exclusivamente de su concentración. Además, en situaciones patológicas -por ejemplo, durante la reperfusión- pueden producirse especies más reactivas. Durante la isquemia y la reperfusión se genera acidosis grave con liberación de hierro férrico y ferroso de metaloproteínas; el fenómeno también estimula la conversión de especies más reactivas, por ejemplo, radical hidroxilo. De hecho, se observó que el tratamiento con quelantes de alta afinidad, como deferoxamina, se asocia con protección del miocardio.

ON y su participación en la función del miocardio y en la lesión miocárdica

El ON es un radical libre lábil, producido por diversas células por acción de la ON sintasa (ONS). Existen esencialmente 3 isoformas de ONS; 2 de ellas se expresan en forma constitutiva y dependen de calcio y calmodulina: la ONS1 se produce fundamentalmente en neuronas, mientras que la ONS3 se genera en células endoteliales. En cambio, la expresión de la ONS2 se induce durante estados patológicos, por ejemplo en la inflamación. Todas las isoformas de la enzima convierten L-arginina en L-citrulina y ON en presencia de los sustratos NADPH y oxígeno y del cofactor, tetrahidrobiopterina (BH4). En células cardíacas y endotelio del corazón se produce ON, pero durante la isquemia su síntesis se compromete significativamente.

El ON reacciona con el superóxido y posibilita la formación de peroxinitrito, que puede inducir la lesión de tejidos. Los resultados de los trabajos más recientes sugieren que la formación anormal de ON en el miocardio isquémico se asocia con daño por reperfusión.

Mecanismos de producción de radicales libres de oxígeno en el corazón posisquémico

La xantino oxidasa (XO), la oxidación de mitocondrias, la oxidación de ácidos grasos insaturados por acción de la ciclooxigenasa, la oxidación de catecolaminas, la activación de la NADPH de glóbulos blancos y la liberación de hierro son algunos de los mecanismos que podrían participar en el daño por reperfusión asociado con la producción de ERO. La XO es una fuente importante de O2- y de peróxido de hidrógeno. Durante la isquemia hay acumulación de los sustratos para la reacción de la hipoxantina y xantina y las defensas celulares antioxidantes se comprometen, dado que se reduce la actividad de la SOD y de la glutatión peroxidasa.

Las principales fuentes que generan radicales libres incluyen: la XO que se encuentra fundamentalmente en las células endoteliales, el sistema mitocondrial de transporte de electrones, principalmente ubicado en miocitos, y la NADPH oxidasa, que por lo general se localiza en glóbulos blancos. Por su parte, durante el estrés oxidativo que genera depleción de BH4 o de arginina, la ONS produce más superóxido.

Los estudios con corazones aislados de ratas mostraron que la generación de radicales y el daño funcional pueden reducirse mediante la inhibición de la XO con oxipurinol. Los trabajos realizados con posterioridad confirmaron la importancia de la formación de sustrato de XO y aunque originariamente se cuestionaba la presencia de XO en el corazón del ser humano, los estudios más recientes confirmaron su localización en células endoteliales arteriales y venosas y la posibilidad de producir grandes cantidades de radicales libres de oxígeno suficientes para ocasionar daño del endotelio. Asimismo, las investigaciones más actuales indicaron que si bien la actividad de XO sería relativamente baja en el corazón del ser humano en comparación con la de otras especies, su expresión parece aumentar sustancialmente en pacientes con miocardiopatía dilatada. Se observó que el alopurinol, un inhibidor importante de la XO, mejora la recuperación posquirúrgica y disminuye la oxidación de lípidos en pacientes sometidos a cirugía a corazón abierto. No obstante, los resultados al respecto no han sido del todo homogéneos y, por el momento, se requiere mayor investigación en relación con el papel de la XO en la enfermedad cardiovascular en el hombre.

Los miocitos representan la principal fuente de sustratos de XO; por lo tanto, el bloqueo de su formación o la supresión del transporte de nucleótidos desde los miocitos al endotelio podría ser una alternativa eficaz para evitar la producción de radicales libres. Se observó que la NADH deshidrogenasa es una fuente importante de radicales libres derivados de ubiquinona (CoQ) y de O2-. También se constató que las ERO inducen permeabilidad mitocondrial que, en definitiva, se asocia con mayor producción de radicales.

La información en conjunto sugiere que los oxidantes que se generan luego de la isquemia pueden comprometer la función de la ONS y la reactividad del endotelio; de hecho, es posible que la ONS deje de producir ON y comience a generar O2-. Además, las 3 isoformas de ONS son fuentes importantes de O2- cuando hay depleción de L-arginina o de BH4.

La formación de oxidantes y la activación del complemento sérico se asocian con atracción de polimorfonucleares a la región que sufrió isquemia, con lo cual se amplifica aún más la producción de radicales y el daño tisular. Diversos estudios sugirieron un efecto protector a partir de estrategias destinadas a evitar la adhesión de glóbulos blancos o la activación del complemento. Empero, también se observaron resultados negativos, por lo cual todavía no se estableció con certeza el papel de estas estrategias en la prevención de la isquemia por reperfusión.

Mecanismos que intervienen en la formación de ON en el corazón posisquémico

Posiblemente, la producción anormal de ON cumpla un papel esencial en el daño asociado con isquemia y reperfusión. Inicialmente se postuló que los niveles de ON se encontraban reducidos en el corazón posisquémico debido a la pérdida de la capacidad de vasodilatación mediada por el endotelio. Sin embargo, los trabajos más recientes con EPR mostraron que la producción de ON se eleva en relación con la isquemia y se manifestaron diversas vías en la formación de ON, que no dependen de la ONS, sobre todo de manera secundaria a la reducción de nitritos. La isquemia del miocardio ocasiona acidosis intracelular e hipoxia grave con reducción de nitritos; por este motivo, se postuló que los nitritos podrían ser una fuente importante de ON en el sistema cardiovascular y, en este contexto, se demostró que la XO reduce nitritos a ON en condiciones aeróbicas y anaeróbicas.

Interacciones entre las vías de formación de radicales de oxígeno y de ON

Ambas vías están activadas en exceso en el corazón isquémico y sometido a reperfusión y esto explica la elevada concentración de oxidantes y de ON. El ON y peroxinitrito pueden bloquear vías importantes en la generación de radicales de oxígeno, tales como XO y NADPH de glóbulos blancos. Por lo tanto, el aporte exógeno de ON mediante dadores farmacológicos o el ON endógeno podrían inhibir la generación secundaria de radicales de oxígeno.

Trastornos en la producción de ON y de radicales de oxígeno inducidos por el preacondicionamiento

La formación de bajas concentraciones de oxidantes durante cortos períodos de isquemia y reflujo puede asociarse con un estado de «preacondicionamiento isquémico» (IPC [ischemic preconditioning]). El IPC se acompaña de una reducción importante de la producción de ON durante la isquemia más prolongada y, en teoría, podría evitar la oxigenación excesiva del miocardio asociada con la reperfusión posisquemia.

Conclusiones

Cada vez hay más información que avala la participación de los oxidantes y de los radicales libres en el daño isquémico y por reperfusión. En la formación de radicales de oxígeno y de ON interactúan numerosas enzimas y vías celulares. Durante la isquemia hay mayor producción de ON por mecanismos que dependen y por otros que son independientes de la ONS. En condiciones fisiológicas existe un equilibrio perfecto entre la formación de radicales de oxígeno y de ON pero, en situaciones patológicas, este equilibrio se interrumpe y se produce daño oxidativo. El IPC reduce considerablemente la formación posterior de ON; posiblemente también se acompañe de menor producción de oxidantes. La investigación venidera deberá establecer la forma óptima de trasladar a la clínica las observaciones favorables observadas experimentalmente en relación con numerosas estrategias terapéuticas posibles.

 

Especialidad: Bibliografía - Cardiología