Se define como el proceso que sufre un órgano sometido temporalmente a la falta de flujo sanguíneo y que posteriormente es reperfundido con sangre oxigenada.
Existen tres fases bien definidas:
1. Isquemia caliente
2. Isquemia fría
3. Reperfusión
El resultado es una agresión tisular secundaria a la anoxia, a la deprivación de metabolitos y el acúmulo de sustancias de deshecho del metabolismo que conduce a la muerte celular.
La isquemia produce per se un daño celular y se continua con un posterior deterioro debido a la reperfusión. Por tanto la entrada de sangre oxigenada puede ser más perjudicial para el órgano que la falta de la misma. El síndrome de isquemia-reperfusión es una secuencia compleja de sucesos trascendentales: la alteración metabólica a nivel celular que aparece durante el periodo de isquemia y la lesión producida por los radicales libres derivados del oxígeno y otros factores que involucran el endotelio vascular y los polimorfonucleares durante la reperfusión.
FASE DE ISQUEMIA. ALTERACIONES CELULARES
Esta fase se produciría en el montañista en la ascensión a la montaña.
La membrana plasmática se altera al inhibirse la actividad de la bomba ATPasa Na-K (transporta el Na+ hacia el exterior celular y el K+ hacia el interior). Con la inhibición de esta bomba se produce la alteraciones de los iones sodio, potasio y calcio, alterando el potencial de membrana que queda abolido. Debido a la elevada concentración de cloro extracelular y la presencia de elevada
concentración protéica intracelular el cloro penetra dentro de la celula con un catión (sodio y calcio) arrastrando agua y el potasio sale fuera para mantener el equilibrio iónico con el espacio intersticial. Todo ello conduce al edema celular y activación de enzimas por el calcio como las fosfolipasas (producirá la lesión de las diferentes membranas: citoplasmática, mitocondrial, lisosomal), proteasas,
ATPasas (deplección de ATP) y endonucleasas (fragmentación de cromatina) conllevando a la muerte por citolisis.(Efecto Donnan: se crea una presión oncótica coloidal intracelular alta).
La isquemia produce también la inhibición de la fosforilación oxidativa a nivel de la mitocondria, con escasa formación de ATP, quedando paralizadas todas las funciones celulares que requieran energia y se estimula la glicolisis anaerobia formándose ácido láctico e hidrogeniones dando lugar a la acidosis intracelular. Esta provoca la activación de los enzimas de los lisosomas conduciendo a la autolisis y muerte celular.
Mecanismo molecular: En 1981 Granger, Rutili y McCord fueron los primeros en proponer este mecanismo para explicar la producción de lesiones en el sindrome de isquemia-reperfusión: durante el periodo de isquemia se produce consumo de ATP por parte de las celulas para mantener la
homeostasis. El ATP es catabolizado a ADP y AMP. El AMP, a su vez, se cataboliza a hipoxantina, produciéndose un acúmulo de ésta. La carga energética de las células cae y estas no son capaces de mantener el gradiente iónico entre sus membranas, redistribuyéndose el calcio hacia el interior de la célula aumentando la concentración del mismo en el espacio intracelular. Los acúmulos
de xantina oxidasa y de sus sustratos: hipoxantina y xantina durante el período de isquemia parecen ser los acontecimientos necesarios para producir la lesión en las células durante la posterior reoxigenación, puesto que llegará el oxígeno necesario para la enzima con la consecuente producción de radicales libres de oxígeno.
FIG 1. En azul y cursiva las sustancias capaces de proteger frente a esta lesión (Modificado de Granger, Rutili y McCord).
2.2. FASE DE REPERFUSIÓN.ALTERACIONES CELULARES
Esta fase se produciría en el montañista en el descenso de la montaña.
Reentrada masiva de oxígeno al tejido: el flujo sanguíneo se reinstaura llegando de nuevo oxígeno de forma importante a las células.
El exceso de Ca2+ introcistoplasmático activa la enzima proteasa que activa el paso de Xantina-D (deshidrogenasa) a Xantina-O (oxigenasa) en presencia de NADPH. La Xantina oxidasa es la mayor fuente biológica de producción de superoxidos en tejidos postisquémicos, siendo la primera fuente documentada de producción de dicho radical. En los tejidos normóxicos la forma sintetizada es la xantina deshidrogenasa. La xantina deshidrogenasa no puede transferir
electrones al oxígeno molecular para formar peróxido de hidrógeno o superóxido, pero puede reducir el NAD+ (nicotinamida adeninnucleotido).
En condiciones de baja concentración de oxígeno como ocurre en la fase de isquemia sucede la transformación de Xantino-D en Xantino-O y ésta utiliza el oxígeno molecular en lugar del NAD+ produciendo superóxido y peróxido de hidrógeno:
De esta forma se han sintetizando los RADICALES LIBRES DE OXÍGENO.
ALTERACIONES ENDOTELIO VASCULAR
Para mantener la permeabilidad de los vasos sanguíneos y la fluidez de la sangre, las células endoteliales sintetizan algunas sustancias activas, incluyendo grandes moléculas como fibronectina y sulfato de heparina, interleukina-1, activador de plasminógeno tisular, varios factores de crecimiento y pequeñas moléculas como prostaciclina, factor relajante derivado del endotelio (EDRF), hoy conocido como óxido nítrico, factor activador de las plaquetas y endotelina-1.
La producción de estas sustancias es modulada por cambios en la concentración de mensajeros intracelulares como el AMPc - GMPc - Ca2+ y por interacciones entre el endotelio y sus células, plaquetas o constituyentes del plasma. Es importante conocer la importancia fisiológica de las sustancias vasoactivas (ENDOTELINA-1, ÓXIDO NÍTRICO Y PROSTACICLINA) su relación en las funciones del endotelio y el papel desempeñado en el daño por isquemia-reperfusión.
ENDOTELINA
La síntesis de endotelina está primariamente regulada a nivel transcripcional (mRNA). La transcripción de endotelinas puede estar influenciada por sustancias vasoactivas como angiotensina-II, vasopresina, noradrenalina y trombina, pero también por factores de crecimiento, citoquinas, estrés e hipoxia.
Las diversas “acciones vasculares” de las endotelinas incluyen: vasoconstricción potente, aumento de las resistencias vasculares, efectos presores, acciones inotrópicas y cronotópicas positivas, regulan el tono de los vasos linfáticos, aumentan la permeabilidad vascular produciendo edema intersticial al inducir la liberación de TxA2. Están implicadas, también, en un aumento del hematocrito ya que al producir vasoconstricción se produce una disminución del volumen plasmático y una hemoconcentración (Goetz et col. 1988, Millez et col. 1989, López-Farre et col. 1989). Entre las “acciones no vasculares” destacan:
-Promueven la mitogénesis de células musculares lisas vasculares, fibroblastos,
melanocitos, capilares cerebrales, células estrelladas hepáticas.
-Son potentes constrictores de la vejiga de mamíferos.
-Inductores de contracciones uterinas.
-Estimulan la producción de testosterona por las células de Leydig.
-Implicadas en la glicogenolisis hepática.
La Endotelina-1(ET-1) puede aumentar o inhibir la liberación de renina, participar en la regulación de la excreción de sodio y agua y liberar aldosterona actuando sobre los túbulos colectores. A nivel renal, la ET-1 puede estimular la proliferación de células mesangiales y su contracción y también puede aumentar las resistencias vasculares conllevando una disminución del flujo sanguíneo renal, de la filtración glomerular y del volumen urinario.
Están implicadas en los mecanismos de la HTA: primero producen vasodilatación transitoria con la consecuente hipotensión ya que pueden inducir la liberación de óxido nítrico y prostaciclina (De Nucci et col. 1988 y Hermán et col. 1989), para finalmente producir una sustancial vasoconstricción: HTA por liberación de TxA2 (De Nucci et col. 1988) y/o aumento del Ca2+ (Yanagisawa et col. 1988). Jugarían un papel importante en el fallo renal agudo inducido por la isquemia-reperfusión.
Están implicadas en los mecanismos de la HTA: primero producen vasodilatación transitoria con la consecuente hipotensión ya que pueden inducir la liberación de óxido nítrico y prostaciclina (De Nucci et col. 1988 y Hermán et col. 1989), para finalmente producir una sustancial vasoconstricción: HTA por liberación de TxA2 (De Nucci et col. 1988) y/o aumento del Ca2+ (Yanagisawa et col. 1988). Jugarían un papel importante en el fallo renal agudo inducido por la isquemia-reperfusión.
ÓXIDO NÍTRICO (NO)
El NO actua activando la forme soluble de la guanilciclasa e incrementa el GMPC a nivel de la célula del músculo liso vascular. Para ello se requiere la reducción del hierrro (Fe++ del hemo). El GMPC activa una proteinquinasa que fosforila las cadenas de la miosina produciéndose relajación del músculo liso vascular. El sustrato para la síntesis del NO es la L-arginina. El enzima que cataliza la
formación del NO a partir de L-arginina es la oxidonítrico sintasa (NOS); una dioxigenasa que existe en varias isoformas. La NOS cataliza la oxidación del átomo de nitrógeno de uno de los terminales guanidino de la L-arginina generando citrulina y eliminando NO y anión superóxido. Todas las isoformas enzimáticas requieren L-arginina, oxígeno, NADPH como sustratos y flavinadeninnucleótido, flavinmononucleótido, grupo hemo y tetrahidrobiopterina (BH4) como cofactores.
formación del NO a partir de L-arginina es la oxidonítrico sintasa (NOS); una dioxigenasa que existe en varias isoformas. La NOS cataliza la oxidación del átomo de nitrógeno de uno de los terminales guanidino de la L-arginina generando citrulina y eliminando NO y anión superóxido. Todas las isoformas enzimáticas requieren L-arginina, oxígeno, NADPH como sustratos y flavinadeninnucleótido, flavinmononucleótido, grupo hemo y tetrahidrobiopterina (BH4) como cofactores.
El NO presenta actividades biológicas. Es un potente vasodilatador, inhibe la adherencia leucocitaria y la interacción de las plaquetas con el endotelio vascular, inhibe la mitogénesis y la proliferación de las células musculares lisas vasculares. En el riñón el NO juega un papel crucial en la regulación de las funciones hemodinámicas y excretoras. Es un importante regulador del tono vascular glomerular y del coeficiente de ultrafiltración de los capilares glomerulares. También juega un papel en la regulación de la reabsorción tubular de sodio y agua. La reducción de su síntesis provoca un aumento de reabsorción tubular de sodio y agua al parecer mediado por la angiotensina II endógena.
Al tener un electrón no pareado es su estructura química, puede aceptar electrones y de ese modo ser scavenger del anión superóxido. Incluso puede llegar a inhibir la producción del mismo por los neutrófilos. Pero, por otra parte,puede tener efecto citotóxico directo y ha sido implicado en el daño de los tejidos. Este jugaría un papel importante en el mantenimiento del flujo sanguíneo renal
durante la recuperación del daño isquémico.
PROSTACICLINA (PGI2)
Tiene un fuerte poder vasodilatador e inhibe la agregación plaquetar activando la adenilciclasa e
incrementando el AMPC intracelular. Se transforma rápidamente en el plasma a 6-Keto-prostaglandina F1α que es el metábolito estable.
Las prostaglandinas, derivados del ácido araquidónico, son transformados a diferentes metabolitos siguiendo la vía de la ciclooxigenasa. La COX sigue los mismos caminos que la NOS. Los antiinflamatorios no esteroideos (AINES) pueden inhibir este enzima bloqueando la síntesis de prostaglandinas. Se han descrito dos isoenzimas de ciclooxigenasa, COX-1 y COX-2. Tienen un 60% de similitud y presentan diferentes propiedades biológicas y farmacológicas. COX-1 es constitutivamente expresada en la mayoría de los tejidos y está involucrada en la producción fisiológica de las prostaglandinas.
La forma inducible, COX-2, está presente en las células expuestas a agentes proinflamatorios, incluyendo citoquinas, y es expresada en procesos inflamatorios. La inhibición de la CoX-2 por AINES puede utilizarse como medida terapéutica, mientras que la COX-1 nos podría explicar los efectos no deseados a nivel de estómago y riñón.
La síntesis de la prostaciclina se inicia a partir del enzima fosfolipasa A2 el cual libera ácido araquidónico a partir de los fosfolípidos de membrana. Este enzima puede estar inhibido por los glucocorticoides, inhibiéndose así la síntesis de prostaciclina. El ácido araquidónico, a través del enzima ciclooxigenasa (COX) será transformado a endoperóxidos de prostaglandinas: PGG2, un inestable compuesto que será ciclado y oxigenado por una peroxidasa a PGH2.
Dependiendo del tejido y tipo de célula, la PGH2 es transformada a PGE2, o, mayoritariamente, a PGI2 por la prostaciclinsintasa en las células endoteliales y musculares lisas. A nivel de macrófagos y plaquetas la PGH2 es transformada a tromboxano A2 a través de la tromboxanosintasa. Estos dos eicosanoides representan biológicamente polos opuestos en el mecanismo que regula la interacción de las plaquetas con el endotelio. El TXA2 contrae el músculo liso, induce la agregación plaquetar, sin embargo la PGI2 posee un potente efecto vasodilatador y antiagregante plaquetar.
El TXA2 y la PGI2 rápidamente son hidrolizados de forma no enzimática a metabolitos estables pero no activos: TXB2 y 6-Keto-PGF1α medibles en plasma y orina.
La producción de protaciclina, al igual que el resto de PGs puede estar activada por perturbaciones químicas o mecánicas de las membranas celulares. Fármacos, presión pulsátil y numerosos mediadores endógenos pueden inducir la formación de prostaciclina a partir de células endoteliales. Algunas sustancias endógenas derivadas del plasma como bradiquinina, trombina y otras liberadas por las plaquetas, como serotonina, PDGF, IL-1 y adeninnucleótidos pueden estimular su síntesis.
“Inhiben” la síntesis de prostaciclina: Antagonistas del Ca2+, captopril, dipiridamol, diuréticos, nitratos, estreptoquinasa, AINES, glucocorticoides, lipoperóxidos (estos inactivan a la prostaciclinsintasa).
Entre las propiedades biológicas de la prostaciclina, se encuentran, además de las ya citadas: vasodilatación y antiagregación plaquear. A nivel renal, mantenimiento del flujo sanguíneo renal (más importante en la médula que en el córtex) y filtración glomerular, regulan la eliminación de Na+ y agua debido a su efecto tubular directo, más evidente en la porción gruesa del asa ascendente de Henle. Existe una importante interacción entre el NO y las PGS en la regulación aguda y a largo plazo de la función renal: las prostaglandinas contribuyen a mantener la hemodinámica y la función excretora renal cuando se reduce la producción de NO.
El balance entre prostaciclina y tromboxano es un factor importante respecto a la modulación del daño producido por la isquemia-reperfusión. Inhibidores de la tromboxanosintasa pero no de la ciclooxigenasa previenen de la NTA (muerte de las células de los túbulos renales) tras la isquemia renal. Se cree que es debido a la estimulación de la producción endógena de prostaglandinas vasodilatadoras (PGE1, PG2).
Son numerosos los trabajos que indican que la administración de inhibidores de la síntesis del TXA2 tienen un efecto citoprotector en el daño por isquemia-reperfusión no sólo en el riñón sino también en el hígado y en páncreas. También, la adnministración de análogos de la prostaciclina atenúan el daño por isquemia-reperfusión mejorando el flujo renal y la filtración glomerular, facilitando la recuperación de las células tubulares dañadas a nivel renal, mejorando la microcirculación hepática y atenuando la depleción energética y la lipoperoxidación.
Endotelina, óxido nítrico, prostaciclina y tromboxano actuan conjuntamente interaccionando entre sí y modulando el daño por isquemia-reperfusión.
TRATAMIENO PREVENTIVO DE I-R
Se puede teóricamente actuar en cuatro frentes terapéuticos y se han utilizado tanto en estudios experimentales como en ensayos clínicos un gran cantidad de drogas de los cuales vamos solo citar los más significativos:
1. Control de la producción de RL derivados del Oxigeno : esto implica bloquear algunas de las vías de producción como por ejemplo con Alopurinol, un inhibidor de la xantino oxidasa utilizado con éxito para el tratamiento de la gota en las personas, se han realizado estudios experimentales que muestran efectos muy positivos cuando se administran previo a la isquemia, pero los resultados en cuadros clínicos tanto en humanos como en animales no son muy consistentes. Las dosis recomendadas en la literatura son de 10 a 25 mg/kg QID.
2. Inhibición de la Activación y Migración de PMN : También en este caso el uso de corticoides antes de la injuria isquémica muestra resultados positivos, pero no así los estudios clínicos humanos a animales. Las drogas y dosis más utilizadas son: Dexametasona 6-15 mg/Kg. I/V, Prednisona: 20 mg/Kg. I/V, Prednisolona (SDC): 10-30 mg/Kg, I/V, Hidrocortisona (SC): 20-30 mg/Kg, I/V
3. Atrapamiento de los RL en el torrente sanguíneo: Para esto se utilizan los denominados “Escavenger”, pero deben ser colocados en infusión rápida entre 1 a 5 minutos post reperfusión para atraparlos cuando aun están en la sangre antes que difundan hacia los tejidos. Los más citados son : MANITOL (1-2 ml/kg en bolo) y Dimetil Sulfoxido (DMSO) en una solución al 25% en suero salino a razón de 2 ml/Kg en infusión rápida. Estos han mostrado una buena respuesta tanto en modelos experimentales como clínicos, pero el uso de DMSO a sido totalmente restringido en medicina humana por haberle detectado efectos pro-cancerígenos en estudios experimentales en ratas.
4. Aumentar la capacidad antioxidante del organismo: Para esto se preconiza la administración de:
• Vitamina E hasta 1/2 hora post Reperfusión en dosis de 10-50 ug/Kg. I/M, Vitamina C que permite la restauración de la capacidad antioxidante de la vitamina E y por ser hidrosoluble puede ser administrada I/V, aunque recientemente su utilidad esta siendo fuertemente discutida por actuar en altas dosis como pro-oxidante en condiciones de isquemia. Los estudios clínicos tampoco son muy concluyentes en relación a su utilidad aunque en estudios experimentales si muestran beneficios.
• El uso de enzimas como la superoxido dismutasa (SOD) y Catalasas mostraron excelentes resultados experimentales administrado antes de la injuria isquémica, pero no en ensayos clínicos ya que su vida media es apenas de 6-8 minutos, además es de alta costo y provoca reacciones anafilácticas.
TESIS DOCTORAL: PAPEL DE LOS ANTIOXIDANTES EN LA LESIÓN POR ISQUEMIA-REPERFUSIÓN. ESTUDIO EXPERIMENTAL DE TRASPLANTE RENAL CON DONANTE A CORAZÓN PARADO. ANTONIO AGUILAR RUIZ
SINDROME ISQUEMIA REPERFUSION Dr. PATRICIO TORRES GUZMÁN
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