Estrés oxidativo y daño celular

En condiciones fisiológicas, existe un equilibrio entre la formación de ROS y su eliminación. Dicho equilibrio se mantiene por el sistema antioxidante endógeno que incluye dos clases principales de compuestos: los antioxidantes indirectos o sistemas enzimáticos, que convierten los ROS en moléculas inactivas o al menos reactivas, y los antioxidantes directos, mejor llamados depuradores de radicales libres, que reaccionan directamente con ellos, inactivándolos. Entonces, hablamos de estrés oxidativo o estado hiperoxidativo cuando el equilibrio entre formación y eliminación de ROS se altera en beneficio de un exceso de los mismos. Dicha alteración puede deberse a un aumento exagerando de producción de ROS, una deficiencia en la defensa antioxidante, o ambos. Hay que tener en cuenta que la célula está produciendo ROS de manera constante, debido al consumo de oxígeno mitocondrial principalmente. Esta producción puede aumentar de manera exagerada en situaciones específicas, como durante la lucha del sistema inmunológico frente a una infección; en este caso los leucocitos se transforman en las células con mayor capacidad de generar ROS, que utilizan para destruir al microorganismo invasor.

Si consideramos al O2●‾ como el primer radical de oxígeno formado, ¿cuáles son las principales fuentes de su producción? Un adulto en reposo usa unos 3.5 ml oxígeno/kg/min, lo que equivale a 352.8 litros/día. Un 1% de esta cantidad corresponde a 3.53 litros O2●‾/día. Parte del O2●‾ se produce como mecanismo de defensa, como en el caso de las NADPH oxidasas por las células fagocitarias. Otras enzimas, como la xantina oxidasa, también genera O2●‾. Otra fuente importante son las reacciones de autooxidación. Las oxigenasas, enzimas que usan oxígeno, tales como las óxido nítrico sintasas, tirosina hidroxilasa y fenilalanina hidroxilasa, son fuentes importantes de O2●‾. Los metales de transición, como manganeso, hierro y cobre, aceleran esas reacciones. En el caso de las proteínas hemo, como la hemoglobina, el hierro está en forma reducida, y durante la unión del oxígeno, algún electrón puede reducir parcialmente aquel a O2●‾. Si éste se libera, se forma metahemoglobina (hemo-Fe3+), que no puede ligar oxígeno. Sin embargo, la principal fuente deO2●‾ en el organismo es la cadena de transporte electrónico mitocondrial. Durante el transporte electrónico, algunos electrones pueden escapar y reducir parcialmente el oxígeno a O2●‾, y se calcula que 1-3% del oxígeno reducido en la mitocondria forma O2●‾, lo que equivale a 1.7-5 kg/año, aunque estas cifras pueden ser algo inferiores. Probablemente, las proteínas desacoplantes (ver capítulo siguiente) se encargan de evitar un exceso de producción de O2●‾. El retículo endoplásmico es otra fuente importante de O2●‾ (y H2O2) como consecuencia de la actividad de superfamilia de las enzimas citocromo P450 (CYP), responsables de la oxidación de sustancias orgánicas, incluyendo intermediarios metabólicos como lípidos y esteroides, así como xenobióticos, fármacos y tóxicos.

El HO● se puede generar a través de la reacción de Fenton o por la fisión homolítica del agua inducida por radiaciones ionizantes 9. Ya que el principal componente de la célula es el agua, las radiaciones ionizantes como los rayos gamma generan fácilmente HO●, el principal responsable del daño a macromoléculas como el DNA, proteínas y lípidos. En la mitocondria, la posterior reducción del O2●‾ por dos electrones genera H2O2 y HO●, siendo ésta otra fuente importante de generación de este radical, sobre todo teniendo en cuenta el daño intramitocondrial que puede generar.

El radical carbonato (CO3●‾) se forma cuando el HO● reacciona con iones carbonato o bicarbonato. Aunque la reacción es lenta, como los niveles de HCO3─ en el organismo son muy elevados, la reacción se produce igualmente. El CO3●‾ también se genera por la reacción de los ONOO¯ con el CO2, lo que tiene importancia cuando hay un exceso de producción de NO●. El CO3●‾ es un potente agente oxidante, oxidando un gran número de biomoléculas, como el ácido hialurónico.

Por último, los radicales peroxilo (RO2●) y alcohilo (RO●) son agentes oxidantes que pueden captar un protón de otras moléculas, lo que es importante en la reacción de la peroxidación lipídica. Cuando los peróxidos orgánicos se descomponen, generan RO2● y RO● y, a su vez, algunos RO2● pueden degradarse liberando O2●‾.

La capacidad potencial de los ROS/RNS para la destrucción de la célula no debe subestimarse. Así, el radical HO● puede actuar cerca de su lugar de generación rompiendo la membrana plasmática, membrana nuclear, cromosomas y otras estructuras. Los radicales RO2●, con una vida media de segundos, pueden romper la membrana plasmática. El H2O2, HOCl y OCl‾, son poderosos oxidantes que reaccionan en múltiples lugares. La Figura 19 describe algunas de las formas por las que los RONS pueden inducir daño y, dependiendo del estado de la célula y de su capacidad de defensa, dar lugar a reparación o agravamiento del proceso patológico.

Figura 19: El daño tisular, inducido por cualquier causa, da lugar a generación de ROS y RNS que, dependiendo del estado de la célula y su capacidad de defensa, pueda agravar el proceso o repararlo.

Los ácidos grasos poliinsaturados de los fosfolípidos de membrana son atacados rápidamente por agentes oxidantes 14. La peroxidación iniciada por el ataque de un radical a un ácido poliinsaturado lleva a la oxidación de la cadena hidrocarbonada, rompiendo y acortando la cadena, liberando pequeños productos alifáticos. Estas alteraciones pueden deshacer la estructura hidrofóbica de la membrana. Los productos alifáticos liberados, principalmente hidroxialquenales 4-hidroxinonenal y malondialdehido, son a su vez citotóxicos que pueden interaccionar con otras moléculas, incluyendo la formación de aductos con nucleósidos. La Figura 3 representa tanto el proceso de peroxidación lipídica como los mecanismos de detoxificación.
Aunque, como se ha dicho, el oxígeno ha permitido la evolución pluricelular, el coste ha sido elevado, al menos inicialmente. Incluso una concentración atmosférica de oxígeno del 21% tiene efectos deletéreos para el organismo. Altas concentraciones de oxígeno inhiben el crecimiento de E. coli y potencia el efecto de la radiación ionizante. En mamíferos, la hiperoxia causa importantes daños incluyendo toxicidad aguda del SNC y convulsiones, así como daño pulmonar: ratas expuestas a oxígeno puro mueren en 4-7 días por daño pulmonar, y niveles de oxígeno de 28% ya inducen severa peroxidación lipídica pulmonar. Algo similar ocurre en humanos, donde la exposición a oxígeno puro por 24 h daña los alvéolos pulmonares y produce edema pulmonar. Como se puede ver en la Figura 20, cualquier parte de la célula es susceptible de daño y, dependiendo de la intensidad de éste, la célula puede morir.

Figura 20: Cualquier parte de la célula es susceptible de ser atacada por los radicales libres, dañando su estructura y función.

Nuestros servicios

El insomnio y, en general, el trastorno del ritmo sueño/vigilia, refleja una alteración más profunda del reloj biológico, que está relacionado con muchas otras patologías como fibromialgia y fatiga crónica, astenia, trastornos metabólicos, hormonales y desequilibrios de la nutrición, enfermedades neurodegenerativas e inflamatorias, cáncer, así como el envejecimiento y patológico.

Mediante una serie de pruebas que se indican abajo, en el IiMEL evaluamos la función del reloj biológico, los trastornos de los ritmos circadianos y de la producción de melatonina, así como las causas de las alteraciones del sueño, identificamos su relación con otras patologías antes citadas, y proponemos el tratamiento adecuado.

  • Calidad del sueño

    Ya que el ritmo sueño/vigilia refleja directamente cómo está funcionando el reloj biológico, una correcta evaluación de la calidad de sueño requiere el análisis de la estructura (cronotipo) y funcionamiento del reloj biológico endógeno, y su relación con la alteración de los ritmos biológicos, o cronodisrupción.

    Nos permite identificar las causas y el tipo de cronodisrupción, para proceder a su reparación y restaurar el ritmo del sueño.


  • Niveles de melatonina

    El análisis de la melatonina se puede realizar en orina (midiendo 6-sulfatoximelatonina), suero o saliva. La saliva es la mejor opción y menos invasiva, ya que refleja con total seguridad sus niveles en sangre. La determinación de los niveles de melatonina en saliva a lo largo de las 24 horas refleja el fenotipo circadiano.

    De esta forma, conocemos si existen trastornos en la amplitud, duración, y adelanto o retraso de fase en el fenotipo circadiano de los ritmos con respecto al ritmo ideal representado por el cronotipo genético, para proceder a normalizarlo.


  • Proceso de envejecimiento

    Ya que el envejecimiento se inicia con un proceso de cronodisrupción, continúa con una fase de activación inmunitaria, sigue con aumento de estrés oxidativo, y termina con disfunción mitocondrial, valoramos aquí el daño oxidativo y defensa antioxidante, el daño nitrosativo y la activación inflamatoria, y la función mitocondrial.

    Podemos conocer de esta forma la magnitud del proceso de envejecimiento, para proponer medidas correctoras y preventivas.


  • Estrés oxidativo y potencial antioxidante

    Determinamos los marcadores de daño oxidativo a lípidos y proteínas, así como la actividad de los sistemas endógenos de defensa antioxidante, así como la capacidad de generación de agentes reductores a nivel intracelular y extracelular, cuyo funcionamiento, en tándem, nos da una visión global del potencial antioxidante del organismo.

    Con estos datos, identificamos en qué lugar o lugares del tándem antioxidante/reductor se encuentra el fallo que lleva al acúmulo de radicales libres. Entonces, podemos corregir y compensar esos defectos de manera adecuada para lograr el estado de equilibrio oxidativo.


  • Potencial antiinflamatorio

    Para valorar el potencial y capacidad de respuesta y activación inflamatorias, medimos aquí diversos parámetros de la respuesta de la inmunidad innata, desde la generación de óxido nítrico y el daño nitrosativo, hasta los niveles de citoquinas pro- y antiinflamatorias.

    Estos datos nos dan una visión global de cuál es el grado de activación del sistema inmunitario, proporcionándonos la información necesaria para su corrección.


  • Función mitocondrial

    La función mitocondrial está directamente ligada a la formación de radicales libres, por lo que se pude dañar fácilmente. Aquí determinamos diversos marcadores en suero y en células mononucleares periféricas, incluyendo melatonina y CoQ10, que nos indican la salud de la función mitocondrial.

    Estos estudios nos permiten restaurar la mitocondria, que es es la central bioenergética de la célula, cuyo funcionamiento es crítico para que el organismo responda de manera saludable en cada momento.


  • Otros marcadores del estado de salud

    Los niveles de hormonas, que disminuyen con la edad y ante determiandos tratamietnos farmacológicos; el contenido en microelementos, necesarios para el buen funcionamiento del organismo; los niveles de vitaminas, así como el acúmulo de toxinas, están directamente relacionados con el envejecimiento y enfermedades asociadas al mismo.

    La determinación de esos parámetros o de alguno de ellos nos es importante identificar muchos estados carenciales y/o tóxicos, que permitirá un adecuado diagnóstico del estado de salud y tomar las medidas correctoras adecuadas.


  • Informe personalizado y tratamiento

    Con las determinaciones realizadas aquí, tenemos un criterio importante para diagnosticar el problema de salud, realizar un informe personalizado en cada caso, y plantear una pauta de tratamiento específico, que devuelva la normalidad a aquellas situaciones que se identifiquen como alteradas.

    El fin último del IiMEL es identificar y corregir los problemas de salud mediante los análisis más específicos y menos invasivos, y las terapias más concretas para realizar un tratamiento definido y personalizado.