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Medwave 2003 Ene;3(1):e3194 doi: 10.5867/medwave.2003.01.3194

Inducción de la superoxidodismutasa mitocondrial

Induction of mitochondrial superoxide

Osvaldo Koch

Resumen

Este texto completo es la transcripción editada y revisada de una conferencia dictada en el IV Curso Bienal Internacional de Ciencias en Gastroenterología "Esteatohepatitis", realizado el día 8 de septiembre de 2001.
Organizan: Sociedad Chilena de Gastroenterología, Asociación Chilena de Hepatología y Asociación Latinoamericana de Estudio del Hígado (ALEH).
Editor Científico: Dr. Juan Carlos Glasinovich.


 

Introducción
En esta conferencia se presentarán los resultados de algunos estudios acerca del estrés oxidativo inducido por alcohol, realizados en animales de laboratorio y en seres humanos.

Se han propuesto varios mecanismos patogénicos para explicar el daño hepático por alcohol. Este daño consiste en una lesión con resultado de muerte celular por apoptosis o por necrosis, cuyo origen no está claro; sin embargo, se sabe que en la patogenia del hígado graso desempeñan un papel las alteraciones mitocondriales, las inclusiones denominadas “hialina de Mallory”, la hipoxia centrolobular, el estrés oxidativo, el aumento del tamaño celular y los cambios en las propiedades fisicoquímicas de las membranas.

El estrés oxidativo puede deberse a un aumento de la producción de sustancias prooxidantes, especialmente las especies reactivas de oxígeno, a un déficit de antioxidantes como vitamina E, selenio o glutatión, o a una combinación de ambos, que es lo más probable. El daño celular, por otra parte, se puede producir por peroxidación de la membrana lipídica, inactivación de las proteínas o daño directo sobre el ADN.

Para verificar la hipótesis de la existencia de un estado de estrés oxidativo hepático inducido por el alcohol, hubo que desarrollar modelos experimentales de alcoholismo agudo y crónico que permitieran realizar los estudios apropiados.

Modelos para el estudio del alcoholismo agudo

En el caso del alcoholismo agudo, se utilizó la inyección de una dosis única de alcohol de 3 a 5 g/kg de peso corporal en animales, que provocaba la aparición de hígado graso transitorio a las seis horas, con reducción progresiva y desaparición de las lesiones en las 18 a 24 horas posteriores; no había evidencias de muerte celular, ni siquiera elevación de transaminasas.

La posibilidad de determinar la presencia de estrés oxidativo en este modelo experimental se planteó por primera vez en la década de los 60. En la actualidad, junto con Luis Videla, de Chile, y con De Leo, hemos utilizado tres métodos distintos para estudiar este tema: la producción de conjugados diénicos y la formación de malondialdehido (MDA), que son estudios in vitro, y un método in vivo. Con cualquier método, sea la quimioluminiscencia in situ o el tratamiento con alcohol, se encontró un incremento del estrés oxidativo, de 50% a 60%, que se inhibía con antioxidantes como el cianidanol.

Al evaluar los antioxidantes en el modelo agudo, se observó que había diferencias si se dosificaba la vitamina en homogenizado total de hígado, puesto que en el entorno mitocondrial se producía una caída del contenido de vitamina E nueve horas después del tratamiento, justo en el punto máximo de hígado graso, mientras que esto no ocurría en los microsomas. La superóxidodismutasa citosólica dependiente de cobre y zinc no se modificaba; en cambio, la dependiente de manganeso aumentaba su actividad distinta de la transcripción (o sea, su RNA mensajero no se modificaba) y ambas presentaban un punto máximo a las nueve horas, para después caer, junto con el contenido de vitamina E.

Clásicamente, se consideraba que el organismo respondía al alcohol con el desarrollo de un hígado graso transitorio, sin otras alteraciones morfológicas ni muerte celular, hasta que, junto con colegas de la Universidad de San Pablo y Luis Videla, trabajando con ratas envejecidas de 3, 6, 12, 18 y 24 meses, demostramos que el MDA aumentaba más a partir de los seis meses y más claramente aún a partir de los doce, junto con un aumento de las transaminasas. Esto coincidía con la aparición histológica de una necrosis hepática centrolobular que no era detectable a los seis meses, pero estaba claramente establecida en 80% de los animales a los veinticuatro meses.

Este modelo demostró que el alcohol, que aparentemente es inocuo en animales jóvenes, produce efectos mucho más graves en ratas envejecidas y que la cantidad necesaria para producir este daño es mucho menor que los clásicos cinco a seis gramos, ya que en este caso se necesitaron sólo tres. Con estos resultados se puede especular que en los animales envejecidos disminuye el contenido de vitamina E, en relación con los animales más jóvenes, y que esto es mucho más exagerado después del tratamiento con alcohol.

Con otros antioxidantes, como los betacarotenos, ocurre lo mismo: van disminuyendo con la edad y esta disminución es mucho más marcada en los animales que reciben alcohol, lo que sugiere que la caída en el nivel de antioxidantes potencia el estrés oxidativo que produce el alcohol, en condiciones normales, a los animales jóvenes y facilita la aparición de la necrosis centrolobular característica. Sin embargo, el modelo agudo es experimental, y tiene escasa relación con lo que ocurre en los seres humanos alcohólicos; por eso son más interesantes los modelos de alcoholismo crónico.

Modelos para el estudio de alcoholismo crónico

Existen varios modelos de este tipo. En el que nosotros utilizamos, los animales consumen entre 35% y 40% de la dieta en forma de alcohol y reciben suplementos de vitaminas y de metionina, con aporte normal de proteínas. La ingesta de esta dieta hasta por siete meses no provoca la aparición de hígado graso; sólo aparecen algunos pequeños depósitos de grasa similares a los que se observan en los controles, en los cuales las calorías derivadas del alcohol se reemplazan por una mezcla de hidratos de carbono. La característica diferencial en ambos grupos es el desarrollo de alteraciones mitocondriales, en especial la formación de mitocondrias gigantes, en los animales tratados con alcohol.

En estudios realizados hace algunos años junto con Galeotti, de la Universidad de Roma, se demostró que los animales tratados con alcohol experimentan un aumento del citocromo P450 o de la CYP2E1, una sobreproducción de peróxido de hidrógeno y un exceso en la formación del radical superóxido. Otros grupos de investigación también observaron una elevada producción de radicales libres derivados directamente del alcohol.

Las metodologías in vitro demostraron que el estrés oxidativo se observa tanto en los microsomas como en las mitocondrias. El aumento del estrés oxidativo en el alcoholismo crónico se puede detectar in vivo por el aumento de la eliminación biliar de glutatión oxidado, en los animales tratados con alcohol frente a los controles; con la metodología de la quimioluminiscencia in vivo, se observa un aumento de alrededor de 40% en los animales tratados crónicamente con alcohol.

Con respecto a los antioxidantes, con cualquier tipo de dieta aparece, de manera característica y constante, casi como un marcador, un descenso del contenido hepático de vitamina E a los cinco, diez y veinte días después del tratamiento con alcohol, tanto en los microsomas como en las mitocondrias. Distintos modelos experimentales coinciden en describir el mismo resultado, aun los que miden el estrés oxidativo por producción de MDA, que es discutible.

La caída de los niveles hepáticos de vitamina E en mitocondrias y microsomas se observa tanto en los animales con contenido normal de esta vitamina en la dieta, como en los animales suplementados o deficientes. En el caso de los animales con dietas muy suplementadas, hasta casi 40 veces las cantidades normales de vitamina E, el tratamiento con alcohol produce una clara caída en los microsomas y las mitocondrias.

La superóxidodismutasa manganeso dependiente mitocondrial presenta un aumento significativo de su actividad a partir de los 15 días de tratamiento y se mantiene a lo largo del tiempo. El aumento de la actividad de esta enzima es paralelo al aumento del RNA mensajero de esta enzima, que aumenta a los 5 días de tratamiento crónico con alcohol y después tiende a normalizarse, aunque en estudios posteriores se ha observado que permanece alto; lo interesante es que este aumento no depende de los niveles de vitamina E, porque se ve tanto en animales con deficiencia de esta vitamina como en animales suplementados con ella.

La alteración de los antioxidantes es reversible con la abstinencia, como otros fenómenos propios del alcoholismo. Por ejemplo, la actividad de la superóxidodismutasa mitocondrial prácticamente se normaliza una semana después de suprimida la ingesta del alcohol; lo mismo ocurre con los niveles de vitamina E, que se recuperan una semana después de reanudar la abstinencia. Esto plantea dudas acerca de los resultados en seres humanos, porque en ellos a veces no queda claro cuántos días han estado en abstinencia antes de la dosificación correspondiente.

Estudio del estrés oxidativo en seres humanos
Es mucho más difícil evaluar el estrés oxidativo en los seres humanos alcohólicos, pero los resultados que se describen en la literatura indican con fuerza que está aumentado. Por ejemplo, Tsukamoto estudió la producción de MDA en biopsias hepáticas de bebedores y no bebedores, y encontró un claro aumento del estrés oxidativo, pero sin una correlación entre el estrés oxidativo y el daño hepático dentro del grupo de bebedores; lo mismo ocurrió en un estudio de quimioluminiscencia inducida en bebedores y no bebedores, que estaba claramente aumentada en los bebedores, pero sin diferencias significativas al separarlos según presencia de hígado graso, esteatohepatitis alcohólica o cirrosis hepática.

En otro estudio se midió la producción de MDA en glóbulos rojos y el índice de lipoperoxidación en el plasma, en cirróticos alcohólicos y no alcohólicos, y sus resultados indican que la cirrosis per se aumenta estos índices, con independencia del factor etiológico.

Con respecto al contenido hepático de vitamina E en alcohólicos, hay varios datos en la literatura. Un grupo de Suecia comparó este índice en pacientes sanos y portadores de cirrosis alcohólica, hígado graso alcohólico, enfermedad hepática no alcohólica y carcinoma, y observó que solamente en los cirróticos había una clara disminución del contenido de vitamina E.

En cuanto a la superóxido dismutasa manganeso dependiente, el único dato disponible en la literatura es el resultado de la comparación de pacientes con hepatitis crónica persistente y activa, cirrosis no alcohólica, cirrosis alcohólica, hepatitis alcohólica y pacientes normales. En ese estudio se encontró una clara inducción de la superóxido dismutasa manganeso dependiente en los pacientes alcohólicos, similar a la que se observa en animales de laboratorio.

Conclusiones

Muchos datos en la literatura avalan la hipótesis de que el estrés oxidativo contribuye al desarrollo de daño hepatocelular en el alcoholismo.

El estrés oxidativo puede deberse a un aumento en la generación de radicales libres derivados del oxígeno o directamente del metabolismo del alcohol, o a la disminución de algunos antioxidantes como la vitamina E, los betacarotenos y el glutatión.

Tal como lo describió hace algunos años Luis Videla, el estrés oxidativo produce un aumento de la lipoperoxidación en el alcoholismo agudo y en la mayor parte de los modelos de alcoholismo crónico, si bien en algunos no se ha podido detectar con claridad.

Los estudios clínicos no han demostrado claramente el papel del estrés oxidativo en la patogénesis de la hepatopatía alcohólica, pero, en general, casi todos los datos disponibles en la literatura señalan que este mecanismo está presente.

Algunos de los coautores de estos trabajos son Farre, Cravero, De Leo, Videla (chileno) y el grupo de la Universidad Católica de Roma, que dirige el profesor Tomás Galeotti (1).

Referencias
  1. Koch O, Farré S, De Leo ME, Palozza P, Palazzotti B, Borrelo S, et al. Regulation of manganese superoxide dismutase (MnSOD) in chronic experimental alcoholism: effects of vitamin E-supplemented and -deficient diets. Alcohol Alcohol. 2000 Mar-Apr;35(2):159-63. | CrossRef | PubMed |

 

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ISSN 0717-6384