VEA: OZONOTERAPIA
FUNDAMENTOS E INVESTIGACIONES
EQUIPOS Y DERIVADOS

Ecos de la VI Reunion del Grupo Español de Radicales Libres y II Reunion Iberoamericana


Introducción
    En el Hotel Monasterio de San Miguel, situado en el Puerto de Santa María, Cádiz, España, los días 26-28 de Junio de 2000, tuvo lugar la VI Reunión del Grupo Español de Radicales Libres y II Reunión Iberoamericana. La organización del evento estuvo a cargo de las Dras. Ana Navarro Arévalo y María Jesús Sánchez del Pino.
    En este Encuentro se presentaron 120 ponencias científicas, de las cuales 32 fueron conferencias y las restantes presentadas en posters. Hemos volcado en éstas páginas una selección de la vasta información expuesta a lo largo de los encuentros, y hemos debido omitir, por obvias razones de espacio, otras presentaciones igualmente valiosas. Hemos agrupado, de modo arbitrario, este material científico en los siguientes bloques:
        a) Estrés oxidativo y enfermedad. En este bloque se incluyen varios temas como la enfermedad de Alzheimer, la diabetes, el alcoholismo y la leucemia, patologías donde el factor del estrés oxidativo tiene una fuerte relevancia.
        b) Mitocondria y óxido nítrico. Varias conferencias, entre ellas la inaugural se centraron en estos tópicos, evidenciando, nuevamente, la importancia que tienen esa organela y la molécula del óxido nítrico en relación con los radicales libres (RL), el estrés oxidativo y las enfermedades. La mitocondria continúa siendo la principal fuente de producción de especies reactivas del oxígeno y, recientemente, gracias en gran parte a las investigaciones de científicos argentinos y uruguayos, se ha comprobado una importante participación de óxido nítrico que, originado en la propia mitocondria, afecta la cadena respiratoria de la célula.
        c) Radicales libres y envejecimiento. La clásica hipótesis de Harman, volvió a ser recreada en esta Reunión, con la introducción de nuevas evidencias sobre la implicancia de los radicales libres en el envejecimiento, obtenidas a partir de diversas experiencias de laboratorio, con distintos tipos de vertebrados.


Estrés oxidativo y enfermedad

Enfermedad de Alzheimer

    La enfermedad de Alzheimer (EA), constituye la primer causa de invalidez de las funciones superiores del cerebro, en individuos mayores de 60 años (Figura 1).

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Figura 1
Distribución porcentual de las distintas patologías a nivel cerebro

    Existen diversas evidencias de que en las áreas afectadas se produce un daño por radicales libres. Exámenes postmortem de corteza cerebral de pacientes con EA, con medición de dialdehídos (TBARS y malondialdehído), revelaron un aumento de los productos de la peroxidación lipídica. La diferencia fue significativa comparada con los sujetos controles. La proteína beta amiloide, que se encuentra altamente diseminada en distintas áreas del cerebro de los pacientes con EA, parece estar muy involucrada en el mecanismo de estrés oxidativo. La presencia aumentada de este péptido se correlaciona con una importante generación de radicales libres y el subsecuente daño celular.
    El Dr. A. Hernanz y colaboradores, del Hospital La Paz, de Madrid, realizaron un estudio clínico para determinar en pacientes con EA, si el posible aumento en el líquido cefalorraquídeo de citoquinas inflamatorias, como el factor de necrosis tumoral-alfa (TNF-alfa), incrementa la apoptosis en el sistema nervioso central. Este fenómeno se reflejaría cuantificando el receptor soluble FAS que media la apoptosis del TNF-alfa, y la producción de radicales libres del oxígeno. La determinación de estos últimos se realizó midiendo el estrés oxidativo a través de la producción de malondialdehído, un producto de la oxidación de las lipoproteínas (lipoperoxidación). También se midió la proteína tau, que constituye un marcador establecido de EA.
    A tal fin se estudiaron 14 pacientes con enfermedad de Alzheimer, 12 con enfermedad de Parkinson y 15 sujetos sanos que representaron al grupo control. Los autores hallaron un aumento altamente significativo del TNF-alfa en la EA respecto de los controles (p<0.01). El FAS y el malondialdehído también estaban aumentados en forma significativa aunque en menor grado (p<0.05). En los pacientes con enfermedad de Parkinson, el aumento de TNF-alfa también fue importante, y los niveles de estrés oxidativo fueron aún superiores que en la EA. No hubo variaciones en el FAS. La conclusión de los autores es que en el sistema nervioso central, se produce un aumento de citoquinas neurotóxicas como el TNF-alfa que lleva a un incremento de la apoptosis y del estrés oxidativo. Los hallazgos refuerzan la hipótesis de la participación de los radicales libres del oxígeno en estas patologías.
    Otro estudio, del Dr. A. Lloret y colaboradores, de la Universidad de Valencia, está basado en la aplicación clínica de los antioxidantes en esta enfermedad. Con el antecedente de los buenos resultados obtenidos con la vitamina E en un estudio multicéntrico publicado por Sano y colaboradores (New Engl J Med 1997;337:1216), estos autores estudiaron 4 grupos de pacientes con enfermedad de Alzheimer, provenientes del Hospital Clínico Universitario de Valencia, que fueron divididos de la siguiente forma:

    A todos los participantes se les midió el glutatión oxidado (GSSG) en sangre, que es una expresión de estrés oxidativo, y se les efectuó un test cognoscitivo, en condiciones basales y al cabo de 6 meses de tratamiento.
    En la Figura 2 se observan las modificaciones del GSSG en los distintos grupos.

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Figura 2
Valores de GSSG (nmol/ml), al cabo de 6 meses, en los sujetos sanos y con EA sin tratamiento y en aquellos que recibieron tratamiento con vitamina E, vitamina E + selegilina y selegilina sola. VE: vitamina E; s.: selegilina

    Los pacientes con EA presentaron un estrés oxidativo elevado de acuerdo con los niveles de GSSG respecto de los controles. Los que recibieron VE o selegilina durante 6 meses, bajaron en forma significativa los valores de GSSG. En cambio, la combinación de ambas no tuvo una respuesta significativa.
    Los resultados de los tests cognoscitivos, mostraron una pérdida del 4% en los que recibieron placebo, mientras que ese deterioro no se observó con la selegilina. Por otra parte la combinación de ambos fármacos produjo un efecto negativo con una pérdida del 8% en el test.
    Por lo tanto la determinación del GSSG sanguíneo demostró que existe un estrés oxidativo asociado a la EA, como ya lo habían señalado trabajos anteriores. La administración de vitamina E o selegilina -pero no con la combinación de ambas- mejoró las funciones cognoscitivas.


Estrés oxidativo y diabetes

Introducción
    El capítulo de diabetes fue desarrollado en varias ponencias. La diabetes mellitus lleva asociada un estrés oxidativo, que podría ser uno de los mecanismos fisiopatológicos de las complicaciones crónicas observadas en la diabetes; arteriosclerosis, nefropatía, neuropatía y retinopatía y cataratas de origen diabético. Esta área de investigación, tanto experimental como clínica, ha crecido en forma exponencial. Entre 1970- 75 se habían publicado 500 trabajos, entre 1995-2000, alcanzaron a 3000 los trabajos publicados.

Presencia de estrés oxidativo
    La existencia de un estrés oxidativo, en la diabetes ha sido ampliamente demostrado tanto en animales como en humanos. El Dr. MP Martín y colaboradores, del Centro de Investigaciones de Bioquímica y Biología Molecular, del Hospital Materno-Infantil Vall d'Hebron, de Barcelona, observaron que el fenómeno es muy precoz, ya que en adolescentes con diabetes recién diagnosticada, se produjo una caída de la capacidad antioxidante del plasma, y de los niveles de alfa tocoferol, mientras que se elevó la concentración de malondialdehído plasmático, como puede observarse en la Figura.

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Figura
Se observa en los diabéticos una reducción de la capacidad antioxidante total (CAP),y del alfa-tocoferol (VE), mientras que subieron los valores de malondialdehído (MDA), uno de los marcadores de lipoperoxidación.

    Los autores también midieron otros valores antioxidantes como los grupos sulfidrilos y el ácido úrico, que también estaban disminuidos en los pacientes diabéticos.

Fuentes de radicales libres en la diabetes
    Una de las fuentes de producción de radicales libres, son los cuerpos cetónicos formados como consecuencia de un metabolismo alterado de la glucosa. El acetoacetato, en presencia de hierro (II), puede dar lugar a la formación de radicales libres y constituiría la vía no enzimática de formación de estas especies.
    Los Dres. R. Márquez, J. Viña y colaboradores, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Valencia, han propuesto un mecanismo de catalización, o enzimático, de formación de especies reactivas del oxígeno. Este se produciría a través de la reacción catalizada por la xantina oxidasa, que genera anión superóxido (O2-.), utilizando como sustrato la xantina, el agua y el oxígeno de acuerdo con la fórmula:

 
XO
 
Xantina +H2O + O2
ácido úrico +2 O2-. + 2H+

    Se ha comprobado que, en el animal diabético, los valores de xantina oxidasa se encuentran muy aumentados con respecto a los controles. También se observó un importante aumento de la actividad hepática de esta enzima. El hígado libera la xantina oxidasa hacia el plasma y parece ser la principal fuente de su producción. Este fenómeno de liberación, no se observó en los animales de control.
    El O2-. no es especialmente reactivo, pero sí potencialmente tóxico, generándose en medios biológicos como producto formado en reacciones enzimáticas, muchas de ellas, catalizadas por la xantina oxidasa. Además, al asociarse con el óxido nítrico puede producir peroxinitrito, que podría ser responsable del daño endotelial.
    Los autores, demostraron en ratas y en conejos diabéticos por la acción de la estreptozotocina y el aloxano, respectivamente, un aumento considerable de O2-, que fue del 50% en las aortas de las ratas, y llegó hasta el 300% en las de los conejos.
    Estos fenómenos son inhibidos por la heparina que libera a la xantina oxidasa unida al endotelio y por el alopurinol, un inhibidor de dicha enzima. Por lo tanto, la xantina oxidasa contribuye de una manera significativa a la generación de estrés oxidativo en la diabetes experimental y en la humana tipo I. Estos resultados pueden tener importancia en el tratamiento de las complicaciones asociadas a la diabetes mellitus.

Estrés oxidativo en la leucemia linfocítica crónica
    La leucemia linfocítica crónica (LLC), es una enfermedad neoplásica heterogénea de evolución progresiva con fallo ocasional de la médula ósea que cursa con la alteración de la función del sistema inmunitario, hipogamaglobulinemia y anemia hemolítica. La Dra. Ana Oltra, y colaboradores, del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Valencia, estudiaron la relación pro/antioxidante en linfocitos de sujetos con LLC y la compararon con los de sujetos sanos.
    En los linfocitos, se determinó la actividad de las enzimas antioxidantes, catalasa, glutatión peroxidasa y superóxido dismutasa para evaluar las defensas antioxidantes. Para determinar el estrés oxidativo se midieron, también en los linfocitos, tres parámetros:
        a) la relación glutatión oxidado/reducido (GSSG/GSH) x 100,
        b) el daño al ADN, midiendo la oxidación de una de sus bases, mediante la determinación de 8-0HdG, y
        c) el daño a las biomoléculas lipídicas, midiendo el malondialdehído (MDA).

    Se observó una disminución significativa de la actividad de la superóxido dismutasa y de la glutatión peroxidasa, pero no de la catalasa. Respecto de las determinaciones de estrés oxidativo, si bien el índice GSSG/GSH no se modificó, se produjo un aumento significativo del daño al ADN y a las moléculas lipídicas, evidenciado por el aumento a la 8-0HdG y MDA, respectivamente, en comparación con los linfocitos de individuos sanos. Los resultados, muestran un estrés oxidativo en los linfocitos de pacientes con LLC. El rol de este fenómeno en la evolución de la enfermedad, y por lo tanto el posible beneficio que derive de la suplementación de antioxidantes, es un aspecto que merece mayores investigaciones.

Estudios de estrés oxidativo hepático por alcoholismo crónico
    Existe una extensa evidencia experimental que muestra la implicancia del estrés oxidativo en la patogénesis de la hepatopatía alcohólica. Es así que el alcoholismo crónico se encuentra asociado con una disminución del glutatión reducido (GSH), uno de los antioxidantes más importantes y abundantes de las células.
    Este hallazgo está asociado con un aumento de los productos de oxidación de los lípidos de membrana, y señala un importante estrés oxidativo de las estructuras lipídicas de las células. Una de las estructuras más afectadas de las células, parece ser la mitocondria. En este aspecto, el grupo de los Dres. J. Sastre, J. Viña y colaboradores, del Departamento de Fisiología de la Universidad de Valencia, estudiaron el estrés oxidativo en la mitocondria de roedores.
    Los animales fueron divididos en 3 grupos a saber:

    Se midieron la relación glutatión oxidado/glutatión reducido (GSSG/GSH) y los niveles de peroxidación lipídica. Ambas determinaciones informan sobre la magnitud del estrés oxidativo en las células, en este caso, del tejido hepático.
    Los resultados mostraron que el etanol en administración crónica produjo un aumento significativo del GSSG, aumentando por lo tanto el índice GSSG/GSH a nivel mitocondrial. La determinación del GSSG en nmol/mg de proteína, fue:

Grupo estudiado
GSSG
GSSG/GSH
Etanol
0.12 ± 0.02
1.5 ± 0.3
Control
0.09 ± 0.02 (*)
0. 1 ± 0.3 (*)
(*): p<0.05

    Los niveles de malondialdehído fueron: 0.9±0.2 y 0.68±0.1 nmol/mg. prot. para los grupos etanol y placebo, respectivamente (p<0.05). La administración de SAM previno el estrés oxidativo y aproximó los valores al grupo placebo.
    El estrés oxidativo y la muerte celular por apoptosis pueden estar relacionados en la patogénesis de la hepatopatía alcohólica. El mismo grupo observó el fenómeno de muerte celular, vía apoptosis, inducida por acetaldehído en hepatocitos de ratas alcohólicas.
    Se cultivaron hepatocitos aislados de ratas control y de ratas tratadas crónicamente con etanol durante 6 semanas. Los hepatocitos aislados fueron cultivados durante dos horas, con acetaldehído 25 mM, midiendo la viabilidad celular al final de la incubación y a las 24 horas mediante microscopía de fluorescencia utilizando los fluorocromos Hoechst 2232 y yoduro de propidio. El porcentaje de muerte celular se incrementó significativamente a las 24 horas de incubación con acetaldehído 25 mM en los hepatocitos de las ratas alcohólicas [15,3 ± 4,2 % (n=5) vs. 3,0 ± 2,4 % (n=5), p<0,01]. Sin embargo, el porcentaje de muerte celular no aumentó significativamente tras la incubación con acetaldehído en los hepatocitos de las ratas controles [6,5 ± 1,4 % (n=4) vs. 4,2 ± 1,9 % (n=4)]. Además, los autores observaron que la muerte celular inducida por acetaldehído puede prevenirse in vitro mediante incubación con cilosporina A -que evita la apertura del poro mitocondrial de permeabilidad transitoria- así como con el uso conjunto de las vitaminas antioxidantes C y E.
    Los resultados muestran el papel tanto de la mitocondria como del estrés oxidativo en la muerte celular inducida por acetaldehído en los hepatocitos de las ratas sometidas a alcoholismo crónico. Además, los hepatocitos de ratas controles son más resistentes al acetaldehído que las sometidas a un tratamiento crónico con etanol. Los autores proponen que el metabolismo oxidativo del acetaldehído mediante la ALDH mitocondrial generaría NADH en el interior de la mitocondria, el cual entraría en la cadena de transporte electrónico con la consiguiente producción de especies reactivas del oxígeno.


Mitocondria y óxido nítrico

    Varias conferencias se centraron sobre el papel de la mitocondria en el envejecimiento y el reciente hallazgo de una óxido nítrico sintasa en la matriz mitocondrial.

El estrés oxidativo de la mitocondria
    El Dr. Enrique Cadenas (University of Southern California, Los Angeles) destacó el papel de las mitocondrias en el estrés oxidativo de la célula, ya que estas organelas constituyen el sitio subcelular más importante en la producción de oxidantes. Por esta razón son susceptibles de transmitir errores informacionales a través del daño oxidativo al ADN y RNA mitocondrial, emitiendo señales que inducen apoptosis. En este aspecto el Dr. Cadenas destacó la acción del peróxido de hidrógeno (H2O2), ya que la transición entre proliferación y apoptosis ocurre en un rango muy reducido de esta molécula oxidante, que sería entre 1 y 3 micromoles de H2O2.
    Por su parte la célula posee enzimas, como la catalasa y la glutatión peroxidasa, que se encargan de eliminar el H2O2, siendo la más importante en esta actividad la glutatión peroxidasa.
    La generación de radical hidroxilo (HO.) depende de la producción de H2O2, y es mayor en el estadio 4 de la mitocondria (estado controlado o de consumo lento de oxígeno por ausencia de ADP), y aumenta aún más ante la presencia de inhibidores como la antimicina (un bloqueador de la transferencia de electrones entre los citocromos b y c1), pero estaría muy relacionada con los niveles de NO. Bajas concentraciones de NO aumentan la generación de HO., en una forma similar al agregado de antimicina, mientras que concentraciones elevadas hacen desaparecer la señal de resonancia magnética de ésta molécula. Esto sería por viraje de HO. a peroxinitrito. Por lo tanto la contribución del HO. y el peroxinitrito al daño del ADN mitocondrial y, eventualmente, a los procesos de envejecimiento celular y la apoptosis, estaría regulada por los niveles de NO.

Visión mitocondrial del proceso de envejecimiento
    El Dr. Alberto Boveris (Universidad de Buenos Aires), se refirió a la visión actual de la teoría del envejecimiento sobre la base de la acción de los radicales libres (Gerschman, 1954; Harman, 1956), señalando, como causa de la disfunción y envejecimiento celular, el daño acumulativo de estas especies reactivas del oxígeno sobre las moléculas informacionales y reguladoras. En esta concepción, las mitocondrias desempeñan un papel prominente por constituir la fuente más importante de producción continua de anión superóxido (O2-) y óxido nítrico (NO) que, a su vez, inician reacciones generadoras de otras especies reactivas, como el H2O2 y finalmente el HO..

Producción de O2- y NO mitocondrial
    La producción mitocondrial de O2-, tiene lugar en todas la células aeróbicas y constituye el 2% del consumo de O2- de los tejidos. Esta molécula es originada en las mitocondrias, esencialmente por dos reacciones: la autooxidación de la ubiquinona en una producción vectorial hacia la matriz mitocondrial, de acuerdo con la reacción: (Figura 1)

UQH.+ O2
UQ + H+ + O2-

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Figura 1
Producción mitocondrial de radical superóxido

    Esto acontece en los complejos 1 y 3 de la cadena respiratoria donde se encuentra la ubiquinona.
    La segunda fuente de producción de O2- a nivel mitocondrial, está dada por la semiquinona de la flavoproteína de la NADH dehidrogenasa, y da cuenta del 25 % restante del O2- producido dentro de esta organela (Figura 1). Por su parte el NO se genera en la mitocondria a expensas de la enzima óxido nítrico sintasa mitocondrial (mNOS), utilizando como sustrato L-arginina, O2 y NADPH (química de Beckman- Radi-Freeman) y es calcio dependiente. (Figura 2, elipsoide de la derecha).

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Figura 2
El O2- mediante la llamada Química de Fenton-Haber-Weiss (elipsoide de la izquierda), da H2O2 y luego HO.. En el elipsoide de la derecha, a través de la química Beckman-Radi-Freeman, se aprecia que el NO se combina con el O2- para dar peroxinitrito (ONNO) y también dando como producto terminal el radical hidroxilo. Ambas reacciones se vinculan a través del atajo o shunt de Poderoso-Cadenas, ya que tanto el NO como el ONOO pueden reaccionar con grupos quinoles y generar O2-. En última instancia, el
HO. formado por cualquiera de estas reacciones oxida los lípidos de membrana generando la reacción de lipoperoxidación cuyos productos finales son peróxidos (ROO.) y oxígeno singulete (1O2), que puede ser detectado por quimioluminiscencia.

    La producción de NO da cuenta de, aproximadamente, el 0.5% del consumo de oxígeno de los tejidos, que puede aumentar si se eleva la concentración de oxígeno. De acuerdo con observaciones realizadas por el Dr. Boveris y su equipo con partículas submitocondriales de hígado, cerebro y riñón de rata, mediante espectrofotometría, se comprobó que al aumentar las concentraciones de oxígeno aumentaba la de NO y más aún la de O2-, pero sin producirse saturación hasta una concentración de oxígeno de 220 mM.

Destinos del O2- y del NO
    Aproximadamente un 88% del O2- se transforma en peróxido de hidrógeno por acción de la enzima superóxido dismutasa manganeso dependiente (Mn-SOD), específica de la matriz mitocondrial, de acuerdo con la reacción:

SOD
O2- + 2H+
H2O2

    El 12% restante del O2- reacciona con el NO formando peroxinitrito (ONOO.)
    Respecto del NO, su combinación con el O2- constituye el 60% de su eliminación, mientras que el 40% restante difunde fuera de la mitocondria, donde cumple múltiples funciones como mensajero de diversos sistemas celulares.
    El ONOO se combina con el CO2 formando ONOOCO2 (nitrosoperoxocarboxilato) que, a su vez, reacciona con los reductores naturales que lo degradan y que son: la UQ, 25%; el NADH, 67%, y el glutatión o GSH, 8%.
    La excesiva producción de ONOO no puede ser totalmente controlada por estos reductores y actúa como molécula tóxica causando nitración de tirosinas y daño a los ácidos nucleicos y a la adenina nucleótido transferasa.
    La mitocondria entra en un estado de disfunción y el proceso de envejecimiento tendría que ver con este mecanismo. La mitocondria disfuncional presenta una pérdida de Ca2+ , con aumento de su tamaño y fragilidad, así como el incremento de los productos de oxidación. El potencial de membrana disminuye y se produce una elevación del consumo de oxígeno estado 4 (que no genera ATP) y disminución del estado 3.
    Estas mitocondrias desaparecen de los tejidos por digestión lisozomal al enviar señales a los lizosomas que las digieren. Cuando se acumulan en exceso inducen apoptosis en la célula.

El NO como modulador de la cadena respiratoria
    El NO inhibe (5 veces más de lo normal), la transferencia de electrones entre los citocromos b y c y aumenta la producción mitocondrial de O2- (Ver Figura 3). Actúa además sobre la citocromo oxidasa y constituye un potente inhibidor del consumo de oxígeno. Las concentraciones de NO presentes en los tejidos, permiten suponer que hay un 20 a 30% de inhibición producida por NO.
    Esto se comprueba, en cultivos de mitocondrias, al aumentar la producción de NO activando la NOS con el agregado de sustratos, como la L-arginina.
    Por su parte, el Dr. Juan Poderoso (Universidad de Buenos Aires) sostuvo que, la activación por pulsos de calcio de las NOS clásicas constitutivas I y III, produce una inhibición transitoria de la respiración vinculada con procesos específicos, como la distribución de oxígeno en el miocardio. En estas situaciones el NO es rápidamente depurado a través de la formación de H2O2 y de peroxinitrito. En cambio, la inducción de la NOS II, como ocurre en la inflamación y la sepsis, determina una elevada concentración intramitocondrial de NO en el estado estacionario, que finaliza en la nitración proteica y el daño mitocondrial.
    En forma opuesta, la inhibición de la NOS por el agregado de L-NMMA o algún otro competidor de la L-arginina, aumenta el consumo de oxígeno y la producción de ATP.
    En el concepto clásico, se considera que el consumo de oxígeno es regulado por ADP y el oxígeno no es un factor limitante. En cambio, según el nuevo concepto, el consumo de oxígeno está regulado por el ADP, el oxígeno y el NO.
    Los efectos del NO sobre la función mitocondrial son parecidos a los observados en la isquemia/reperfusión, en el shock séptico y en el envejecimiento. Estos efectos son: la inhibición de la citocromo oxidasa; la disminución del consumo de oxígeno; el aumento en la producción de superóxido; el incremento intramitocondrial de ONOO, y la disminución mitocondrial de la glutatión dehidrogenasa.

Reacciones biológicas del peroxinitrito
    La conferencia del Dr. Rafael Radi (Universidad de la República, Montevideo, Uruguay), se centró sobre el peroxinitrito y su acción depresora sobre la cadena respiratoria.
    El anión peroxinitrito (ONOO.), es formado, in vivo, como producto de la reacción controlada por difusión de los radicales óxido nítrico (NO) y superóxido (O2-). La producción de ONOO- se vincula a fenómenos de daño tisular observados en varias condiciones patológicas donde sus precursores, el anión superóxido y el óxido nítrico se encuentran formados en exceso. El peroxinitrito y su ácido conjugado participan en una serie de procesos de oxidación de 1 y 2 electrones y en reacciones de nitración.
    El ONOO- reacciona con metales de transición dando complejos que producen nitración (el agregado de un grupo -NO2 a una molécula), lo que también puede ocurrir a través de una reacción con el CO2. La unión de ambas moléculas da nitrosoperoxocarboxilato (ONO2CO2-) y esta es una ruta principal de reacción de peroxinitrito in vivo. Este aducto se descompone rápidamente a los radicales secundarios carbonato (CO3.-) y dióxido de nitrógeno (NO2).
    Las reacciones de nitración ocurren por un mecanismo radicalar que involucra, en el caso de la tirosina, la formación de radicales tirosilo y la combinación de estos con dióxido de nitrógeno para rendir 3-nitrotirosina.
    El citocromo c, es una proteína del espacio intermembrana que participa en el transporte mitocondrial de electrones (Figura 3) y, además, cuando se libera al citosol, configura una señal proapoptótica. Al poseer varios aminoácidos tirosina, constituye un blanco potencial para el peroxinitrito dando, con éste, reacciones de nitración. Durante la reacción con peroxinitrito se produce la nitración preferencial de la tirosina 67, lo que afecta críticamente su conformación y función biológica.
    El ONOO- es un nitrante selectivo del citocromo c y afecta, en una primera nitración, a la tirosina 67 y, en una segunda nitración, se afecta en mayor grado la tirosina 48. Queda por establecer, si existe una correlación entre la nitración del citocromo c y la muerte apoptótica debida al óxido nítrico, el peroxinitrito y derivados.
    El ONOO- y, también, el NO inhiben además otros sitios de la cadena de transporte de electrones, actuando sobre la citocromo oxidasa en una reacción reversible o inactivando los complejos I, II, y ATPasa, respectivamente.
    Otras enzimas y proteínas pueden sufrir un proceso de nitración, como se ha observado con la manganeso-superóxido dismutasa (enzima antioxidante que reacciona con el O2- degradándolo a peróxido de hidrógeno), en el rechazo crónico del trasplante renal humano.
    Dada la alta velocidad de reacción con diferentes moléculas, la vida media biológica de ONOO es menor a 20 milisegundos, lo que determina un área de acción muy limitada de 5-10 micrones para ejercer sus efectos biológicos.
    En resumen, en las diversas condiciones fisiopatológicas en que se produce un aumento de producción de NO y de O2-, se incrementa, a su vez, la concentración intramitocondrial de peroxinitrito, el cual, deprime junto con el NO, deprime la respiración mitocondrial actuando en varios sitios de la cadena de transporte de electrones.

Propiedades antioxidantes del NO
    En los últimos años, se han incrementado considerablemente el número de observaciones que indican que el NO disminuye la formación de lesiones arterioscleróticas, no solo por su acción vasodilatadora, sino, también, mediante un rol protector en la oxidación de la partícula de LDL. El Dr. H. Rubbo (Universidad de la República, Montevideo, Uruguay), se refirió a este aspecto. En concentraciones determinadas, el NO puede interrumpir una reacción en cadena de lipoperoxidación, actuando como un antioxidante. En estos casos el NO interviene en reacciones de terminación del tipo radical-radical, limitadas por difusión, con especies citotóxicas tales como radicales peroxilo (LOO.) y alcoxilo (LO.), con la formación de productos de terminación del tipo de nitrosolípidos o lípidos nitrosilados:

    Tampoco debe olvidarse que el NO reacciona con el anión superóxido formando peroxinitrito, que es fuertemente nitrante y oxidante, pudiendo oxidar la LDL. Por lo tanto el efecto antioxidante o prooxidante del NO, dependerá de las concentraciones relativas de este radical y del anión superóxido, a nivel de la lesión arteriosclerótica.    
    Experiencias in vitro, mostraron que en un medio de producción constante de radicales peroxilos, tanto el agregado de NO como de vitamina E, inhibían el consumo de oxígeno en el medio y se prolongaba la lag phase o tiempo de oxidación de la LDL. El NO, además, protegió a la vitamina E de la oxidación. Las implicancias clínicas de estos hallazgos merecen nuevas investigaciones.

La cadena mitocondrial de transporte de electrones y la formación de radicales libres

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Figura 3
La cadena de transporte de electrones donde se produce la respiración mitocondrial o fosforilación oxidativa, que es la principal fuente de energía en moléculas de ATP, se encuentra formada por 5 complejos situados en la membrana interna de la mitocondria.

Complejo I
    NADH:ubiquinona dehidrogenasa (NADH-DH). El NADH es un nucleótido con electrones de alta energía
proveniente del ciclo del ácido cítrico. El complejo I transfiere dichos electrones del NADH -por acción de la NADH dehidrogenasa - a la ubiquinona o coenzima Q (CoQ) y luego al succinato, que es el siguiente paso en la cadena de transporte. Al pasar de un transportador al siguiente, los electrones liberan energía que es utilizada por el complejo I para bombear protones (H+) de la matriz al espacio intermembrana. Esto genera un gradiente transmembrana que termina activando a la enzima ATPsintetasa o ATPasa.
    Cada complejo en la cadena respiratoria tiene mayor afinidad por electrones que su predecesor, a su vez, éstos van perdiendo energía a medida que recorren la cadena.

Complejo II
    Succinato-ubiquinona reductasa. Este complejo enzimático transfiere electrones del succinato a la CoQ. En esta etapa no se produce translocación de protones a través de la membrana y por lo tanto el Complejo II es un simple transportador entre el Complejo I y el III.

Complejo III
    Citocromo bc1: Transporta electrones de la CoQ al citocromo c. En esta etapa hay translocación de protones.

Complejo IV
    Constituido por la enzima citocromo oxidasa (Cit OX, en el esquema) que utiliza al citocromo c (Cit c) como sustrato. La enzima toma 4 electrones del citocromo c y los transfiere a dos moléculas de oxígeno formando agua. Esta es la única circunstancia en que el oxígeno (que por su estructura atómica solo puede tomar uno o a lo sumo dos electrones a la vez), adquiere en forma simultánea 4 electrones. En esta etapa hay translocación de protones.

Complejo V
    Constituido por la enzima ATPasa que funciona en forma reversible. La enzima aprovecha la energía generada por la translocación de protones en los complejos I, III y IV para sintetizar ATP que es el objetivo final de todo este mecanismo. Actuando en forma reversible , la ATPasa puede a su vez, hidrolizar el ATP para bombear, contra gradiente, electrones desde el espacio intermembrana hacia la membrana, o sea el mecanismo inverso que se verificaba en los complejos I, III, y IV.

Formación de radicales libres en la cadena de transporte de electrones
    Alrededor del 96% del oxígeno, es reducido a dos moléculas de agua por la adquisición de 4 electrones
(mecanismo de la citocromo oxidasa). En distintos niveles de la cadena, el 4% restante del oxígeno, toma un
electrón por molécula de oxígeno reduciéndose a anión superóxido (O2-), o dos electrones convirtiéndose en
peróxido de hidrógeno (H2O2). La cadena respiratoria, constituye por lo tanto la mayor fuente de estas especies reactivas del oxígeno.
    El óxido nítrico ejerce una inhibición en la cadena respiratoria a nivel de los complejos III y IV.


Bibliografía
Saraste M. Oxidative phosphorilation at the fin de siecle. Science 1999;283 1488-93.
Alberts, et al. Molecular biology of the cell. Second edition. Garland Publishing Inc. NY & London 1989.
Alvarez S, et al. The mitochondria. Published in Antioxidants and life style on line www.antioxidants.com.ar


Radicales libres y envejecimiento

    La producción mitocondrial de RL, parece estar implicada en el fenómeno de envejecimiento. Diferentes estudios, han demostrado que existe una correlación negativa entre la tasa de producción de RL y la máxima expectativa de vida (MEV), en los mamíferos. Este fenómeno, según el Dr G. Barja y colaboradores de la Facultad de Biología, de la Universidad Complutense de Madrid, es independiente de su tasa metabólica.
    El ADN mitocondrial, por su proximidad a la generación de RL de la cadena respiratoria de esta organela, sufre, en sus bases, mayor agresión que el ADN nuclear.
    Por otra parte, los ácido grasos insaturados son las moléculas más sensibles al daño oxidativo. Por lo tanto cabría esperar que los tejidos de los animales más longevos tuviesen un bajo grado de insaturación en sus ácidos grasos. De acuerdo con este hecho, un estudio de los ácidos grasos de los lípidos del corazón de distintas especies de mamíferos, con una máxima expectativa de vida (MEV) que oscila entre 3,5 (ratón) y 46 años (paloma), indica que el número total de dobles enlaces, se correlaciona negativamente con la MEV. Esto no es consecuencia de un menor número de dobles enlaces, sino de la redistribución de los distintos tipos de ácidos grasos, desde los más insaturados, en los animales de vida corta, a los menos insaturados, en los animales longevos. Este hallazgo sugiere que, en el mecanismo de evolución, el bajo grado de insaturación de los ácidos grasos de los animales longevos, se habría dado para proteger a sus tejidos del daño oxidativo.
    El grado de metabolismo basal es inversamente proporcional a la MEV. Este es un concepto que se encuentra en plena revisión y, en este aspecto, el Dr. Barja y colaboradores, han realizado importantes estudios demostrando que vertebrados de muy diferente longevidad pueden tener los mismos valores de metabolismo basal. Tal es el caso de las aves como la paloma que tiene una MEV de 35 años y los roedores como el ratón con una MEV de 3,5 años.
    Ambas especies poseen el mismo metabolismo basal.
    Sin embargo el daño al ADN evidenciado por la medición de una de sus bases oxidadas (8-oxodG), mostró que en las células del corazón de las aves, los valores de 8-oxodG fueron significativamente menores que en células similares de la rata.
    Estos resultados, indican que el daño oxidativo al ADN tiende a ser menor en aves (de larga MEV), que en mamíferos de vida corta, sobre todo en lo que respecta al ADN mitocondrial.
    La Dra. A. Navarro y colaboradores, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Cádiz, observaron en roedores, que el deterioro funcional asociado a la senescencia puede evidenciarse a través de test de comportamiento. Estudios previos han sugerido que la actividad exploratoria espontánea en un laberinto en T, podría ser un criterio para clasificar a los animales en rápidos y lentos, según su velocidad de recorrido. Los animales lentos tienen menor expectativa de vida y déficit inmunitario detectable, lo que sugiere un desequilibrio oxidativo y una mayor velocidad de envejecimiento, que los animales rápidos de la misma edad cronológica.
    El Dr. C. Borrás y colaboradores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Valencia, enfocaron el tema del envejecimiento de acuerdo al sexo. En los humanos las mujeres son más longevas, como lo señalan las cifras de vida media en las sociedades avanzadas. Este fenómeno se hace también extensivo a otros mamíferos como los roedores.
    Los autores determinaron la tasa de producción de peróxidos y los niveles de glutatión reducido, en mitocondrias de hígado y en mitocondrias sinápticas y no sinápticas de cerebro de ratas Wistar, de ambos sexos. Los resultados mostraron que, la tasa de producción de H2O2 en estado 4 de la respiración mitocondrial (estado metabólico, caracterizado por la presencia de sustrato oxidable, ausencia de ADP y consumo lento de oxígeno), es significativamente mayor en las mitocondrias de hígado de rata macho respecto de las de hembra, al igual que la producción de peróxidos. En forma opuesta las mitocondrias de hígado de ratas hembras, tienen niveles superiores de glutatión reducido, comparadas con las de los machos.
    Los autores sugieren que las diferencias observadas en la longevidad media entre sexos, pueden explicarse, al menos en parte, en función de las diferentes tasas de generación de agentes oxidantes y de la capacidad antioxidante de las mitocondrias.

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