En el ser humano, el estrés oxidativo está involucrado en muchas enfermedades, como la aterosclerosis, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzhaimer entre otras así como también puede ser importante en el envejecimiento. Sin embargo las especies reactivas del oxigeno pueden resultar beneficiosas ya que son utilizadas por el sistema inmunitario como un medio para atacar y eliminar a los patógenos. Las especies reactivas
del oxigeno son también utilizadas en la señalización celular. Esta es denominada señalización redox. El estrés oxidativo es un evento precoz en el desarrollo de la disfunción endotelial y de la subsecuente enfermedad cardiovascular. Afortunadamente el aumento de estrés oxidativo y su impacto sobre la disfunción endotelial son reversibles y/o controlables (Lucas, et al., 2003).
A partir de los años treinta se observa un deterioro paulatino de la disfunción endotelial debido al envejecimiento normal, en el cual se observa un incremento de la reactividad endotelial a los factores vasoconstrictores y un desequilibrio entre las sustancias prooxidantes y antioxidantes a favor de las primeras, induciendo estrés oxidativo y consecuentemente disfunción endotelial (Lucas, et al., 2003).
Estudios clínicos y experimentales concluyeron que el estrés oxidativo es responsable de inactivar rápidamente al NO, formando principalmente ONOO (Vaziri, 2000). Diversos trabajos mostraron que el incremento de estrés oxidativo se expresa con un deterioro en la vasodilatación dependiente del endotelio y una mayor sensibilidad del endotelio a la vasoconstricción. Sin embargo en los estadios tempranos de la enfermedad vascular no se observan dichas alteraciones porque el endotelio es capaz de contrarrestar los efectos del estrés oxidativo y mantener la función endotelial normal (Lucas, et al., 2003).
En un riñón normal, el oxido nítrico juega un papel fundamental en la regulación homeostática de la función vascular, glomerular, manteniendo normales la presión de perfusión renal, la velocidad de filtrado glomerular y la resistencia vascular renal. Además, se ha demostrado su amplia participación en el manejo del sodio renal (Lucas, et al., 2003). En condiciones de estrés oxidativo, los niveles de especies oxígeno reactivas, tales como O2-, H2O2 y OH, se encuentran elevados e inactivan al NO, reduciendo su biodisponibilidad. Así, una reducida biodisponibilidad del NO altera el manejo del sodio renal, reduce el flujo sanguíneo medular y contribuye al desarrollo de falla renal (Lucas, et al., 2003).
La mayoría de las macromoléculas biológicas pueden ser oxidadas por los RL (Kehrer, 1993;
Bandyopathhyay, et al., 1999; Slater, 1984) sin embargo, las biomoléculas más lábiles son
los lípidos (Cheeseman, et al., 1992; Halliwell, et al., 1993).
La peroxidación de lípidos (LPO) es un proceso cuyo mecanismo, medición e interpretación han sido ampliamente revisados (Halliwell, et al., 1984; Halliwell, et al., 1993). Se ha precisado que en los sistemas biológicos puede ocurrir bajo control enzimático y no
enzimático; esta última forma es la que se relaciona con el estrés oxidativo y el daño celular (Romero, et al., 1998).
La LPO es particularmente destructiva, ya que se desarrolla como una reacción en cadena autoperpetuante (Cheeseman, et al., 1992). Se inicia cuando las ROS atacan un acido graso polinsaturado (AGP) y le arrebatan un átomo de hidrogeno al grupo metileno adyacente al doble alcance, para formar el RL acilácido graso. Rápidamente esta molécula adiciona oxigeno y se transforma un RL peroxilo ácido graso que actúa como transportador de la reacción en cadena ya que ataca a los otros AGP e inicia nuevas reacciones. Este mecanismo se facilita con la presencia de iones de metales de transición (Halliwell, et al., 1992; Morrisey, et al., 1998) y por los dobles enlaces contenidos en la cadena AGP
(Halliwell, et al., 1993). Los productos finales de la LPO son lípidos peroxidados que al
degradarse originan nuevos RL y una amplia variedad de compuestos citoxicos como los aldehídos, entre ellos 4-hidroxinonenal (4-HNE) y malondialdehído (MDA) (Cheeseman, et
al., 1992; Miller, et al., 1993; Romero, et al., 1998). Aunque se ha comprobado que este
ultimo posee una baja toxicidad (Esterbawer, et al., 1982). Las consecuencias del daño en la estructura molecular del AGP son más evidentes cuando estos lípidos forman parte de las membranas celulares o subcelulares, ya que se altera su cohesión, fluidez, permeabilidad y función metabólica (Yu, 1994; Bandyopadhyay, et al., 1999).
Si bien las proteínas, péptidos y aminoácidos también constituyen un blanco para las ROS, su acción es menos dramática que frente a los lípidos, debido al lento progreso de las reacciones (Cheeseman, et al., 1992; Morrisey, et al., 1998). Se ha observado que las cantidades significativas de aminoácidos aromáticos o sulfurados en una estructura proteínica la tornan más vulnerables a los RL (Morrisey, et al., 1998). Estudios realizados in
vitro precisan que las proteínas sufren alteraciones localizadas en los sitios ligados a
metales de transición. Estos sitios son particularmente susceptibles debido a la facilidad con que los metales ligados reaccionan con el peróxido de hidrogeno para formar iones hidroxilo los que, posteriormente, atacan a los aminoácidos adyacentes (Cheeseman, et al., 1992). Kehrer plantea un ejemplo de los cambios que pueden desencadenar las ROS en su acción sobre las proteínas al describir los efectos sobre la gradiente de iones Ca+2 (Kehrer, 1993). El contenido intracelular de este ion es habitualmente diez mil veces menor en comparación con su concentración extracelular, y cualquier perturbación que afecte su transporte altera significativamente la función celular. La enzima calcio ATPasa, encargada de mantener la
Cuando ello ocurre se pierde la actividad catalítica de la enzima y se modifica de esta
manera la homeostasis del Ca+2. El incremento en la concentración intracelular de estos
iones estimula la activación de proteasas, que atacan el citoesqueleto y de nucleasas que fragmentan el ADN (Halliwell, et al., 1992). Actualmente este hecho se considera como una de las principales causas de alteración metabólica (Bandyopadhyay, et al., 1999). Los productos del daño oxidativo de proteínas son la formación de peróxidos y carbonilos (Cheeseman, et al., 1992).
Los carbohidratos, como la glucosa y otros monosacáridos relacionados, sufren peroxidación bajo ciertas condiciones y forman compuestos dicarbonilicos y peróxido de hidrogeno (Kubow, 1993). La importancia de este hecho radica en que estas biomoléculas una vez activadas pueden interactuar con otros y conformar nuevas asociaciones moleculares (Ricardo, et al., 2002).
El ADN también constituye un blanco de ataque por parte de las ROS, principalmente el ADN mitocondrial (Machlin, et al., 1987; Bandyopadhyay, et al., 1999).
Este ADN por su localización, se encuentra expuesto a un flujo constante y elevado de ROS provenientes de la cadena respiratoria; además, carece de histonas en su estructura lo que le resta estabilidad. Por otra parte se observado que sus mecanismos de reparación son menos eficientes (Halliwell, 1997; Chaudiere, et al., 1999). En general dentro del espectro de alteraciones que puede sufrir el ADN se describe la oxidación de desoxirribosas, ruptura y entrecruzamientos de cadenas y la modificación de bases nitrogenadas, principalmente. Sin embargo, estas alteraciones serán significativas en la medida en que sean intensas y capaces de eludir los sistemas de reparación antes de que ocurra la replicación (Cheeseman, et al., 1992).
En resumen, la lesión celular acontece como producto del daño que sufren las biomoléculas que conforman sus distintas estructuras pero particularmente por las alteraciones producidas en la membrana que alteran su función metabólica ya sea por la pérdida de la actividad catalítica o cambios en la polaridad de proteínas y enzimas de membrana, modificación de canales iónicos, alteración de los receptores asociados a respuestas hormonales y neurotransmisores, la unión covalente de los RL con receptores o biomoléculas que modifican la estructura antigénica celular (Machlin, et al., 1987; Slater, 1984).
Los radicales RL cumplen una importante función en variados procesos homeostáticos como intermediarios en reacciones de oxidación-reducción (redox) esenciales para la vida. La
destrucción de microorganismos por fagocitosis, la síntesis de mediadores inflamatorios y la detoxificación constituyen algunos ejemplos relevantes. Las concentraciones bajas de RL son beneficiosas e incluso indispensables; sin embargo en cantidades excesivas son tóxicos ya que al oxidar moléculas biológicas las alteran y desencadenan trastornos en el metabolismo celular (Halliwell, 1997; Larkins, 1999; Chow, 1979).
Afortunadamente los organismos aeróbicos poseen un sistema antioxidante (AO) protector que limita la acción nociva la acción nociva de los RL. Este sistema protector se compone de enzimas y nutrimentos esenciales cuya función es evitar la formación de RL, capturar aquellos que se han formado y remover o reparar las biomoleculas dañadas. La generación RL y la defensa de AO se encuentran en equilibrio; al romperse este equilibrio se crea una situación llamada estrés oxidativo, que puede producir daño celular, desencadenar trastornos fisiológicos y favorecer la presentación de procesos patológicos (Yu, 1994).
2.2.4.1 Cambios patológicos asociados al estrés oxidativo
El estrés oxidativo ha sido implicado en la etiopatogenia de numerosos trastornos (Kehrer, 1993; Morrisey, 1998; Mates, et al., 1999; Ranox, 1996) en procesos como el envejecimiento (Finkel, 2000) y en el incremento de la apoptosis celular (Bandyopadhyay, 1999).
Es así como en animales de producción y compañía se han identificado diversas alteraciones cuya incidencia se reduce a suplementar con AO. En caninos se ha observado la favorable evolución que presenta la miocardiopatía dilatada idiopática y lo osteoartritis al tratamiento con AO (Freeman, et al., 1999; Impellizery, 1998), lo que corrobora su acción relación al estrés oxidativo.
La presentación de la encefalomalacia nutrimental en pollos Broiler corresponde a una disfunción peroxidativa por deficiencia de vitamina E (Fuhrmann, et al., 1995; Sallman, et al., 1991). En tanto que una de las etiologías del síndrome ascítico, observado en aves de rápido crecimiento, es el daño celular provocado por las ROS (Cawthon, 1999). Este daño se originaría por una alteración en la cadena transportadora de electrones a nivel mitocondrial que impide una adecuada utilización del oxigeno (Cawthon, 1999; Cawthon, 2001).
La hepatosis dietética en cerdos también descrita como un cuadro patológico mediado por RL (Gall, 1996), como ocurre con la esteatosis y la miodistrofia nutrimental en equinos (Araya, 1997). Recientemente, la enfermedad de neurona motora en esta especie, afección asociada a una deficiencia de la vitamina E y un incremento de Cu en el tejido nervioso, ha sido sugerida como la resultante de un daño oxidativo (Polack, 2000).
En bovinos lecheros se ha observado que la mayoría de las afecciones asociadas con el estrés oxidativo están en estrecha relación con el periodo de reparto y lactancia temprana, etapas caracterizadas por importantes cambios en la fisiología de la hembra, y que conlleva a una gran demanda en requerimientos nutrimentales frecuentemente no satisfechos (Goff, 1997). Las alteraciones frecuentemente descritas son: retención de placenta, edema de la ubre, mastitis, fiebre de leche, reducción de la inmunocompetencia (Miller, et al., 1993) y rendimiento reproductivo disminuido (Smith, 2000). En tanto que la enfermedad del musculo blanco, la debilidad neonatal, la reducción de la función inmune tanto humoral como celular, infertilidad, abortos, quistes ováricos, metritis, degeneración testicular y desarrollo retardado, también poseen un componente estrechamente ligado con el desbalance prooxidante: antioxidante, como lo es la deficiencia de Se (López, et al.,1997; Grace, 1994; Wichtel, 1998; VanSaun, 1990).
La fragilidad vascular, los cambios degenerativos de la hemoglobina y la fragilidad de las membranas de los eritrocitos, que según su intensidad pueden conducir a cuadros de anemia, también corresponden a manifestaciones del desarrollo de un estrés oxidativo (Allan, 1999; Edwards, 1996; Morris, et al., 1984; Weiss et al., 1992).