Biochimia Senescentei Stresul Oxidativ

Embed Size (px)

Citation preview

Afectarea organismului datorat creterii polurii n mediul ambiant este unanim recunoscut. Ficatul joac un rol esenial n metabolizarea i epurarea substanelor toxice care ptrund pe diferite ci n organismul uman. Aceste substane toxice pot fi noxe din mediul nconjurtor, dar i toxice specifice, prezente n anumite profesii. De asemenea, ficatul poate fi afectat i de consumul excesiv de medicamente. n acest context, este firesc interesul n cretere pentru cercetri focalizate, pe de o parte, pe efectele i mecanismele stresului oxidativ i, pe de alt parte, pe studii orientate spre identificarea unor modaliti de contracarare/diminuare a acestor efecte negative, de identificare a unor substane cu rol hepatoprotector. Stresul oxidativ intervine n patologia hepatic [Szanto, 2004]. Ca urmare, reducerea stresului oxidativ se concretizeaz n diminuarea gravitii leziunilor ficatului.

Senescenta Implicarea RL in producerea senescentei este evidenta la celulele care nu se divid, cum sunt neuronii si unele celule musculare; in aceste celule de la o anumita varsta incep sa se depuna pigmenti lipofunscinici in a caror compozitie intra peroxizii lipidici si produsii lor de descompunere, aldehide (de tip baze Schiff). Pigmentii lipofuscinici se cumuleaza liniar cu varsta, mai ales in creier si inima, ajungand si la 6% din volumul celulei miocardice. Se poate spune ca senescenta provine din impletirea mai multor factori: - cresterea treptata a formarii RL cu consecintele lor; - scaderea treptata a AO si a eficientei enzimelor de refacere; - expunerea la factori prooxidanti din mediu: radiatii, poluanti chimici. Primul radical n lanul de sintez a speciilor reactive de O2 este anionul superoxid (O2), considerat unul din cei mai agresivi n ceea ce privete capacitatea de interaciune cu grupele radical din moleculele lipidice, fosfolipidice i proteice. Acumularea acestui radical n celul sau n spaiul extracelular devine periculoas, ntruct activarea procesului de formare a legturilor acestuia n special cu structurile lipidice ale glicocalixului plasmolemei sau ale membranei organitelor celulare conduce la diferite grade dealterare structural: de la modificarea proprietilor fizico-chimice propice creterii permiabilitii pentru ap, pn la canalizarea membranei i moartea celulei. Respectiv este compromis funcia specific a celulei i chiar a organului. Stresul oxidativ poate, avea i conotaii pozitive cnd inta leziunii indus de acesta este un microb, virus sau o alt nox xenobiotic. Din acest motiv, neutrofilele, macrofagii i monocitele posed un sistem puternic de formare a radicalilor liberi de O2, prin care este asigurat liza intrafagocitar a microorganismelor i a epavelor lor. Aceste celule sunt o surs important a radicalilor liberi n organism. n condiii fiziologice acumularea radicalului O2 - nu se constat din cauza metabolizrii lui prin intermediul superoxiddusmutazei enzima ce catalizeaz dismutaia a dou molecule de radical superoxid: O2

+ O2 + 2H+ H2O2 + O2 n cadrul acestei reacii se formeaz alt radical liber de oxigen, peroxidul de hidrogen (H2O2), care nu este aa de agresiv, dar n concentraii mari declaneaz nu numai oxidarea peroxidic, dar induce o serie de efecte pleiotrope detrimentale, cum ar fi depresia cardiac, expresia de citochine, activarea metaloproteinazelor matricei etc. Catalaza, localizat n peroxisomi, asigur detoxifierea peroxidului de hidrogen, format n urma reaciei de superoxiddismutare. Astfel, superoxiddismutaza i catalaza sunt recunoscute drept enzime antioxidante, deci factori care limiteaz intensitatea stresului oxidativ. Vitaminele E i A, betacarotenele, glutationul, flavonoizii, seleniul, zincul, coenzima Q10 sunt de asemenea componente operante ale sistemului antioxidant, dar cele implicate n sechestrarea radicalilor liberi se consum. Vitamina E limiteaz eficient formarea speciilor reative de oxigen i n esutul cerebral, prin care este favorizat funcionalitatea tronsonului hipotalamus-hipofiz, micornd drept consecin nivelele circulante de catecolamine i cortizol [29]. n reacia cu fierul bivalent (Fe2+), cunoscut ca reacia Fenton, peroxidul de hidrogen se genereaz un alt radical liber de oxigen, anionul hidroxil (OH-): Fe2+ + H2O2 OH- + Fe3+ + .OH Odat formai, hidroperoxizii devin inta de aciune a sistemului enzimatic: glutationperoxidaza i glutationreductaza. n prezena glutationului glutationperoxidaza citoplasmatic catalizeaz transformarea hidroperoxizilor n hidroxiacizi: R-OOH + 2 G-SH R-OH + G-S-S-G, contribuind la suprimarea aciunii lor toxice asupra membranelor i anticip iniierea reaciilor secundare de oxidare a lipidelor. Glutationul oxidat, format n procesul reaciei se reduce n reacia glutationreductazic: 2NADPH + G-S-S-G 2NADP + 2 G-SH. Sistemul antioxidant neenzimatic se refer la un grup numeros de compui endogeni, capabili s interacioneze cu radicalii liberi sau cu hidroperoxizii, ntrerupnd procesul OPL. Antioxidanii, avnd un atom de hidrogen labil, interacioneaz cu radicalii liberi, formnd un radical inactiv: InH + RO2 In + ROOH Substanele, ce posed activitate antioxidant, pot fi mprite n trei grupe: 1. antioxidani lipidosolubili (tocoferolul, retinolul, ubichinonul, fosfolipidele, steroizii); 2. antioxidani hidrosolubili (acidul ascorbic, aminoacizii, ce conin grupe tiolice, glutationul, aminele biogene); 3. proteinele, ce conin grupe tiolice. Important de menionat c metionina, hormonul glandei pienale i colesterolul sintetizat n ficat, de asemenea posed proprieti antioxidante notabile. Produsele peroxidrii acizilor grai nesaturai au o aciune important asupra moleculelor proteice, ce deriv din proprietile sale oxidative i din capacitatea unor produse ale peroxidrii (aldehidelor, cetonelor) s formeze legturi covalente cu grupele funcionale ale proteinelor. Capacitatea oxidant a peroxizilor poate s se realizeze n interaciunea lor cu grupele SH ale proteinelor, care sunt oxidate n S-S-grupe, procesul continund cu formarea sulfonilor, care

sunt incapabili s se reactiveze. Hidroperoxizii posed capacitatea de a oxida cisteina, glutationul, acidul lipoic, precum i vitaminele A i D compui, care de asemenea conin grupe tiolice. A fost determinat, c hidroperoxizii lipidici sunt capabili s distrug parial chiar i aminoacizii tirozina, histidina, metionina, triptofanul. ns grupele SH nu sunt unicul loc de aplicare a aciunii oxidante a peroxizilor. Interaciunea lipidelor oxidate cu proteinele rezult i n formarea unor complexe, bazate pe stabilirea legturilor covalente ntre NH2-grupele aminoacizilor i grupele aldehidice sau carboxilice ale lipoperoxizilor. Produsele oxidrii lipidelor genereaz, totodat, formarea unor polimeri proteici insolubili datorit instalrii unor legturi ntre lanurile polipeptidice cu implicarea NH2-grupelor lizinei. Un rol dominant n formarea unor astfel de polimeri l deine dialdehida malonic. Nu este exclus, c anume interaciunea hidroperoxizilor cu proteinele determin efectele biologice ale lipoperoxizilor asupra celulei, inclusiv cel citolitic. Una din sistemele celulare oportune de defensiv antioxidant este reprezentat prin tioredoxin, o protein cu o secven specific de aminoacizi (Trp-Cys32-Glu-Pro-Cys35-), cantonat predilect n membranele celulare i care se implic n activitatea enzimelor oxidoreductaze n calitate de donor de hidrogen. Datorit prezenei a 2 resturi de cistein tioredoxina poate exista n 2 forme: redus i oxidat, care particip n procesele de redox-reglare prin oxidarea reversibil a restirilor de cistein n centrul su activ. Tioredoxina fiind un antioxidant puternic, protejeaz celulele de stresul oxidativ, micornd cantitatea de radicali liberi. Astfel, TRX prentmpin afectarea funciilor celulare i moartea celulei prin apoptoz. TRX pe lng faptul c particip la transformarea ribonucleotidelor n dezoxiribonucleotide, sunt capabile s menin resturile de cistein n diferite proteine n stare redus, contribuind la formarea i meninerea unei structuri tridimensionale corecte a proteinelor. Tioredoxina moduleaz expresia genelor participnd n cile de transmitere a semnalelor ce regleaz proliferarea celulelor i apoptoza. La mamifere exist tioredoxin membranar, citozolic i mitocondrial, funcia antioxidant a acestui sistem fiind oportun n miocard, care se impune printr-o rat extrem de mare a extraciei oxigenului din snge. Aadar, activarea stresului oxidativ este n fond determinat de 2 circumstane: producia exagerat a radicalilor liberi de oxigen i degenerarea capacitii sistemului antioxidant de sechestrare, eliminare i metabolizare. Cu referin la evoluia hipertensiunii arteriale se pun n eviden cteva mecanisme importante legate de activarea stresului oxidativ [30,31,32,33]. Majoritatea dintre acestea sunt indispensabile de endoteliul vascular. Radicalii liberi de oxigen altereaz endoteliocitul vascular, prin ce limiteaz capacitatea acestuia de a elibera cantiti suficiente de factori vasorelaxani, cum ar fi oxidul nitric, prostaciclina, adrenomedulina, factorul endotelial hiperpolarizant etc. De asemenea acetia mediaz aciunea de inducere a apoptozei celulelor endoteliale proprie norepinefrinei [34]. Pe plan funcional este moderat exegeza, conform creia SRO diminueaz sensibilitatea receptorilor canalelor de potasiu din miocitele netede vasculare, activarea crora de ctre EDHP i derivaii acidului arahidonic produc hiperpolarizarea celulelor musculare i relaxarea acestora. n cadrul afectrii reactivitii vasculare mediate prin NO, mecanismul

hiperpolarizant al reducerii tonusului vascular bazal se consemneaz drept un mecanism 27 oportun n vederea controlului tensiunii arteriale. Acesta joac un rol esenial i n reglarea perfuziei coronariene, iar funcionalitatea compromis a canalelor de potasiu contribuie la deprecierea rezervei coronariene. Creterea ratei apoptozei celulelor endoteliale n stresul oxidativ se consider a fi declanat prin 2 paterne fiziopatologice: 1) determinat de activarea caspazelor mitocondriale (n special caspaza-3) i 2) majorarea expresiei receptorilor TNFalpha de pe membrana endoteliocitului, activarea crora constituie, dup cum se tie, una din cile de amorsare a morii celulare programate. Studii fundamentale i clinice indic c apoptoza celulelor endoteliale sub aciunea SRO este n deosebi de proporie n arterele periferice mici, de rezisten, tonusul bazal al crora determin rezistena vascular periferic. De menionat n acest context c rata apoptozei endoteliocitelor este n raport direct nu numai cu valorile TA, dar i cu nivelele circulante ale marcherilor proinflamatori, ai disfunciei endoteliale, precum i cu valorile indicilor complianei arteriale. Aportul nemijlocit al radicalilor liberi n elevarea apoptozei este confirmat n mediu de celule endoteliale prin aplicarea antioxidanilor. Exist ipoteze, potrivit crora SRO induc creterea expresiei T-caderinei n endoteliocite, un membru atipic al familiei GPL, fapt ce rezult n creterea inductorilor apoptozei, cum ar fi caspazele, proteina 38 i Akt/PKB. Activarea acestui factor poate fi o cauz a hiperplaziei i migraia celulelor musculare netede, proces care se deceleaz la cote crescute n cazul apoptozei celulelor endoteliale. Radicalii liberi de oxigen inactiveaz prematur cel mai potent factor vasorelaxant derivat de endoteliu, oxidul nitric, determinnd n reacia dintre NO i O2 - formarea peroxinitritului, radical de azot cititoxic cu proprieti vasoconstrictorii marcante [35]. Acestuia i se atribuie un rol important n patogenia accidentelor vasculare cerebrale la pacienii cu hipertensiune arterial, dat fiind aciunea lui stimulatoare asupra contraciei miocitelor netede ale arterelor medii cerebrale. Nivele crescute ale peroxinitritului sunt identificate n HTA, n stresul oxidativ i n hiperhomocisteinemie, ultima fiind calificat drept un predictor al disfunciei endoteliale, al afeciunilor arterelor periferice, precum i al cardiopatiei ischemice [23]. Nivelele sanguine crescute ale acestui aminoacid derivat din metionin sunt inerente HTA, asociate de diabetul zaharat i de sindromul metabolic, corelndu-se autentic cu indicii reactivitii vasculare mediate prin flux i endoteliu. Un mecanism plauzibil al efectului vasoconstrictor al moleculei de ONOO- const n capacitatea acesteia de a atenua activarea canalelor de potasiu de ctre ionii de calciu, prin ce conduce la afectarea vasorelaxrii mediate prin hiperpolarizare. Drept urmare are loc majorarea tonusului vascular bazal periferic i coronarian. Sub aspect aplicativ trebuie de menionat c cantitatea crescut de 28 peroxinitrit este un factor care limiteaz susbtanial efectul hipotensiv i coronarodilatator al vasodilatatorilor i pericliteaz tolerana donatorilor de oxid nitric. Radicalii liberi de oxigen oxideaz moleculele de LDL, facilitnd pasajul transendotelial al acestora i formarea unor legturi strnse dintre caveolina endotelial i NOSec. Drept urmare, accesul ctre enzima de sintez a oxidului nitric a factorilor vasorelaxani naturali (imprimis acetilcolina i bradichinina) este limitat. Deci, n contextul acestor circumstane, chiar i un endoteliu prezervat poate produce cantiti precare de NO, ceea ce pe plan funcional se manifest prin afectarea relaxrii endoteliu dependente sau prin vasoconstricie.

Mai mult dect att, exist dovezi asupra faptului, c molecula de NO difuzeaz i penetreaz miezul hidrofob al moleculei de LDL exercitnd efect antioxidant, contracarnd aciunea prooxidant a speciilor reactive de oxigen, a peroxinitritului, precum i a lipooxigenazei. Astfel, viabilitatea endoteliului vascular i funcionalitatea sistemului de sintez a oxidului nitric sunt circumstane importante evoluia i progresia procesului aterogen i de remodelarea vascular. Radicalii liberi de oxigen cresc expresia citochinelor proinflamatoare, prin care se amorseaz o serie de ostiliti n peretele vascular, care n ansamblu rezult n remodelarea vascular periferic. Mai mult, proteina C reactiv, marcherul rspunsului inflamator, eliberat excesiv n snge reduce capacitatea sistemului antioxidant, activeaz respectiv stresul oxidativ i altereaz procesul de reendotelizare prin inducerea apoptozei celulelor endoteliale progenitoare [36,37]. Mai mult, potrivit datelor lui S. Verma i colab. [38] proteina C reactiv atenueaz sinteza oxidului nitric, acioneaz protrombotic i augmenteaz aciunea detrimental a stresului oxidativ asupra remodelrii vaselor periferice. R. Bisoendial i colab. [39,40] a demonstrat, c administrarea proteinei C reactive la voluntari a provocat un rspuns inflamator diseminat cu o cretere notabil a marcherilor afeciunilor endoteliale. Aciunea antioxidanilor s-a remarcat inhibitor asupra acestor procese. Totodat, proteina C reactiv activeaz per se stresul oxidativ i stimuleaz hipertrofia i hiperplazia miocitelor netede vasculare n detrimentul controlului tonusului vascular bazal, efect accentuat prin aciunea Ang II. Aceasta din urm devine notabil n condiiile cnd oxidul nitric se depreciaz cantitativ sau este inactivat prematur de ctre anionul superoxid. Pe fondalul unei defensive antioxidante precare se constat augmentarea expresiei factorului nuclear-kappa, o citochin prin intermediul creia Ang II provoac hipertrofia miocitului neted vascular, dar poteneaz formarea SRO i rspunsul inflamator. Nivelele sanguine i locale ale Ang II i ale ECA sunt majorate n hipertensiune arterial n corelare cu elevarea produselor peroxidrii lipidelor, pe 29 msur ce cantitatea captatorilor radicalilor liberi (superoxiddismutaza, vitamina E, componentele sistemului glutationic) sunt n descretere. Radicalii liberi de oxigen contribuie la sinteza de fibrinogen, cauznd diminuarea elasticitii arterelor mari i mici. Unul din mecanismele de declanare a acestui proces const n creterea expresiei factorului derivat de plachete, care activeaz fibroblatii matricei extracelulare i poteneaz procesul de adeziune a neutrofilelor. Acestea din urm coroboreaz inflamaia neointimal i reprezint o surs important de eliberare a radicalilor liberi de oxigen. Stresul oxidativ i mediatorii proinflamatori sporesc expresia moleculelor de adeziune, iar nivelul circulant al selectinelor se coreleaz cu indicii funcionali ai reactivitii vasculare periferice, ai elasticitii arteriale i rezistenei vasculare periferice, ct i cu valorile tensiunii arteriale. Radicalii liberi de oxigen acioneaz vasoconstrictor, deoarece ei induc creterea concentraiei ionilor de Ca2+ n citoplasma miocitelor netede vasculare. Acest fenomen este mediat prin activarea inozitolfosfatului, prin inhibiia pompei de calciu endoplasmatice (Ca2+-ATP-aza). n tangen cu aceasta se anun nsemnat accentuarea efectelor

vasoconstrictoare, mitogene i de cretere ale Ang II [41,42]. Sunt conceptual importante evidenele ce demonstreaz aciunea stimulatoare a speciilor reactive de oxigen asupra enzimei de conversie a Ang I n Ang II pe cale clasic, determinnd astfel majorarea stocului local i circulant al Ang II. Pe acest fondal se produce inhibiia ECA II, care faciliteaz formarea de Ang 1-7, ce posed aciune vasorelaxant. Radicalii liberi de oxigen mediaz aciunea detrimental a hiperglicemiei asupra arterelor i faciliteaz formarea produselor finale glicate, marcheri veritabili ai disfunciei endoteliale [43,44]. n cadrul glicrii neenzimatice a proteinelor contractile i scheletice ale peretelui vascular se produce majorarea stiffness-lui arterial, asociat de afectarea reactivitii vasculare periferice i elevarea rezistenei vasculare periferice. Produsele glicrii proteice neenzimatice sunt estimate n snge drept marcheri ai periclitrii complianei arteriale i ai disfunciei endoteliale. Rata lor cantitativ este n deosebi sporit n diabetul zaharat i sindromul metabolic, factori de risc notabili ai hipertensiunii arteriale. n acest context testul de evaluare a reactivitii vasculare periferice prin acetilcolin sau flux dependent n cadrul impactului prandial prin ingestie de glucide sau grsimi reprezint o prob diagnostic a disfunciei endoteliale precoce. Totodat, SRO acioneaz stimulator asupra sintezei enzimei Lp-PhA2 (fosfolipaza A2 asociat de lipoproteine) de ctre endoteliocit n condiiile aciunii mediatorilor proinflamatori i citochine. Nivelul circulant al acestei enzim de asemenea este definit drept un marcher al disfunciei endoteliale, al inflamaiei endoteliale i a stresului 30 oxidativ. Rezultatele studiului desfurat n clinica Maya din SUA specific c la pacienii cu nivelele circulante ale Lp-PhA2 peste 200 nm/ml riscul evoluiei accidentelor vasculare crete semnificativ. Activarea stresului oxidativ se coreleaz fidel cu dinamica clinico-funcional a HTA, cu severitatea afectrii organelor int i ceea ce este oportun i cu indicii reactivitii vasculare endoteliu-dependente. Evalund spectrul cauzelor creterii sintezei radicalilor liberi de oxigen s-a ajuns la concluzia c hipertensiunea arterial se impune drept un factor stimulator [45]. Aciunea presoare a jetului sanguin asupra peretelui vascular n cadrul elevrii intempestive a TA cu 40-50 mm Hg conduce la creterea rapid a pool-lui local de radicali. . Vecchione i colab. (2009), studiind acest fenomen, au decelat rolul activrii chinazei-1, legate de protein, integrina [46]. Deci, ntre evoluia hipertensiunii arteriale i stresul oxidativ exist relaii reciproce, iar eficiena formulelor terapeutice const n anihilarea acestui cerc mutual. Sunt fcute ncercri de a evidenia marcherii vasculari ai dou procese, de asemenea aflate n relaii de stimulare reciproc, a rspunsului inflamator i a stresului oxidativ. Datele obinute n acest sens semnific c marcherii vasomotricitii (indicii relaxrii vasculare mediate prin endoteliu) reflect predilect intensitatea rspunsului inflamator i se coreleaz cu nivelele circulante ale citochinelor, iar indicii elasticitii sau complianei arteriale se raporteaz autentic la gradul de activare a stresului oxidativ i se coreleaz cu nivelele radicalilor liberi de oxigen [47]. La aceast conotaie se consider, c unul din mecanismele efectului benefic al statinelor

asupra funcionalitii vasului este datorat aciunii antioxidante iminente acestor remedii [48]. Exist dovezi privind rolul cheie al radicalilor liberi n accelerarea senescenei vasculare i legate de aceast mecanism - a hipertensiunii arteriale, n acest context fiind accentuat nu att sinteza lor excesiv, ct epuizarea sistemului antioxidant [49,50]. n acord cu aceast afirmaie este i evidena creterii nivelului de peroxinitrit odat cu compromiterea funcional a vasului determinat de vrst [51]. Radicalii liberi de oxigen sunt capabili s altereze i s afecteze funcia telemerilor, terminaiunilor cromozomiale care conin secvene repetate de ADN [50], conducnd astfel la senescena prematur a celulei. La nivelul endoteliului vascular acest fenomen va reduce capacitatea de sintez a oxidului nitric, iar n tunica medie muscular pierderea fenotipului contractil, preluarea fenotipului secretor al miocitului neted vascular i secreia de mediatori ai inflamaiei i infiltraiei celulare. Radicalii liberi de oxigen altereaz aparatul mitocondrial al celulelor endoteliale i musculare ale vaselor, iar prin urmare i organitul unde acetia se formeaz n proporie de 9031 95%, avnd drept repercusiuni moartea celular prin apoptoz, activarea fibroblatilor i sinteza sporit de colagen, prghii fezabile ale remodelrii structurale a vaselor [52]. Este de asemenea intens vehiculat opinia despre rolul important al stresului oxidativ n modificarea raportului miocitelor vasculare netede mature cu fenotip contractil fa de stocul miocitelor cu fenotip sintetic sau secretor. Creterea acestuia din urm, nu este caracteristic n condiii fiziologice, poate fi urmrit sub aciunea unui set de factori, printre care se noteaz SRO, citochinele, Ang II, stresul hemodinamic, metaloproteinazele matricei . Drept urmare se constat micorarea expresiei acidului micro-ARN, un oligopeptid din 22 de aminoacizi, care particip oportun n diferenierea celular i n controlul raportului de fenotip. Prelund fenotipul sintetic, miocitul neted vascular devine o celul ce secret activ molecule de adeziune, mediatori proinflamatori i ai expresiei receptorilor ctre lipoproteine, fapt ce rezult n leziunile aterogene ale peretelui vascular, n disfuncia endotelial i n hiperplazia neointimal, element structural estimabil al remodelrii vasului periferic. Una din consecinele funcionale ale acestor evenimente este periclitarea rspunsului vascular la aciunea agenilor vasodilatatori i potenarea rspunsului constrictor la stimulare adrenergic, angiotensinic i endotelinic, care se traduce prin creterea tonusului vascular bazal i elevarea tensiunii arteriale. De menionat n acest context, c radicalii liberi de oxigen activeaz procesul vascular aterogen prin oxidarea LDL, alterarea conexiunilor dintre endoteliocite i facilitarea traficului liporpoteinelor n spaiul subendotelial, creterea intermediat a expresiei receptorilor de captare a LDL oxidate. n cadrul

stresului oxidativ se intensific sinteza colagenului i degradarea elastinei, iar deprecierea raportului dintre aceste proteine scheletice ale peretelui vascular conduce la micorarea complianei arteriale n detrimentul meninerii rezistenei vasculare periferice la valori fiziologice ale vrstei. Dei SRO sunt estimate drept factori ce determin expresia VEGF i asociat de aceasta sechestrarea sporit a celulelor endoteliale progenitoare, apoptoza celulelor endoteliale declanat de stresul oxidativ poate fi o cauz a reducerii numerice a lor, chiar pe fondalul elevrii nivelelor circulante ale celulelor progenitoare. n plus, SRO afecteaz procesul de cantonare a celulelor progenitoare n peretele vascular i diferenierea lor ulterioar. 1.3. Elasticitatea arterial: entiti conceptuale i mecanisme de afectare Elasticitatea arterelor n viziunea conceptului clasic definete proprietatea peretelui vascular de a atenua fora undei pulsatile a jetului sanguin n sistol prin conformarea relaxant a acestuia, iar energia cinetic acumulat este propice meninerii adecvate a fluxului diastolic graie manevrei inverse a acestuia. Entitatea acestui fenomen este determinat, n primul rnd, de structurile elastice ale mediei i adventiiei, eviden predominant n arterele de calibru mare, 32 ponderea crora descrete distal paralel cu majorarea rolului musculaturii netede vasculare. Totodat, endoteliul vascular este un factor important ce influeneaz elasticitatea arterelor, dat fiind funcia lui de control i de modelare a proceselor de proliferaie i hipertrofie ce se desfoar n straturile peretelui vascular sub aciunea stimulilor neuroendocrini, autocrini i paracrini, antrennd n acest scop o serie de mediatori: NO, PGI2, EDHP, adrenomedulina etc. Din acest motiv, afectarea endotelial vascular (aterosclerotic, diabetic) contribuie nemijlocit la pierderea progresiv a elasticitii arteriale, care compromite homeostazia circulatorie, fiind un promotor fiabil pentru o serie de maladii cardiovasculare inerente vrstei [53-58]. S. Zeiman i colab. (2005) pun semnul egal ntre noiunea de elasticitate, complian i rigiditate arterial, estimnd modificarea acestora (i.e. micorarea elasticitii, complianei sau elevarea stiffness-lui) drept un predictor (n asociere cu disfuncia endotelial, BNP, nivelele circulante ale NE i ET-1, microalbuminuria, proteinuria, dislipdemiile, hiperhomocisteinemia etc.) al HTA, al insuficienei cardiace, al riscului cardiovascular i al mortalitii prin afeciunile cardiovasculare [59], not validat i de ali autori [60-63]. Mult timp se considera c media muscular este stratul principal al peretelui vascular, care influeneaz stiffness-ul arterial, n special la nivelul arteriolelor rezistive. Acest postulat a fost coroborat i prin evidena proprietii miocitului neted vascular de a sintetiza prostaciclina i care

a fost censemnat anterior descoperirei de ctre Furchgott i Zawadzki a factorului endotelial derivat din endoteliu i identificat ulterior de Moncada drept oxidul nitric. Odat cu acumularea dovezilor vizavi de rolul oportun al endoteliului vascular n controlul tonusului vascular bazal prin intermediul oxidului nitric i EDHF apanajul conceptual al elasticitii arteriale a fost prodigios completat prin aspecte de interdependen dintre biologia mediei musculare i intima vasului. Hiperplazia, hipertrofia, migraia celulelor musuclare, ct i funcionalitatea sistemelor de control al fenotipului lor contractil sunt guvernate printr-un lot mare de molecule de semnalizare cu aciune paracrin eliberate de ctre endoteliul vascular. Disfuncia endotelial este conceput drept un instrument fiabil al creterii stiffness-lui vasului i al afectrii complianei acestuia. Totodat, au fost consolidate date privitor la aportul adventicei n reglarea biologiei vasculare. Aceast lamin estern elastic se anun oportun n ascet sens cel puin prin 3 entiti: 1. Cantoneaz terminaiunile nervilor parasimpatici i simpatici, mediatorii crora particip iminent n reglarea constitutiv a tonusului vascular bazal. Acetilcolina difuzeaz spre endoteliocit, activeaz NOSec i determin eliberarea de NO, care ulterior acioneaz asupra miocitului neted i provoac relaxarea lui prin intermediul GMPc. Norepinefrina acioneaz direct constrictor asupra miocitului prin intermediul receptorilor alpha-1-adrenergici, dar 33 difuzeaz i spre endoteliocit, unde activeaz receptorii alpha-2-adrenergici, fapt ce rezult n eliberarea de oxid nitric. 2. Conine un numr mare de macrofagi i fibroblati, ultimii fiind activai sub diferite condiii fiziopatologice sintetizeaz cantiti sporite de colagen. De menionat la aceast noim c fibroblatii adventiiali pot migra att spre media muscular, ct i spre intim, facilitnd proceseele de proliferare, propice ngrorii peretelui vascular i progresrii aterosclerozei, elemente de baz ale remodelrii vasculare i evoluiei HTA. 3. NADPH-oxidaza din adventice asigur formarea excesului de anion superoxid, care dup cum s-a menionat mai sus declaneaz un set de modificri structurale i funcionale vizavi de biologia vasului, important fiind, de asemenea, limitarea viabilitii oxidului nitric i n conexiune cu aceasta perturbarea reactivitii vasculare endoteliu dependente. Cele mai tranante evidene care se refer la rolul tunicii adventiiale n biologia vascular sunt acumulate asupra vaselor cerebrale i coronariene epicardice. Exsit ipoteze, protrivit crora fibroblatii adventiiei conin invaginri membranare similare celor depistate pe mebrana celulei endoteliale n care se conine complexul caveolinic de sechestare i activare a NOSec. Studii direcionate arat posibilitatea de transfer genetic n fibroblatii adventiiei a genei ce codeaz expresia NOSec, conducnd astfel la potenarea sistemului vascular de sintez a NO i corecia

n acest context a vasospasmului cerebral i coronarian. Pe acest fondal segmentele denudate de artere cerebrale sau coronariene menin n mare proporie capacitatea de relaxare endoteliu dependent caracteristic aciunii acetilcolinei sau bradikininei. Aceste manevre genetice pot fi oportune n cazul diabetului zaharat, hipertensiunii arteriale, hipercolesterolemiei, deci a afeciunilor cardiovasculare asociate de alterarea endoteliului vascular i incapacitatea acestuia de a elibera cantiti suficiente de oxid nitric. Un rol deosebit al adventiiei n controlul tonusului vascular bazal este vizat prin prisma NOS-neuronale, care este cantonat adiacent terminaiunilor nervoase simpatice i parasimpatice, iar activarea acesteia i eliberare de NO se produce prin interemediul Ach, NE, polipeptidului Y i substanei P. Astfel, expresia acestei enzime de sintez a NO reprezint un mecanism important de contrtacarare a vasoconstriciei n condiiile fiziopatologice ce compromit expresia NOSec i eliberarea oxidului nitric endotelial. Inflamaia vascular se estimeaz drept un mecansim precoce i persistent al remodelrii vasculare periferice, aceasta iniial fiind identificat n tunica adventiei. Drept urmare se produce expresia n sus a NOS inductibile n cadrul congruenei dintre macrofage i fibroblati, fapt ce rezult n eliberarea exagerat a oxidului nitric. Acesta compenseaz disfuncia endotelial, dar n manier de feed-back negativ acioneaz inhibitor asupra expresiei NOSec, 34 determinnd decuplarea acesteia de la influenele stresului hemodinamic, hormonii i factorii neuroendocrini circulani, aciunea crora de hipertrofie, hiperplazie i proliferare asupra structurilor mediei musculare sau asupra neointimei devine accentuat. n consecin se conduce la o remodelarea vascular rapid, la pierderea complianei vasculare i la elevarea tensiunii arteriale. Astfel, micorarea elasticitii arteriale este rezultatul interaciunii unui lot versatil de factori extrinseci i intrinseci n arena endoteliului, mediei musculare i adventiiei (fig.1.1), care va conduce la remodelarea structural a peretelui vasului, micorarea calibrului lui luminal pe fondalul procesului de ngroare i corespunztor la diminuarea complianei acestuia. De menionat la aceast conotaie, c diferii factori de risc cardiovascular declaneaz, augmenteaz i coroboreaz aceast interaciune, iar remodelarea vascular, la rndul su, exacerbeaz evoluia repercusiunilor circulatorii. Stiffness-ul vascular, estimat dup valoarea indicelui cantitativ, nu este uniform diseminat pe itinerarul vaselor sangvine, n special n bazinul arterelor mari i de conduit, gradul de omogenitatea crescnd distal [64,65]. n arterele de calibru mare variaiile indicilor elasticitii sunt predilect determinate de balana proteinelor skeletonului peretelui vascular: colagena i elastina.

Figura 1.1. Contribuia diferitor factori asupra stiffness-ului vascular [59]. Coninutul i echilibrul lor sunt n funcie de rata formrii i a degradrii. Sub aciunea stimulilor proinflamatori, a citochinelor, ct i a stresului hemodinamic crescut, colagenul se produce n exces, iar cantitatea de elastin, dimpotriv, se reduce [66,67]. Dup cum reiese i din fig.1.1, elastina, proteina cu proprieti elastice marcante, este n declin n endoteliu i, ceea ce este foarte important - n media peretelui vascular, contribuind la micorarea complianei vasculare. Expresia colagenei, protein cu proprieti elastice mai inerte, avanseaz n toate 35 straturile, fiind o cauz de ngroare a stratului medie-intim n detrimentul calibrului luminal, iar disfuncia endotelial, prin potenarea aciunii mitogene i de cretere a stimulilor neuroendocrini, faciliteaz hipertrofia musculaturii netede. Evaluarea histologic a intimei a pus n eviden infiltraia macrofagilor i monocitelor, a celulelor netede musculare, creterea metaloproteinazelor matricei, a citochinelor (e.g. ICAM, TGF-beta) i prezena epavelor moleculelor de elastin [68]. Metaloproteinazele matricei reprezint o familie mare de enzime proteolitice (fig.1.2) i posed o activitate colagenolitic i elastinolitic nalt, iar degradarea proteinelor matricei extracelulare condiioneaz formarea n exces a moleculelor deformate i estropiate de colagen i elastin, puin efective la conotaia realizrii proprietii elastice a peretelui vascular. Mai mult ca att, celulele sangvine mono- i polinucleare cantonate datorit afectrii funciei de barier a endotleiului, precum i a creterii expresiei citochinelor chemoatractante, produc colagenaze (MMP-1, MMP-8, MMP-13) i elastaze (MMP-7 i proteinele serine) [69]. Activarea enzimatic poate fi indus i de ctre speciile reactive de oxigen, plasmin, trombin, iar cantitatea redus a inhibitorii tisulari ai enzimelor matricei extracelulare (TIMP) sporete dezintegrarea acestei din urm [70]. Depunerile de condroitin

sulfat, proteoglicani i fibronectin sunt de asemenea implicate notabil n procesul de cretere a grosimii i a rigiditii peretelui vascular [71]. Moleculele de colagen, importante n promovarea forei de ncordare a peretelui vascular, formeaz rapid dup sinteza lor legturi ncruciate, propice organizrii spaiale a matricei, iar scindarea enzimatic a acestora conduce, respectiv, la dezorganizarea ei.

Figura 1.2. Activatorii i inhibitroii familiilor de metaloproteinaze ale matricei extracelulare [59] n plus, dezmembrarea legturilor cauzeaz creterea moleculelor solitare de colagen, ruperea lor i pierderea complianei vasculare. Moleculele de elastin, analogic, sunt stabilizate prin formeaz legturilor transversale, iar agregatele organizate, desmosina i idodesmosina 36 confer o elasticitate adecvat peretelui vascular. Ruperea acestor legturi are drept urmare consecine nefavorabile: 1) creterea susceptibilitii moleculelor izolate de elastin fa de alte enzime proteolitice (serine) ale matricei i diminuarea cantitativ a fibrelor skeletonului vascular; 2) deprecierea capacitii elastice a matricei; 3) predispoziia fa de mineralizarea prin calciu i fosfor, factori contribuabili ai majorrii stiffness-lui vascular. De notat i rolul afectrii mecanismelor de reparaie molecular consecvent activrii neuroendocrine i a citochinelor (predilect TNF-alpha), precum i al acumulrii EGP - produselor finale ale reaciei glucidelor cu rezidiurile aminoacide ale proteinelor sau acizilor nucleici, care formeaz puni stabile ntre fibrele de colagen i elastin, inducnd distorsa acestora i rigiditatea peretelui vascular [72,73,74]. EGP, dup cum menioneaz S.Goh i M. Cooper (2008) pot amorsa prin intermediul

receptorilor specifici din familia imunoglobulinelor (RAGP) formarea citochinelor proinflamatoare i a radicalilor liberi (supeoxidul anion, peroxinitritul), activarea factorilor de cretere, a moleculelor de adeziune i a metaloproteinazelor matricei [75]. Creterea lor cantitativ se coreleaz cu afectarea reactivitii vasculare endoteliu dependente, cu progresia aterosclerozei, migraia miocitelor netede i perturbarea balanei proceselor fibrinolitice i de coagulare [76, 77, 78]. Rmne, totui, nc obscur opinia asupra semnificaiei patogenetice a depunerilor lipidice n peretele vascular i a evoluiei aterosclerozei n micorarea elasticitii vaselor, ntruct sunt relatri privitor meninerea unei compliane arteriale normale sau chiar crescute la persoanele tinere cu hipercolesterolemie izolat [79]. Odat cu vrsta corelaia dintre nivelele sangvine de LDL i ale indicilor complianei arteriale devine negativ, dar progreseaz i disfuncia endotelial. Legtura cauzal dintre ateroscleroz i afectarea stiffness-lui vascular este plauzibil, cel puin prin coexistena unor mecanisme comune. Afectarea endoteliului vascular pericliteaz i funcionalitatea musculaturii netede. Reducerea coninutului de oxid nitric i a viabilitii lui (n asociere cu elevarea peroxinitritului), creterea expresiei inhibitorului nitricoxidsintetazei (dimetilarginina asimetric) i a fluxului de calciu sub aciunea factorilor neuroendocrini deriv ntr-un tonus muscular majorat [80, 81]. Acesta din urm compromite transmiterea semnalului undei pulsatile spre NOSec a endoteliocitelor, care au menirea s elibereze monoxid de azot i s asigure relaxarea muscular n platoul jetului sanguin sistolic. Mai mult de att, reducerea frecvenei i a amplitudinii semnalizrii mecanice contribuie la expresia n jos a NOSec, fapt ce va facilita progresia hipertrofiei tunicii musculare , activarea metaloproteinazelor matricei i dezorganizarea structural a lanurilor de colagenului i elastin, care n ansamblu reprezint un instrument fiabil de micorare a elasticitii vasculare. 37 Hipertorfia miocitelor netede vasculare este frecvent asociat de afectarea sistemului de control a fenotipului contractil al celulei musculare mature, ntruct aciunea unor din factorii de declanare a hipertorfiei se impune prin inducerea fenotipului sercetor sau sintetic. Pe fondalul deprecieiri cantitative a actinei miocitul neted vascular intensific secreia mediatorilor inflamaiei, a moleculelor de a semnalizare intercelular care activeaz microfagii i fibroblatii adveniiei, metaloproteinazele matricei, receptorii de captare a lipoproteinelor i a celulelor sangvine. Drept urmare se produce hiperplazia i ngroarea neointimal, vasul devinind pe plan funcional mai receptiv la stimuli vasoconstrictori din cauza diminurii complianei peretelui su, iar procesul de ateroscleroz progreseaz manifest. Mai mult, proliferarea subintimal amorsat de fibroblatii activai poate precede n timp leziunile endoteliale caracteristice aterosclerozei, aceasta frecvent fiind asociat de prezena calcificatelor vasculare.

Activarea neuroendocrin, un factor trigger i de agravare a evoluiei afeciunilor circulatorii, este recunoscut drept o verig patogenetic oportun a micorrii complianei arteriale. Astfel, Ang II stimuleaz sinteza colagenului, hipertrofia mediei musculare i remodelarea vascular, stresul oxidativ, iar pe de alt parte diminueaz producia elastinei i semnalizarea intercelular dependent de NO [82]. La aceast tangena este important i capacitatea acestui octapeptid de a majora expresia factorilor de cretere i a citochinelor, care declaneaz i intensific procesele inflamatoare n peretele vascular, activeaz enzimele interstiiale, favorizeaz infiltraia celular i dezorganizarea matricei extracelulare [83, 84, 85, 86]. n plus, aldosterona, hormonul mineralocorticoid dependent cantitativ de nivelele circulante ale Ang II, conduce la creterea stiffness-lui vascular prioritar prin stimularea hipertofiei miocitelor netede, sintezei fibronectinei i fibrozrii peretelui arterelor i venelor [87,88]. Retenia de sodiu consecvent excesului de aldosteron, de asemenea, reduce elasticitatea arterelor, iar dieta prin restricia de sare amelioreaz, chiar la aduli compliana vascular [89, 90]. Este concludent notat i aciunea stimulant direct a NaCl asupra hipertrofiei musculaturii netede vasculare, produciei de colagen i elastin, precum i asupra polimorfismului genetic, n special vizavi de genele receptorilor AT1, enzimelor de sintez a aldosteronei i a monoxidului de azot. Sodiul altereaz endoteliul, producia i viabilitatea oxidului nitric, stimuleaz formarea inhibitorului NOSec i a radicalilor liberi de oxigen i azot, decuplnd astfel congruena funcionalitii reciproce endoteliocit-miocit [90]. Catecolaminele i endotelina-1 demonstreaz un sinergism concludent la conotaia aciunii lor de potenare a proceselor de proliferare i hipertrofie a structurilor peretelui vascular, a expresiei citochinelor i a factorilor chemoatractani, inducnd la cote superioare creterea tonusului musculaturii netede i afectarea reactivitii vasului datorit remodelrii acestuia. Stresul oxidativ este vizat actualmente drept un mecanism oportun de declanare a hipertensiunii arteriale, entitatea fiziopatologic a cruia se impune prin aciunea alterativ direct a radicalilor liberi de oxigen asupra endoteliului vascular, precum i prin metabolizarea rapid de ctre acetia a factorului vasorelaxant derivat de endoteliu, NO. n reacia dintre anionul superoxid (O-) i NO se formeaz peroxinitritul, ONOO-, care posed per se aciune vasoconstrictoare i acioneaz detrimental asupra remodelrii vasculare. SRO faciliteaz de asemenea penetrarea moleculelor de LDL n spaiul subendotelial i expresia moleculelor de adeziune, fapt ce conduce la augmentarea leziunilor aterosclerotice, factor important n evoluia disfunciei endoteliale i a hipertensiunii arteriale. Mai mult dect att, odat instalat, hipertensiunea arterial devine un factor independent de activarea a stresului oxidativ, formnd astfel un cerc vicios, care agraveaz i accelereaz injuriile vasculare i compromite sistemele funcionale locale de meninere adecvat a valorilor tensiunii arteriale. 69

Msurile eficiente de reducere a intensitii stresului oxidativ au conotaie terapeutic patogenetic vizavi de hipertensiunea arterial, disfuncia endotelial i de remodelarea vascular. n acest context noi am estimat aciunea PH asupra unor componente nsemnate ale stresului oxidativ la pacienii cu HTA gr. II. Prin urmare, activarea stresului oxidativ la pacienii cu hipertensiune arterial este concludent i se datoreaz deprecierii defensivei antioxidante vis-a-vis de impactul speciilor reactive de oxigen. Acest fenomen poate fi consemnat drept un mecanism important de afectare a endoteliului vascular, asociat de metabolizarea prematur a oxidului nitric, realiznd, totodat, aciune stimulatoare asupra expresiei citochinelor i a moleculelor de adeziune care rezult n 71 coroborarea procesului inflamator al peretelui vascular, propice remodelrii structurale i funcionale a acestuia. Pe parcursul tratamentului antihipertensiv micorarea valorilor tensiunii arteriale s-a constatat n paralel cu potenarea sistemului antioxidant. n lotul pacienilor expui la PH cantitatea eritrocitar a GDR a crescut semnificativ - cu 21% i practic a atins nivelul martor. Catalaza a elevat n hematii cu 48% (p0,05) mai mic versus indicele normal. Astfel, precondiionarea hipoxic a condus la o majorare cantitativ a acestor 3 componente explorate ale sistemului antioxidant pn la valori statistic nesemnificative versus indicii martor. n cadrul tratamentului antihipertensiv creterea acestora a fost mai inferioar i numai GDR eritrocitar a atins nivel nesemnificativ fa de parametrul martor. Catalaza eritrocitar s-a consemnat majorat doar cu 11% (p