INTERCEPTADORES DE ÓRBITA: una nueva terapia neuroprotectora en el traumatismo espinal

Spin traps: a new neuroprotective therapy in the spinal injury

Delgado García de la Cadena Mussme, MVZ Esp.

Hospital Veterinario de la Universidad Juárez del Estado de Durango

Santoscoy Mejía Carlos Eduardo, MVZ Esp. M.C.

Hospital Veterinario de Especialidades UNAM

Arias Cisneros María de Lourdes MVZ Esp.

Hospital Veterinario de Especialidades UNAM

Descargar Edición 67

Resumen

 

El daño por isquemia y reperfusión frecuente en traumatismos cerebrales y de la médula espinal; este evento ocasiona una cascada de sucesos que eventualmente ocasionan daño y muerte neuronal. Después de la isquemia y una vez que se restaura la oxigenación de los tejidos (reperfusión), el efecto destructivo se debe a la formación de radicales libres (RL) como son: el ión superóxido, el hidroxilo y el peróxido de hidrógeno, que son moléculas altamente reactivas que destruyen a las células del organismo. En este caso, la defensa antioxidante queda superada por la producción de grandes cantidades de RL. Debido a esto, se ha estudiado el empleo de distintas sustancias antioxidantes, que permitan modulación del daño celular. Actualmente, se está investigando la utilización de los interceptadores de órbita (“spin traps”). Entre estos interceptadores, se encuentra la N-tert-butil-alfa-fenil-nitrona (PBN), que provee protección contra los RL al reaccionar con éstos, produciendo complejos estables.

 

PALABRAS CLAVE: Interceptadores de órbita, PBN, radicales libres, terapia antioxidante, isquemia, reperfusión, perros.

 

 

ABSTRACT

 

Ischemia and reperfusion injury is a common process in cerebral and spinal cord trauma, which cause a cascade of events that eventually cause more damage and neuronal death. Reperfusion of tissue following a period of ischemia is associated with increased oxygen free radical formation (RL), such as super oxide, hydroxyl and hydrogen peroxide radicals, which are highly reactive elements that damage the cells. In this case, the increased production of RL exhausts natural antioxidant defense mechanisms. Due to this, it has been studied the use of different antioxidant substances, that allow a diminution or modulation of the cellular damage. Actually, there have been a number of studies about the use of spin traps, such the N-tert-butil-alfa-fenil-nitrone (PBN), which provides protection against RL, reacting with these producing stable complexes.

 

KEY WORDS: Spin traps, PBN, free radicals, antioxidant therapy, ischemia, reperfusion, dogs.

 

INTRODUCCIÓN

 

El daño por isquemia y reperfusión es un fenómeno complejo que se presenta con cierta frecuencia, debido a enfermedades como cardiopatías, o en lesiones como el traumatismo craneoencefálico o de la médula espinal, en los cuales, la reperfusión de los tejidos isquémicos causa un daño mayor. 1

 

Uno de los eventos centrales del traumatismo medular (Figura 1) es el fenómeno de la falta de flujo sanguíneo, con caída de la presión sanguínea (asociada a prostaglandinas, tromboxano A2, serotonina y opioides endógenos), lo que ocasiona un periodo de hipoperfusión que persiste por horas, junto con el vasoespasmo secundario a la entrada de calcio al músculo liso vascular. La reperfusión después de la descompresión de la médula espinal, (Figura 2) se asocia con incremento de RL, ya que durante la isquemia se acumulan los radicales que se “barren” junto con el flujo sanguíneo, dañando fácilmente las membranas celulares. 2,3

 

Figura 1.- En el traumatismo medular se presentan dos tipos de daño: el primario ocasionado por el evento traumático y el secundario que es una secuela autodestructiva. En la imagen se aprecia fractura de las facetas articulares de la vértebra lumbar 3 y una esquirla en la parte craneal y ventral del cuerpo vertebral.

Figura 2.- La reperfusión se presenta posteriormente a la descompresión del tejido afectado. En la imagen se aprecia una hemilaminectomia y se procede a retirar el material causante de la compresión. 

El daño celular se inicia en la mitocondria, (Fig. 3) la cual es importante debido a que produce trifosfato de adenosina (ATP) para el buen funcionamiento de un órgano. Durante la isquemia, los niveles celulares de ATP disminuyen debido a la reducción en su producción y a su desfosforilación rápida a monofosfato de adenosina (AMP) cuando se degrada vía adenosina e inosina a su producto hipoxantina. La disminución de ATP resulta en pérdida de la regulación de canales ATP-dependientes y produce la salida pasiva de potasio y magnesio y la entrada pasiva de iones calcio, sodio y agua, lo que produce a edema celular.  1,2,4

Figura 3.- El daño celular se inicia en la mitocondria, lo que ocasiona falla en la producción de ATP.

Al restaurarse la oxigenación se activa la entrada masiva de calcio a la mitocondria, resultando en su destrucción. El incremento de calcio intracelular activa la proteasa calcio-dependiente, la cual fragmenta la xantina deshidrogenasa a xantina oxidasa. Si en la isquemia se acumulan la xantina oxidasa e hipoxantina, se producen RL en la reperfusión; debido a que la hipoxantina se convierte a xantina y ácido úrico, esto en presencia de oxígeno y xantina oxidasa, forman radicales superóxido. Éstos, lesionan las membranas, proteínas y el ADN mitocondrial, el cual es susceptible al daño oxidativo de los RL porque se localiza en la membrana interna mitocondrial, muy cerca de donde se realiza la respiración celular. 2,4

 

RADICALES LIBRES (RL)

Los RL (principalmente el superóxido, el peróxido de hidrógeno y el radical hidroxilo), son moléculas con un electrón impar girando en su órbita más externa, lo cual les confiere la característica de ser altamente reactivos o inestables y buscan los electrones de otras moléculas para equilibrarse. Una vez que reaccionan con otra molécula, se neutralizan y ya no son activos; sin embargo, la segunda molécula se convierte a su vez en otro RL, capaz de dañar a otras moléculas (reacción en cadena). 2,4

El incremento en la producción de RL durante la isquemia-reperfusión deriva de varios mecanismos, como la estimulación de receptores de N-metil-D-aspartato (NMDA) por el glutamato, la disfunción mitocondrial, la activación de la óxido nítrico sintetasa inducible neuronal, la inducción de la ciclooxigenasa 2, la autooxidación de catecolaminas, el metabolismo de ácidos grasos (particularmente del ácido araquidónico), la migración de neutrófilos y leucocitos capaces de generar aniones superóxidos y la conversión de la xantina deshidrogenasa a xantina oxidasa. 3,4

 

Los lípidos, en particular los ácidos grasos poliinsaturados, son especialmente susceptibles al ataque de RL, y las reacciones de oxidación que generan (peroxidación lipídica), son peligrosas para el mantenimiento de la integridad celular. Tanto el parénquima cerebral como la médula espinal se encuentran especialmente predispuestos al daño por RL por 2 razones: una de ellas es que son tejidos ricos en ácidos grasos poliinsaturados y la otra es que contienen un bajo nivel de enzimas antioxidantes, como la catalasa y la glutatión peroxidasa mientras que los niveles de hierro son altos. 4

1/2

Cuando se activan todos estos mecanismos secundarios, pueden llegar a producir una lesión grave, como la mielomalacia, (Figura 4) ésta complica los daños primarios espinales y puede llevar a la destrucción de un segmento de la médula espinal, con pérdida de la sensación de dolor profundo. 2

Figura 4.- El resultado final de los efectos secundarios desencadenados por el evento traumático es la mielomalasia hemorrágica. En la imagen se aprecia la extensa hemorragia a todo lo largo de la médula espinal.

OTROS MECANISMOS DE PRODUCCIÓN DE RL

 

  • HIERRO

En la isquemia, los metabolitos como el ácido láctico se acumulan y el pH intracelular disminuye. Esto a su vez inhibe la unión de metales transicionales como el hierro a sus proteínas acarreadoras (como la ferritina y la transferrina) y resulta en incremento de hierro libre intracelular, el cual acelera la formación de radicales libres (ion hidroxilo) mediante la reacción de Haber-Weiss, provocando mayor lesión biológica por la reacción en cadena (peroxidación lipídica), en la cual el radical hidroxilo ataca las cadenas de ácidos grasos de la membrana fosfolipídica y causa la disrupción celular y de organelos.1

 

  • CALCIO

En la médula espinal normal, los niveles intraneuronales de calcio se encuentran muy controlados por los mecanismos de depósito y buffering, ya que los niveles elevados de calcio son citotóxicos para las neuronas, debido a su asociación con la activación de enzimas como las fosfolipasas, proteasas y endonucleasas. Por ejemplo, la activación de la fosfolipasa resulta en interrupción de la membrana celular con salida del ácido araquidónico (AA) de la membrana fosfolipídica. El AA causa una cascada que termina con la producción de tromboxano y leucotrienos que conllevan a la agregación plaquetaria, coagulación, vasoespasmo y edema, con un mayor compromiso para la restauración de una adecuada perfusión del tejido afectado. 2,3

 

  • CITOCINAS

El origen de las citocinas proinflamatorias parece provenir de los monocitos y macrófagos en respuesta a la hipoxia. Las citocinas como el factor de necrosis tumoral (FNT) e interleucina 1, estimulan la síntesis de interleucina 8, la cual es un quimiotáctico potente para los neutrófilos. 1

 

  • NEUTRÓFILOS

Durante la isquemia-reperfusión,  los neutrófilos se activan y adhieren a las células endoteliales y migran hacia los espacios intersticiales, lo que contribuye parcialmente al fenómeno de “no-flujo” en la reperfusión y provoca mayor daño tisular. El daño de los tejidos es proporcional al grado de infiltración de neutrófilos y a las lesiones provocadas por la formación de RL 1,3

 

  • MICROVASCULATURA

La microcirculación de un órgano es importante debido al suplemento de nutrientes y oxígeno, y para la remoción de los metabolitos catabolizados. Durante la isquemia-reperfusión, existe daño microvascular debido a agentes quimiotácticos y moléculas de adhesión, lo cual causa marginación leucocitaria y falla en la perfusión capilar. Durante los procesos de isquemia y reperfusión existe la vasoconstricción arteriolar, pero después de que los vasos sanguíneos interactúan con los RL, se produce vasodilatación arteriolar con pérdida de la regulación autónoma, lo que lleva a una disminución permanente en la presión sanguínea de los tejidos afectados. 1

 

  • EXCITOTOXICIDAD

La reducción del flujo sanguíneo disminuye la producción de fosfatos de alta energía (ATP), y esta disminución causa la despolarización de la membrana y la liberación sin control de aminoácidos excitatorios, como el glutamato en el espacio extracelular (excitotoxicidad). El glutamato interactúa con varios tipos de receptores como el NMDA y el alfa-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazola-propionato (AMPA), causando eventualmente la entrada de calcio a las células neuronales. Además, la excitotoxicidad conlleva a necrosis neuronal por apoptosis, posterior al proceso isquémico. 3

 

  • OXIDO NITRICO (ON)

El ON es también un radical libre y se ha demostrado que tiene un doble papel durante la isquemia en relación con el tipo de isoenzima de ON que se active. Si el ON es producido por la ON-sintetasa constitutiva, se activa el efecto vasodilatador y  neuroprotector, mientras que el óxido nítrico del ON neuronal y de la ON-sintetasa inducible contenida en la microglia y endotelio suele ser neurotóxico, al menos en parte mediante la reacción con el superóxido, permitiendo la formación del peroxinitrito, el cual es altamente reactivo. 1,4

TRATAMIENTOS PARA EL DAÑO ESPINAL

En años recientes ha aumentado el interés por la terapia neuroprotectora (que incluye la terapia antioxidante), la cual tiene por base la reducción de la vulnerabilidad del tejido isquémico y el daño por reperfusión. Existen sustancias utilizadas en estos casos, entre las que encontramos principalmente a los antioxidantes y recientemente, a los interceptadores de órbita, aunque también existen otros compuestos que ayudan a disminuir la pérdida de la función mitocondrial, como el ginkgo biloba. 3,4,5

 

ANTIOXIDANTES

Los antioxidantes son sustancias, naturales o sintéticas que evitan o contrarrestan los efectos de la oxidación. En el organismo existe una serie de compuestos (vitaminas, minerales, enzimas) que solos o actuando en conjunto, tratan de neutralizar las reacciones de oxidación. Estos compuestos incluyen principalmente a la vitamina E, vitamina C, taurina, carotenoides, selenio, cobre y manganeso. 3,5

 

Existe también antioxidantes naturales como la glutatión peroxidasa, la catalasa y la superóxido dismutasa, así como antioxidantes sintéticos para su uso contra las lesiones producidas por los radicales libres, entre los cuales se encuentran actualmente los interceptadores de órbita (“spin traps”), que producen complejos estables mediante la reacción con los RL. 3,4,5

 

SPIN TRAPS

Los interceptadores de órbita originalmente se utilizaron para la medición de la actividad de los RL debido a que reaccionaban con éstos produciendo complejos que podían medirse por varias técnicas, posteriormente se descubrió que tenían habilidades excelentes para atrapar a los RL. Los interceptadores de órbita comúnmente empleados en los sistemas biológicos son los compuestos nitrones o nitrosos. Entre los interceptadores con actividad antioxidante, se encuentra el derivado de nitróxido N-tert-butil-alfa-fenilnitrona (PBN), que inhibe las reacciones de iniciación por RL. 5,6

 

Este mecanismo es el resultado de la combinación del agregado de un RL como el anión superóxido al PBN y el nitróxido resultante ingresa a la cadena respiratoria compitiendo con el oxígeno por electrones, formándose una hidroxilamina en lugar de un RL. Esta molécula difunde fuera de la mitocondria para ser nuevamente convertida a nitróxido al reaccionar con un RL, resultando en una oxidación cíclica de la cadena respiratoria. En esencia, el interceptador  de órbita causa en forma cíclica la extracción de un RL mientras previene la formación de uno nuevo. 7

 

Las investigaciones hasta el momento señalan que los interceptadores de órbita proveen un alto grado de protección contra el daño por radicales libres, complementan las actividades de los antioxidantes clásicos como la vitamina C, la vitamina E, el ácido R-lipóico y otros, siendo investigados actualmente como agentes potenciales terapéuticos en modelos animales, debido a que pueden bloquear o revertir el daño provocado por una variedad de enfermedades asociadas a la producción de RL. 6,7,8

 

El PBN se ha utilizado en diferentes investigaciones, observándose  que afecta los estados de oxidación celular, produce una  neuroprotección adecuada, es un agente antiinflamatorio, invierte la oxidación de las proteínas, atenúa la formación de radicales hidroxilo y bloquea la óxido nítrico sintetasa en los daños por isquemia-reperfusión. 6,7

 

En estudios in vitro hechos con PBN en humanos, protegió a las neuronas contra la toxicidad mediada por glutamato. En animales, estudios hechos in vivo, demostraron que la PBN presentaba efectividad para reducir la isquemia global y para prevenir los cambios oxidativos producidos por los RL, además de un bajo nivel  de toxicidad aún a dosis altas por largos periodos. 6,7

 

En otro estudio hecho con ratas, se provocó una isquemia cerebral transitoria, reduciendo la necrosis neuronal en la corteza tras la administración de PBN 30 minutos posteriores a la isquemia, concluyendo tentativamente que los compuestos nitrones disminuían tanto la disfunción microvascular como la falla mitocondrial, los cuales son cruciales durante los procesos de isquemia y necrosis neuronal selectiva. 9

 

La dosis administrada del PBN varía dependiendo del tipo de estudio realizado, reportando dosis de 10 mg/kg, 14 mg/kg, 32 mg/kg, 50mg/kg ó 400 mg/kg vía oral en forma de cápsulas o vía intraperitoneal, de una a 2 veces al día, en un periodo de 3 a 14 días continuos. 8,10,11,12

 

Desgraciadamente, no existe información específica disponible aún sobre los efectos secundarios del PBN tanto en  estudios realizados con animales ni con humanos, y solo existe una investigación publicada sobre su toxicidad, que  indicaba baja toxicidad en ratas, con dosis letal de  100 mg/100 g. 6

 

Además de su uso en condiciones de isquemia-reperfusión y daño por RL, se ha utilizado el PBN en otras condiciones que incluyen desórdenes del sistema nervioso central (como concusiones y  traumatismos espinales), desórdenes del sistema nervioso periférico (daño a nervios periféricos), desórdenes de diferentes tejidos (fibrosis crónica obstructiva pulmonar, pancreatitis, insuficiencia cardiaca, quemaduras, heridas, colitis, hipertensión renal) y lesiones por radicales libres (oxidación de lipoproteínas de baja densidad, infecciones, inflamaciones, efectos de la exposición a la radiación y efectos secundarios de fármacos quimioterapéuticos y sustancias como la 3,4-metilenedioximetanfetamina -MDMA- o éxtasis). 6,11

 

CONCLUSIONES

 

Los animales que presentan daño neuronal por isquemia-reperfusión requieren de un tratamiento eficiente en el menor tiempo posible debido a la rapidez con la cual se producen los radicales libres.

 

Actualmente se están estudiando diferentes terapias neuroprotectoras que puedan administrarse de forma conjunta y que redunden en un mayor beneficio para el paciente, entre las cuales se encuentran antioxidantes como las vitaminas, junto con el uso de otros compuestos como el gingko biloba ó de manera más reciente, los interceptadores de órbita.

 

Aún hace falta más información sobre el uso de los interceptadores de órbita en lesiones por isquemia y reperfusión en pacientes veterinarios, pero las investigaciones recientes señalan una buena respuesta del organismo, y un futuro prometedor de estas sustancias para su uso en la medicina veterinaria.

Referencias / References

 

  1. Chan KL. Role of nitric oxide in ischemia and reperfusion injury. Disponible en URL: www.bentham.org/sample-issues/cmcaiaa1-1/chan/chan-ms.htm 

  2. Simpson D. Diagnosis and treatment of acute spinal injury. Disponible en URL: www.theveterinarian.com.au/clinicalreviewcve/default.asp 

  3. Darwin M. The pathophysiology of ischemic injury. Disponible en URL: www.alcor.org/Library/html/ischemic.html 

  4. Cherubini A. Association between ischemic stroke and increased oxidative stress. Disponible en URL: www.fac.org.ar/scvc/llave/stroke/cherubi/cherubini.htm 

  5. Radicales libres, envejecimiento y enfermedad. Disponible en URL: www.antioxidants.com.ar/12/art148.htm   

  6. Geronova Research Inc. Spin traps. Disponible en URL: www.geronova.com/pbn.htm  

  7. Carney JM., Starke-Reed PE.,Floyd RA. Reversal of age-related increase in brain protein oxidation, decrease in enzyme activity and loss in temporal and spatial memory by chronic administration of the spin-trapping compound N-tert-butyl-a-phenylnitrone. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1991; 88: 3633-3636. 

  8. Darwin M. Premedication of the human cryopreservation patient. Disponible en URL: http://keithlynch.net/cryonet/75/13.html 

  9. Floyd RA. Nitrone-based free radical traps as neuroprotective agents in cerebral ischaemia and other pathologies. Int Rev Neurobiol. 1997; 40:299-317. 

  10. Floyd RA. Oxidative damage to behavior during aging. Science 1991; 254: 1597.

  11. Yeh SY. N-tert-butyl-a-phenylnitrone protects against 3, 4-methylenedioxymethamphetamine-induced depletion of serotonin in rats. Synapse 1999; 31(3): 169-177. 

  12. Iladiba. Avances en neurología Disponible en URL: www.iladiba.com.co/revista/1997/03/avneuro.asp 

Revista Especializada en Clínica de Pequeñas Especies

Contáctenos