REVISIN BIBLIOGRFICA

Radicales Libres, Alcoholismo y Dao Heptico

Dr. Jos Rubn Elvir Mairena

RESUMEN

En el presente artculo se presenta una revisin acerca del papel de los radicales libres en la produccin de dao celular y tisular en general, pero particularmente en la produccin de dao a nivel heptico inducido por el alcohol. Al mismo tiempo se revisa lo que son los radicales libres, las principales reacciones qumicas que llevan a su formacin en el organismo, as como, los distintos mecanismos de defensa que tiene este ltimo para enfrentarlos.

PALABRAS CLAVES radicales libres, alcoholismo, hgado, etanol, peroxidacin lipdica.

INTRODUCCIN

Los radicales libres son molculas o fragmentos de molculas que contienen uno o ms electrones no apareados (algunos consideran que el o los electrones no apareados deben estar en el orbital ms externo de la molcula,pero sto excluye varios metales de transicin). Un radical libre (R*) se puede considerar como un enlace abierto o la mitad de un enlace, por lo que es qumicamente muy reactivo. Una molcula puede convertirse en radical libre tanto por ganancia como por prdida de electrones, y tambin cuando un enlace se

rompe simtricamente en dos fragmentos reteniendo cada uno de ellos un electrn.

Los radicales libres tienden a recuperar un estado estable aceptando o cediendo el electrn impar, reducindose u oxidndose respectivamente. Por consiguiente, si dos radicales libres reaccionan, ambos radicales se eliminan. Si un radical libre reacciona con un no radical, se pro-duce otro radical libre, con lo cual se pueden originar reacciones en cadena (1,2,3).

Los radicales libres formados dentro de las clulas pueden oxidar biomolculas y llevar a la muerte celular y dao tisular. Sin embargo, establecer el compromiso de los radicales libres en la patognesis de una enfermedad es extremadamente difcil debido a la corta duracin de estas especies (2,4).

RADICALES LIBRES DE OXIGENO Y ESPECIES DE OXIGENO REACTIVAS

La reduccin del oxgeno por la transferencia a l de un electrn produce el anin radical libre superxido:

O; + e------- >O2

Una reduccin del oxgeno por dos electrones produce el perxido de hidrgeno:

Profesor Titular I del Depto. de Fisiologa, U.N.A.H Magister Scientiarum en Fisiologa y Biofsica. Estudiante de Doctorado en Fisiologa y Biofsica en el Instituto Venezolano de Investigaciones Cientficas. O. + 2e- + 2H* ----- > RO,

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El perxido de hidrgeno es a menudo generado en sistemas biolgicos a travs de la produccin de superxido: dos molculas de superxido pueden reaccionar juntas para formar perxido de hidrgeno y oxgeno:

2O2- + 2H+ -----------> H2 O2 + O2

Debido a que en esta ltima reaccin los radicables libres reaccionan para generar productos no-radicales sta es conocida como una reaccin de dismutacin. Tal reaccin puede tomar lugar espontneamente o puede ser catalizada por la enzima superxido dismutasa el perxido de hidrgeno no es un radical libre pero cae dentro dla categora de "especies reactivasdeoxigeno" que incluye no solamente radicales libres de oxgeno sino tambin derivados de oxgeno no-radicales que estn involucrados en la produccin de radicales de oxgeno.

El perxido de hidrgeno es un compuesto importante en bioqumica de radicales libres debido a que puede fcilmente romperse, particularmente en la presencia de iones de metales de transicin, para producir el ms reactivo y perjudicial de los radicales libres de oxgeno, el radical hidroxilo (' OH):

H2O2+ Fe2* ->*OH + OH- + Fe3*

Esta reaccin es a menudo conocida como reaccin de Haber-Weiss catalizada por hierro. La reaccin de Haber-Weiss no catalizada, la cual es menos probable en sistemas biolgicos, es la reaccin de superxido directamente con perxido de hidrgeno:

O2 + H2 O2 -> OH + OH -+ O2

Por otro lado, las reacciones de iones de metales de transicin con oxgeno, las cuales pueden ser consideradas como reacciones redox reversibles, son extremadamente importantes en la promocin de reacciones de radicales libres:

Fe2* + O2 Fe3+ + O2 Cu+ + O2 Cu2+ + O2

Los principales "protagonistas" en la bioqumica de radicales libres de oxgeno son el oxgeno mismo, el superxido, el perxido de hidrgeno, los iones de metales de transicin y el radical hidroxilo, los primeros

cuatro de los cuales conspiran por una variedad de reacciones para generar el ltimo.

El superxido, aunque un radical libre, no es una especie particularmente perjudicial; su significancia principal es probablemente como una fuente de perxido de hidrgeno y como un reductor de iones de metales de transicin.

El perxido de hidrgeno es un agente oxidante pero no especialmente reactivo y su significancia principal radica en ser una fuente de radicales hidroxilo en la presencia de iones de metales de transicin reactivos.

El radical hidrxido es un radical oxidante extremadamente reactivo que reacciona con la mayora de las biomolculas. No difunde una distancia significativa dentro de una clula antes de reaccionar y tiene una vida media extremadamente corta pero es capaz de causar gran dao dentro de un pequeo radio de su sitio de produccin.

Los radicales libres de oxgeno no son los nicos radicales libres importantes en bioqumica, aunque ellos son a menudo las especies iniciales formadas. Otros radicales libres de importancia son los radicales que surgen a partir del ataque de un radical oxidante, como el OH*, sobre una molcula biolgica (RH) tal como un lpido, un cido nucleico, un carbohidrato o una protena. Estos reaccionan muy rpidamente con el oxgeno para formar los correspondientes radicales peroxilos (ROO'). A su vez estos radicales peroxilos pueden participar en reacciones que generan radicales alcoxilo (RO*). Los tomos de sulfuro pueden tambin ser el centro para radicales libres (RS*) formados, por ejemplo, en la oxidacin del glutatin (2,3).

PRODUCCIN DE RADICALES LIBRES EN CLULAS

Con la excepcin de circunstancias inusuales tales como la radiacin ionizante, los radicales libres son generalmente producidos en clulas por reacciones de transferencia de electrones. Estas pueden ser mediadas por accin de enzimasono-enzimticamente, a menudo a travs de la qumica redox de los iones de metales de transicin.

La produccin de radicales libres en clulas animales puede ser accidental o deliberada Los radicales libres

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son generados deliberadamente por clulas animales en ciertas circunstancias especiales. Algunas enzimas utilizan un radical libre en su sitio activo en el proceso de catlisis. En estos casos el radical libre no est realmente "libre" del todo y su reactividad es dirigida hacia una reaccin especfica. Los fagocitos activados tambin deliberadamente generan superxido como parte de su papel bactericida. Aunque los radicales libres son producidos solamente en la interfase de la membrana plasmtica del fagocito y la bacterias alguna fuga de superxido, perxido de hidrgeno y otras especies de oxgeno reactivas es inevitable.

Bajo circunstancias normales, la principal fuente de radicales libres en clulas es la "fuga" de electrones a partir de las cadenas transportadoras de electrones hacia el oxgeno molecular, tales como aquellas en mitocondria y retculo endoplsmico, generando superxido. Otras enzimas pueden tambin producir superxido o perxido de hidrgeno, tales como las flavinoxidasas localizadas en peroxisomas. Otra fuente de superxido en clulas animales es la autooxidacin de ciertos compuestos incluyendo cido ascrbico (vitamina C), tioles {como glutatin y cistena-, adrenalina y flavin co-enzimas. Estas reacciones de autooxidacin pueden ser grandemente aumentadas por el compromiso de iones de metales de transicin. Esta produccin accidental de radicales libres es mantenida al mnimo por la alta eficiencia de la transferencia de electrones mediada por enzimas y por el mantenimiento de iones de metales fuertemente secuestrados; stos son los medios fundamentales de defensa antioxidante preventiva. Tales precauciones no pueden ser completamente eficientes y existen defensas antioxidantes enzimticas y no enzimaticas para manejar la inevitable baja produccin de radicales libres durante la actividad metablica normal. Adems, la produccin de radicales libres en las clulas puede ser grandemente aumentada por ciertos compuestos txicos extraos (2,3).

REACCIONES PERJUDICIALES DE LOS RADICALES LIBRES

Todas las principales clases de biomolculas pueden ser atacadas por radicales libres pero los lpidos son probablemente los ms susceptibles. Las membranas celulares son fuentes r icas de cidos grasos poliinsaturados, los cuales son fcilmente atacados por radicales oxidantes. La destruccin oxidativa de los

cidos grasos poliinsaturados, conocida como peroxidacin lipdica, es particularmente perjudicial debido a que procede como una reaccin en cadena que se perpeta a si misma. El proceso general de peroxidacin lipdica se presenta esquematizado en la figura 3, donde LH es el cido graso poliinsaturado blanco y R' el radical oxidante iniciador. La oxidacin de los cidos grasos poliinsaturados genera un radical cido graso (L*) que rpidamente adiciona oxgeno para formar un radical cido graso peroxilo (LOO*). Los radicales peroxilo son los que llevan a cabo la reaccin en cadena, ellos pueden posteriormente oxidar molculas de cidos grasos poliinsaturados e iniciar nuevas cadenas, produciendo hidroperxidos lipdicos (LOOH) que pueden romperse para originar ms radicales y un amplio rango de compuestos, notablemente aldehdos. La peroxidacin lipdica es una reaccin en cadena muy destructiva que puede directamente daar la estructura de la membrana e indirectamente daar otros componentes celulares por la produccin de aldehdos reactivos.

LH + R' -> L- + RH

L- + O2 bLOO-

LOO" + L'H ---- >LOOH + L*-

LOOH i LO-, LOO-, aldehdos

Figura 3_- Reaccin en cadena durante la por oxidacin lipdica.

Las protenas y los cidos nucleicos parecen ser menos susceptibles al ataque por radicales libres que los cidos grasos poliinsaturados, en el sentido de que es menos probable un progreso rpido de reacciones en cadena destructivas (2,3).

DEFENSAS CONTRA LOS RADICALES LIBRES

Las dos principales categoras de defensas antoxidantes son aquellas cuyo papel es prevenir la generacin de radicales libres y aquellos que interceptan los que son generados. Ellos existen tanto en compartimientos

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acuosos como membranosos de clulas y pueden ser o no enzimas. Las defensas preventivas incluyen la eficiencia de la transferencia de electrones y la secuestracin de iones de metales de transicin. Otra forma de defensa antioxidante preventiva es la remocin de perxidos. Esto incluye tanto el perxido de hidrgeno como los hidroperxidos lipideos que son producidos durante la peroxidacin lipdica. La catalasa, que est principalmente localizada en peroxisomas, acta sobre el perxido de hidrgeno; la glutatin peroxidasa (GSH peroxdasa), la cual es encontrada en el citosol de la mayora de clulas, acta tanto contra el perxido de hidrogeno as como contra hidroperxidos de cidos grasos:

2H2O2 > catalasa > 2H 2O + O2 ROOH + 2GSH > GSH peroxidasa > ROH + GSSG

Otras defensas existen para interceptar, o"removern, radicales libres. Una de stas es la ya mencionada superxido dismutasa, que es la nica enzima que se conoce tiene como sustrato un radical libre. Sin embargo, la mayora de los removedores de radicales libres no son enzimas. En membranas celulares, el mejor caracterizado y posiblemente el ms importante es el c-tocoferol, el miembro principal de la familia de la vitamina E. Esta molcula intercepta radicales peroxiloslipdicos (LOO') y as termina las reacciones en cadena de la peroxidacin lipdica:

LOO' + atocoferol-OH >LOOH + a-tocoferoi-0 "

El radical tocoperoxil resultante es relativamente estable y,en circunstancias normales, insuficientemente reactivo para iniciar la peroxidacin lipdica por s mismo.

En la fase acuosa otros compuestos actan como removedores de radicales libres. El cido ascrbico (vitamina C) es un importante antioxidante tanto dentro de las clulas como en el plasma. El cido rico en plasma y el glutatin en el citosol celular tambin poseen fuertes propiedades removedoras de radicales. Otra categora de defensas antioxidantes naturales son los procesos de reparacin, los cuales remueven biomolculas daadas antes de que ellas puedan acumularse y antes de que su presencia resulte en metabolismo o viabilidad celular alteradas. Los cidos nucleicos daados oxidativamente son reparados por enzimas especficas, las protenas oxidadas son removidas por sistemas proteolticos y sobre los lpidos

de membrana oxidados actan lipasas, peroxidadas y ocurran aciltrasferasas (2).

METABOLISMO DEL ETANOL

El hgado es el principal sitio de degradacin del etanol, donde es convertido por alcohol deshidrogenada a acetaldehdo con reduccin de nicotinamida adenindinucletido (NAD). El acetaldehdo no se acumula sino que es posteriormente metabolizado a acetil coenzima A, principalmente por una deshidrogenasa mitocondrial. Contribuciones mucho ms pequeas a la degradacin del etanol son hechas por el sistema microsomal oxidante del etanol y por la peroxidasa; adems existen otras vas metablicas cuantitativamente menores, tales como la formacin de fosfatidiletanol y acil esteres de etanol, pero las consecuencias de estos procesos todava no han sido determinadas (5,6).

PAPEL DE LOS RADICALES LIBRES EN EL DAO HEPTICO POR ABUSO DE ALCOHOL

El dao heptico debido a abuso agudo o crnico en la ingesta de etanol (esteatosis ms necrosis, inflamacin y f ibrosis en ltimo caso) se ha demostrado que depende de su metabolismo oxidativo a nivel citoslico, peroxi-somal y /o microsomal (7). Sin embargo, a pesar de una extensa investigacin, los mecanismos moleculares que conducen al dao heptico todava necesitan ser clarificados (4).

Usando espectroscopia de resonancia de espn del electrn en la presencia de un agente capaz de atrapar y entonces acumular radicales libres reactivos, Albano y colaboradores fueron capaces de detectar, en microsomas de hgado de rata incubados con etanol, el radical libre hidroxietilo (CH3 - C'HOH). Posteriormente, estos autores demostraron que la formacin de! radical derivado del etanol fue principalmente debido a la actividad del sistema monooxigenasa dependiente de citocromo P450, y slamente una cantidad menor de formacin del radical puede ser atribuida a reaccin del etanol con radicales hidroxilo (OH*) originndose a partir de degradacin de perxido de hidrgeno catalizada por hierro (4). Por otro lado, se ha demostrado que la formacin del radical hidroxietilo tambin ocurre "in vivo", mediante su deteccin en el hgado y en la bilis de ratas ingiriendo etanol (4,8).

Albano y colaboradores tambin han examinado, ms recientemente, el papel del citocromo P450 en catalizar

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la activacin del radical libre de etanol, mostrando que vesculas de membrana reconstituidas conteniendo citocromo P450 reductasa, en la presencia de fosfato de nicotinamida adenindinucletido reducido (NADPH), atrapan el espin y que no se forma el radical hidroxietilo a partir de etanol a menos que el citocromo P450 est incorporado (9).

Adems, una forma de citocromo P450 inducible por etanol ha sido caracterizada en el hgado de rata y mostrado ser principalmente responsable para la formacin del radical libre hidroxietilo (10). De importancia primaria es la evidencia de la presencia de una forma anloga de citocromo P450 tambin en hgado humano (11).

El radical hidroxietilo, junto con los derivados de oxgeno reactivos cuya produccin endgena en el retculo endoplsmico es fuertemente aumentada por la induccin del etanol relacionada con citocromo P450, puede en principio "disparar" el dao oxidativo en la intoxicacin crnica con alcohol. En el caso de intoxicacin aguda, es probable que el exceso de acetaldehido en el citosol heptico sea oxidado por vas alternativas, tal como xantina oxidasa y aldehido oxidasa, con la produccin de radical superxido

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mostrado sobreestima en cerca de 70 veces el contenido de perxido plasmtico tal como es medido por mtodos ms sofisticados pero especficos. Usando estas ltimas tcnicas ha sido posible mostrar que el dao oxidativo es un evento temprano en el alcoholismo (14).

Por otro lado, ya que el stress oxidativo resulta a partir de cualquier cambio de la proporcin entre condiciones pro-oxidantes y defensas anti-oxidantes en los varios tejidos y rganos, parece esencial tambin evaluar los niveles de defensas anti-oxidantes cuando se explora el compromiso de dao de radicales libres en las diversas enfermedades. En la figura 2 se presenta un diagrama esquemtico del balance oxidativo y stress oxidativo. Una disminucin significativa de vitamina E heptica ha sido descrita en pacientes con dao heptico inducido por etanol. Tambin una prdida en el contenido de glutatin heptico ha sido obs0ervado en esta condicin por varios autores. Ms an, en un anlisis del estado antioxidante durante la enfermedad alcohlica heptica humana, Ward y colaboradores demostraron que el 6-caroteno es el primer antioxidante plasmtico que disminuye, mientras que las vitaminas A y E solamente disminuyen con el ataque de cirrosis (4).

AGENTES PROOX1DANTES (radiacin ultravioleta, radiacin ionizante, fumar, varios qumicos, etc.)

EQUILIBRIO OXIDATIVO= ------------------------------------------------ ANT1OXIDANTKS PREVENTIVOS (catalasa, glutatin peroxidasa, etc.

+

ANTIOXIDANTES QU ROMPEN I-A CADENA (ax-tocoferol, vitamina C, etc.)

Figura 2- Esquema re presentando los factores que influyen en el mantenimiento de un equilibrio oxidativo.

En resumen, el compromiso de los radicales libres en el desarrollo de dao heptico en humanos inducido por el etanol es demostrado tanto por un aumento progresivo de dao oxidativo como por una disminucin de al menos algunos antioxidantes definidos.

BIBLIOGRAFA

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El ir un poco Lejos es tan malo como no ir todo lo necesario (La virtud est en e( punto medio)

Confusio