ARTÍCULOS ORIGINALES

El estrés oxidativo como mecanismo de acción del plomo. Implicancias terapéuticas

Oxidative stress as a mechanism of action of lead. Therapeutic implications

 

Martínez, Samanta Andrea; Cancela, Liliana Marina; Virgolini, Miriam Beatriz^*

IFEC-CONICET. Departamento de Farmacología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba. Haya de La Torre y Medina Allende. CP: 5016. TEL: +54-351 4334437. Córdoba, Argentina.
^*Autor responsable: TEL: +54-351 4334437. FAX: +54-351 4334420. mvirgoli@fcq.unc.edu.ar

Recibido: 7 de junio de 2011
Aceptado: 24 de agosto de 2011

 

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Resumen.

El plomo (Pb) es un metal no esencial altamente tóxico que afecta a diversos órganos y tejidos. Si bien aún no ha sido descripto un mecanismo único mediante el cual este metal ejerce sus efectos tóxicos, un gran número de estudios han puesto en evidencia el rol fundamental del estrés oxidativo en la intoxicación por Pb. A este respecto, ha sido informado que en la intoxicación por Pb el estrés oxidativo puede ocurrir a diferentes niveles: por generación de ácido ä-aminolevulínico (ä-ALA), por la capacidad per se que posee el Pb para inducir peroxidación lipídica en presencia de ión ferroso (Fe2+), o por depleción de glutatión (GSH) y enzimas antioxidantes. Sobre la base de estos antecedentes, el objetivo de esta revisión es presentar evidencias recientes sobre la implicancia del estrés oxidativo en los efectos adversos ocasionados por Pb, destacar la posibilidad de utilización de biomarcadores de estrés oxidativo como un método complementario al diagnóstico temprano de exposición y revelar la importancia de los compuestos antioxidantes como nuevas herramientas en la prevención y tratamiento de la intoxicación por este metal.

Palabras claves: Intoxicación con plomo; Estrés oxidativo; Biomarcadores; Antioxidantes.

Abstract.

Lead (Pb) is a highly toxic non-essential metal that affects different organs and tissues. Although at the present a unique mechanism by which this metal exerts its toxic effects has not been described, a large number of studies have highlighted the fundamental role of oxidative stress in the pathophysiology of Pb poisoning. In this regard, it has been reported that Pb-induced oxidative stress can occur at different levels: by the generation of ä-aminolevulinic acid (ä-ALA), through its ability to induce lipid peroxidation in the presence of ferrous ion (Fe2+), or via glutathione (GSH) or antioxidant enzyme depletion. On the basis of these antecedents, the aim of this review is to present recent evidence regarding the implication of oxidative stress in the adverse effects caused by Pb, to emphasize the possibility to use oxidative stress biomarkers as a complementary method for early detection of Pb exposure, and to reveal the importance of antioxidant compounds as novel tools in the prevention and treatment of Pb exposure.

Keywords: Lead poisoning; Oxidative stress; Biomarkers; Antioxidants.

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INTRODUCCIÓN

El plomo (Pb) es un metal tóxico ubicuo en el ambiente, ampliamente utilizado en el pasado principalmente como aditivo en pinturas y en combustibles, además de otras aplicaciones industriales en cañerías, baterías, juguetes, artículos escolares, cerámicos vidriados e imprentas (ATSDR 2007). Es un elemento no esencial para el ser humano y capaz de inducir alteraciones en diversos sistemas del organismo, tales como los sistemas nervioso, renal, circulatorio, inmunológico, reproductivo y hematopoyético. La detección de alteraciones en este último sistema contribuye al diagnóstico de exposición (Souza y Tavares 2009). Sólo un porcentaje del total del Pb ingerido por vía gastrointestinal es absorbido (entre el 10 y 15% en adultos, el 50% en niños) (Markowitz 2000). Una vez que ingresa al torrente sanguíneo, el 95% del Pb se acumula dentro de los eritrocitos durante aproximadamente 30 días (Patrick 2006a), donde interfiere en la síntesis del grupo hemo dada su capacidad de alterar la actividad de algunas enzimas que forman parte de esta vía metabólica, como las enzimas ácido ä-aminolevulínico sintetasa (ä-ALAS), ácido ä-aminolevulínico dehidratasa (ä-ALAD) y ferroquelatasa (Needleman 2004). Como resultado, los niveles de hemo en el organismo disminuyen ocasionando anemia, la cual va acompañada de alteraciones en los niveles sanguíneos de varios parámetros involucrados en esta vía de síntesis. Estas alteraciones han sido extensamente utilizadas como indicadores de intoxicación por este metal (Sakai y Morita 1996; Balparda 2008).
Por otra parte, en el organismo ocurren procesos fisiológicos o patológicos que dan lugar a la formación de radicales libres, especies de alta reactividad química con capacidad para reaccionar con biomoléculas, alterando la funcionalidad celular. En condiciones normales los mecanismos antioxidantes mantienen los niveles de estas moléculas reactivas en niveles fisiológicos, existiendo así un equilibrio entre los procesos que generan radicales libres y aquellos encargados de su eliminación; un desbalance en este equilibrio, es lo que se conoce como estrés oxidativo (Nordberg y Arnér 2001; Trachootham y col. 2008).
Si bien existen varias hipótesis para explicar los mecanismos de toxicidad del Pb, no se ha definido hasta el momento un mecanismo único. Se sabe que este metal es capaz de promover la generación de especies reactivas del oxígeno (EROs), y de afectar enzimas antioxidantes como catalasa (CAT), superóxido dismutasa (SOD), glutatión peroxidasa (GPx), glutatión reductasa (GR), entre otras. Sumado a evidencias recientes que señalan a los parámetros hematológicos como biomarcadores poco específicos de intoxicación por Pb (Ahamed y col. 2006; Ahamed y Siddiqui 2007; Cabaravdic y col. 2010; Wang y col. 2010), las alteraciones de estas enzimas y otras moléculas implicadas en los mecanismos de defensa antioxidante del organismo son consideradas posibles marcadores de daño biológico inducido por este metal, y la terapia antioxidante un posible tratamiento utilizado en pacientes con altos niveles de Pb en sangre (PbS) (Patrick 2006b).
El objetivo de esta revisión es presentar evidencias recientes que abordan los efectos tóxicos producidos por Pb como consecuencia de su capacidad de alterar el sistema de óxido-reducción celular y demostrar así la relevancia de este mecanismo en el estudio e implementación de tratamientos más efectivos contra el daño producido por este metal.

1.SISTEMA ANTIOXIDANTE Y ESTRÉS OXIDATIVO

El sistema antioxidante es el encargado de la remoción de las especies reactivas o radicales libres generados en el organismo como consecuencia de procesos fisiológicos o patológicos. Dado que la producción excesiva de estas moléculas puede inducir muerte celular, un adecuado balance entre los sistemas oxidante y antioxidante es vital para la función, regulación y adaptación de las células a diversas condiciones (Nordberg y Arnér 2001). Así, desde el punto de vista fisiológico, las células mantienen un equilibrio entre los procesos que dan lugar a la formación y eliminación de EROs y especies reactivas del nitrógeno (ERNs) (Trachootham y col. 2008). La alteración de este equilibrio se conoce como estrés oxidativo, condición bajo la cual, la función celular es extensamente afectada como consecuencia de las alteraciones en proteínas (Stadtman y Levine 2000), lípidos (Yla-Herttuala 1999) y ADN (Marnett 2000; Xu y col. 2008).

1.1. Especies reactivas del oxígeno
Las EROs se producen a partir del metabolismo celular normal o como consecuencia de la exposición a xenobióticos (Findlay y col. 2005). La mitocondria es la mayor fuente intracelular de EROs (Turrens 2003), las cuales a niveles fisiológicos se comportan como mensajeros de óxido-reducción en cascadas de señalización intracelular, mientras que a niveles elevados inducen modificaciones de macromoléculas afectando la funcionalidad celular o promoviendo apoptosis (Roberts y col. 2009; Circu y Aw 2010). Estas especies comprenden a varias moléculas químicamente reactivas derivadas del oxígeno (O₂), como son el radical hidroxilo (•OH), el anión superóxido (O₂ •−) y el peróxido de hidrógeno (H₂O₂). El •OH se forma a partir de H₂O₂ a través de una reacción que requiere ión ferroso (Fe²+) ó cuproso (Cu+) (reacción de Fenton o de Heber- Weiss) (Kehrer 2000) y es, probablemente, la molécula con mayor capacidad de generar daño en los sistemas biológicos en relación con otras EROs (Betteridge 2000). El O₂ •− se forma de manera espontánea a partir de O₂ principalmente en las cercanías de la membrana interna mitocondrial, sitio de la cadena respiratoria (Nordberg y Arnér 2001), también puede generarse por flavoenzimas (Zimmerman y Granger 1994), por acción de la óxido nítrico sintetasa en situaciones donde las cantidades de su sustrato o co-factor son insuficientes (Xia y col. 1996; Xia y Zweier 1997) o por otras enzimas como lipooxigenasa (Kontos y col. 1985) y ciclooxigenasa (McIntyre y col. 1999). Una vez formadas, dos moléculas de O₂ •− pueden ser dismutadas a H2O2 y O 2 mediante una reacción catalizada por la enzima SOD. El H₂O₂, si bien no es un radical libre, juega un rol fundamental como intermediario en la formación de la mayoría de las EROs y como mensajero intracelular afectando a diversos procesos celulares (Choi y col. 1998).

1.2. Principales componentes del sistema antioxidante
El sistema antioxidante puede ser dividido en dos grandes grupos: enzimático y no enzimático.

1.2.1 El sistema antioxidante enzimático está principalmente conformado por SOD, CAT, GPx y peroxiredoxinas (Prx´s)
SOD
Es la enzima que cataliza la dismutación del O₂•− dando lugar a la formación de H₂O₂ y O₂, siendo esta reacción una fuente de H₂O₂ (Fridovich 1995). La SOD está presente en el organismo en tres isoformas: Cu/Zn-SOD (SOD1) de localización citosólica, Cu/Zn-SOD extracelular (SOD3), y Mn-SOD (SOD2) presente en mitocondria (Faraci y Didion 2004), organela donde esta enzima es generada en altas concentraciones. Una vez producido, el H₂O₂ es removido por un sistema antioxidante conformado por CAT, GPx y Prx´s.
CAT
Es una enzima con localización predominante en peroxisomas de células de mamíferos donde, unida a â-Nicotinamida adenina dinucleótido 2´fosfato reducido (NADPH), que la protege de la inactivación y aumenta su eficiencia, cataliza la dismutación del H₂O₂ a agua (H₂O) y O₂. Cumple también la función de detoxificar otros sustratos como fenoles y alcoholes mediante una vía de reducción acoplada a H₂O₂ y se le ha atribuido un rol antioxidante de gran importancia, pues al disminuir el nivel de H₂O₂ disminuye también el riesgo de formación de •OH mediante la reacción de Fenton.
GPx
Es una enzima seleno-dependiente de la cual han sido caracterizadas cinco isoformas en humanos (Brigelius-Flohé 2006): GPx1 y GPx4, ambas citosólicas abundan en la mayoría de los tejidos; GPx2 se expresa mayormente en el tracto gastrointestinal; GPx3 es plasmática y GPx6 está localizada preferentemente en la mucosa olfatoria y tejido embrionario. Todas pueden catalizar la reducción de H₂O₂ utilizando glutatión (GSH) como sustrato, como así también, generar la reducción de otros peróxidos y alcoholes (Ryan-Harshman y Aldoori 2005; Muller y col. 2007). Existen evidencias que indican que GPx sería importante desde el punto de vista antioxidante bajo condiciones fisiológicas, donde el ciclo de óxido-reducción del GSH es la mayor fuente de protección contra bajos niveles de EROs, mientras que otras enzimas como CAT, se vuelven más importantes en la protección contra eventos severos de estrés oxidativo (Yan y Harding 1997). Asimismo, estudios realizados en diversos tipos celulares, especialmente en eritrocitos, han demostrado que la GPx es la principal enzima antioxidante para H₂O₂, dada su mayor afinidad hacia esta molécula con respecto a CAT (Izawa y col. 1996).
Prx´s
Son un grupo de peroxidasas que también contribuyen con el control de óxido-reducción celular por su habilidad de reducir peróxidos, como H₂O₂ e hidroperóxidos orgánicos (Rhee y col. 2005), función que realizan en conjunto con una tiorredoxina reductasa (TrxR), tiorredoxina (Trx) y NADPH (Nordberg y Arnér 2001; Findlay y col. 2005).

1.2.2. Sistema antioxidante no enzimático El tripéptido ã-L-glutamyl-L-cysteinyl-glicina o GSH es la molécula antioxidante más importante sintetizada en las células (Forman y col. 2009). Se localiza en el citosol celular donde, además de eliminar radicales libres, cumple funciones vitales como la conservación de grupos tioles de proteínas, la modulación de síntesis de ADN y de procesos relacionados con la función inmune (Lu 2009), la regulación de la homeostasis del óxido nítrico (NO) (Hogg 2002), la modulación de la actividad de proteínas por modificaciones post-transcripcionales (Pompella y col. 2003), la regulación de la división celular (Pallardó y col. 2009) y la modulación de la actividad de receptores de neurotransmisores (Oja y col. 2000). En mitocondria, el GSH es particularmente importante dado que allí no hay actividad de la enzima CAT por lo cual el GSH mitocondrial es considerado una molécula crítica en la defensa contra el estrés oxidativo (García-Ruiz y Fernández- Checa 2006). En el organismo, el GSH existe en su forma reducida (GSH) y en su forma oxidada (glutatión disulfuro, GSSG), siendo la primera la forma biológicamente activa (Kaplowitz y col. 1985). La mayor cantidad de GSH en la defensa antioxidante celular es utilizada por la GPx y por un tipo de peroxiredoxinas (Prx6), las cuales catalizan la reducción de H₂O₂ mediante la oxidación de GSH dando lugar a la formación de H₂O y GSSG. El GSSG es potencialmente tóxico, pero normalmente las células contienen altas concentraciones de GR, la cual mantiene la mayor cantidad de GSH en su forma reducida utilizando NADPH como dador de electrones, formando así un ciclo de óxido-reducción. Por último, si bien el GSH es la molécula antioxidante más importante producida a nivel celular, actualmente ha sido reportada una gran cantidad de compuestos con capacidad antioxidante como las vitaminas C (ácido ascórbico), E (á-tocoferol), A, B6 (piridoxina), el â-caroteno, la metalotioneína, la cistina, la homocisteína, la taurina, la metionina, las poliaminas, los flavonoides, los fitoestrógenos, los polifenoles, el zinc, el selenio, entre otros (Gurer y Ercal 2000; Powell 2000; Patra y col. 2001; Morin y col. 2008; Liu y col 2010; Reckziegel y col. 2011), muchos de ellos de gran aplicación terapéutica contra el estrés oxidativo.

2. ESTRÉS OXIDATIVO INDUCIDO POR PLOMO

La patogénesis de la toxicidad del Pb es multifactorial puesto que interfiere directamente sobre la activación de ciertas enzimas, interrumpe la síntesis de proteínas estructurales, altera la homeostasis del calcio, inhibe por competición la absorción de elementos trazas y altera el sistema de óxido-reducción celular, siendo en la actualidad este último mecanismo el más relacionado con la etiología de las alteraciones observadas en organismos intoxicados por Pb (Patrick 2006b).
A pesar de que es un metal que no sufre reacciones químicas de óxido-reducción en el organismo, tanto el Pb como el As, el Hg y el Cd, tienen en común la capacidad de incrementar la producción de radicales libres y de disminuir la disponibilidad de reservas antioxidantes del organismo, convirtiendo al estrés oxidativo en un componente clave en las consecuencias fisiopatológicas generadas por estos metales (Jomova y Valko 2011).
La generación de estrés oxidativo en la intoxicación por Pb puede ocurrir a diferentes niveles: por generación de ácido ä-aminolevulínico (ä-ALA), que constituye una potencial fuente endógena de radicales libres (Hermes- Lima y col. 1991); por la capacidad per se que posee el Pb para inducir peroxidación lipídica en presencia de Fe²+ (Adonaylo y Oteiza 1999) o por depleción de GSH y enzimas antioxidantes (Patrick 2006b). Un análisis detallado de estos mecanismos se presenta a continuación:

2.1. Efecto pro-oxidante del Pb por generación de ä-ALA
El Pb es un catión divalente con capacidad de unirse a grupos sulfhidrilos (-SH) presentes en proteínas, modificando de esta manera la función de ciertas enzimas y proteínas estructurales. Al respecto, está descripto que el Pb presente dentro de los eritrocitos interfiere en la síntesis del grupo hemo al alterar la actividad de algunas de las enzimas involucradas en este proceso, como la enzima ä-ALAS, encargada de sintetizar ä-ALA a partir de succinil- CoA, la enzima ä-ALAD, que cataliza la condensación de dos moléculas de ä-ALA para generar porfobilinógeno (PBG), y la enzima ferroquelatasa que cataliza la incorporación de hierro a una molécula de protoporfirina IX para generar el grupo hemo (Fujita y col. 2002; Needleman 2004). La inhibición de la actividad de ä-ALAD (la enzima más sensible a los efectos tóxicos del Pb) es el parámetro más comúnmente asociado al aumento de los niveles de PbS como indicador de exposición a este metal (Goering 1993). Más de un 80% del Pb presente en eritrocitos se une a ä-ALAD inhibiendo su actividad, lo cual resulta en un marcado incremento en los niveles sanguíneos y excreción urinaria de ä-ALA, el cual se autooxida dando lugar a la formación de EROs (Bechara 1996; Noriega y col. 2003; Ahamed y Siddiqui 2007; Flora y col. 2007a). El ä-ALA se enoliza y autooxida a pH 7,0 - 8,0 y la forma enólica de ä-ALA es oxidada generando O₂ •−.
Por otra parte, un proceso de oxidación simultánea de ä-ALA y oxihemoglobina promueve la generación de EROs dando lugar a la formación de metahemoglobina, radical ä-ALA y H₂O₂ (Monteiro y col. 1989). De esta manera, niveles elevados de ä-ALA producen peroxidación lipídica e inducen cambios en la permeabilidad mitocondrial mediante procesos mediados por calcio, además de otros efectos como el de promover la liberación de hierro presente en moléculas de ferritina (Bechara 1996). Sumado a estos eventos, ha sido bien establecida la capacidad de ä-ALA de inducir genotoxicidad, ya sea a través de un mecanismo que involucra •OH (Douki y col. 1998a) o mediante la formación de ácido 4,5-dioxovalérico, producto final de la oxidación de ä-ALA, sustancia potencialmente genotóxica (Douki y col. 1998b). De este modo, el proceso de oxidación de ä-ALA puede ser considerado un mecanismo indirecto del Pb para producir daño a nivel de ADN responsable, en parte, de la carcinogenicidad de este metal (Hiraku y Kawanishi 1996; Grover y col. 2010). Por último, teniendo en cuenta la capacidad de ä-ALA de generar EROs, se ha sugerido que la evaluación de la actividad de ä-ALAD y de los niveles sanguíneos y urinarios de ä-ALA pueden ser considerados índices de estrés oxidativo generados por Pb (Gurer-Orhan y col. 2004, Ahamed y col. 2006) dado que existen fuertes evidencias que señalan una marcada relación entre los bioindicadores de estrés oxidativo y una disminución en la actividad de la ä-ALAD (Tandon y col. 2002; Gurer-Orhan y col. 2004; Ahamed y col. 2005; 2006) y niveles incrementados de ä-ALA en sangre, orina y tejidos (Bechara 1996; Costa y col. 1997; Wang y col. 2006).

2.2. Peroxidación lipídica inducida por Pb Ha sido bien establecida la capacidad del Pb de generar peroxidación lipídica en diversos tejidos del organismo (Acharya y Acharya 1997; Bokara y col. 2008; Ergurhan-Ilhan y col. 2008). Los eritrocitos en particular son las células más afectadas, en parte por su alta afinidad por este metal, así como por su mayor vulnerabilidad al daño oxidativo respecto a otras células (Leggett 1993).
El Pb ejerce un efecto desestabilizante en la membrana celular a través de diversos mecanismos. En primer lugar, las alteraciones en la estructura y función de membranas celulares inducidas por Pb están ampliamente relacionadas con un aumento en los niveles de EROs generados como consecuencia de los efectos de este metal sobre el equilibrio de óxido- reducción celular (Ding y col. 2000). Además, el Pb cataliza la peroxidación de ácidos grasos insaturados (Yiin y Lin 1995) e induce daño oxidativo modificando la composición de ácidos grasos en las membranas (Knowles y Donaldson 1990; Lawton y Donaldson 1991), alterando de esta manera la actividad de enzimas unidas a la membrana. Al respecto, Sandhir y col. (1994) observaron una correlación lineal entre el aumento en la peroxidación lipídica inducida por Pb y una disminución en la actividad de acetilcolinesterasa cerebral. Asimismo, Flora y Seth (2000) observaron alteraciones en la actividad de acetilcolinesterasa y monoaminooxidasa acompañadas de niveles elevados de GSH, calcio intracelular y cambios en la fluidez de membranas celulares en ciertas áreas cerebrales de ratas expuestas a Pb. Kharoubi y col. (2008) evidenciaron una inhibición en la actividad ATPasa en células de hígado y riñón de ratas tratadas con Pb, junto a un incremento en los niveles de colesterol, triglicéridos, ácidos grasos libres, fosfolípidos y sustancias reactivas con el ácido tiobarbitúrico (TBARS), éstas últimas indicadoras de peroxidación lipídica.
De este modo, un gran número de evidencias demuestran que el Pb es capaz de incrementar la peroxidación lipídica alterando la integridad, permeabilidad y función de membranas celulares.

2.3. Efectos del Pb en el sistema de defensa antioxidante celular
El Pb, al igual que otros metales, tiene la capacidad de inactivar al GSH, disminuyendo así su función antioxidante. Asimismo, dado que la enzima GR posee en su estructura grupos funcionales -SH, el Pb puede inhibir su actividad reductora sobre el GSSG, lo cual disminuye aún más la disponibilidad de GSH (Patrick 2006b). Se ha observado también una disminución en la actividad de otras enzimas que utilizan GSH como la GPx, la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G-6-PD) y la glutatión S-transferasa (GST) tanto en animales de experimentación como en individuos ocupacionalmente expuestos a Pb (Hunaiti y col. 1995; Sivaprasad y col. 2004). La capacidad de este metal de alterar la actividad de otras enzimas implicadas en la defensa antioxidante como CAT y SOD también ha sido reportada (Chiba y col. 1996; Han y col. 2005; Bokara y col. 2008).
Cabe destacar que, si bien el Pb puede inhibir la actividad de estas enzimas, el efecto neto observado depende de los niveles de Pb presentes en el organismo. Así, mientras se observa inhibición de actividad de ciertas enzimas a niveles elevados o en situaciones en las que el tiempo de exposición al metal es prolongado, también se ha informado que a bajos niveles de Pb ocurre un incremento en la actividad enzimática. Al respecto, varios autores demostraron un aumento en la actividad de CAT a concentraciones elevadas de PbS y una correlación positiva entre estos parámetros en niños, adolescentes (Ahamed y col. 2005; 2006) y trabajadores expuestos al metal (Chiba y col. 1996; Gurer-Orhan y col. 2004), así como también en animales (Gurer y col. 1998; Soltaninejad y col. 2003). Estas observaciones han sido caracterizadas como un mecanismo de defensa en eritrocitos contra el incremento de H2O2 durante el estrés oxidativo generado por Pb. Por otra parte, a pesar de que algunos resultados indican una correlación positiva entre niveles de PbS y actividad de SOD (Costa y col. 1997; Soltaninejad y col. 2003; Han y col. 2005), otros no evidencian una clara correlación entre estos parámetros (Chiba y col. 1996; Kasperczyk y col. 2004; Oktem y col. 2004; Ergurhan-Ilhan y col. 2008) e incluso, algunos autores reportan una disminución de la actividad de SOD en plasma y eritrocitos a elevados niveles de PbS (Ito y col. 1985; Li y col. 2004; Patil y col. 2006). Asimismo, Kasperczyk y col. (2004) demostraron una reducción significativa de GPx en sangre que se correlacionó con elevados niveles de malondialdehído (MDA), indicador de peroxidación lipídica, en eritrocitos de trabajadores expuestos a Pb cuyos niveles de PbS superaban los 40 μg/dl; mientras que en aquellos individuos con concentraciones entre 25-40 μg/dl, los niveles de esta enzima se encontraron elevados.
Por otra parte, a pesar de que el Pb puede alterar la función de enzimas antioxidantes incrementando su actividad mediante una generación excesiva de EROs o disminuyéndola por su efecto directo sobre ellas, cabe mencionar la posibilidad de que muchas de estas enzimas podrían ser afectadas por este metal mediante un mecanismo independiente de estrés oxidativo, como fue observado por Daggett y col. (1998), quienes evidenciaron un incremento en los niveles de GST en hígado y riñón de ratas expuestas a Pb como consecuencia de un mecanismo alterado a nivel transcripcional en la síntesis de esta proteína. Por último, si bien se conoce que los iones metálicos son capaces de alterar el sistema de Prx´s inhibiendo la actividad de TrxR u oxidando a Trx (Lin y col. 1999; Witte y col. 2005; Hansen y col. 2006), hay escasa información disponible de los efectos del Pb sobre estas enzimas. Conterato y col. (2007) reportaron que este metal afecta la actividad de TrxR en riñón de ratas expuestas, considerando a esta enzima como un posible indicador temprano de exposición aguda a bajos niveles de Pb.

3. TERAPIA ANTIOXIDANTE

En la actualidad, la estrategia terapéutica más utilizada en la intoxicación por Pb consiste en favorecer su excreción a través de la quelación; siendo el etilendiaminotetraacetato de calcio disódico (CaNa2EDTA), el ácido meso 2,3-dimercaptosuccínico (DMSA), la Dpenicilamina y "british anti-lewisita" (BAL) los agentes quelantes más utilizados (Flora y col. 2007a; 2008). Sin embargo, diversos estudios han reportado efectos adversos sobre la salud como resultado de la aplicación de estos agentes quelantes tradicionales y su incierta eficacia en revertir y/o prevenir los efectos tóxicos de este metal (Gurer y Ercal 2000; Rogan y col. 2001; Soares y col. 2003; Yu y col. 2008). Por estas razones están siendo abordadas nuevas estrategias en el tratamiento de la intoxicación por Pb, en las cuales, elementos esenciales como calcio, zinc, hierro, selenio, ciertas vitaminas y otros compuestos antioxidantes son considerados importantes modificadores de la disponibilidad y toxicidad del Pb (Ahamed y Siddiqui 2007). En base a estas consideraciones, y teniendo en cuenta el rol del estrés oxidativo como mecanismo de acción propuesto para este metal, una gran diversidad de estudios están siendo enfocados en la terapia antioxidante como un método eficiente para contrarrestar los efectos inducidos por Pb, mejorando al mismo tiempo la efectividad de los agentes quelantes actualmente utilizados (Hsu y Guo 2002).
Los compuestos antioxidantes actúan a través de diversos mecanismos con la finalidad de neutralizar radicales libres y disminuir la producción de EROs. Por otra parte, algunos de ellos poseen capacidad quelante del Pb y otros metales, y a pesar de que este efecto es menor al de los agentes quelantes tradicionales (Gurer y col. 1998; Flora y col. 2003), cuando se administran tratamientos combinados de ambas sustancias se observa un claro sinergismo que mejora la capacidad de quelación (Flora y col. 2003; 2004; Sivaprasad y col. 2002; 2004). De esta manera, y sobre la base que el uso simultáneo de diferentes agentes quelantes es considerado como el tratamiento más eficaz contra la intoxicación por Pb (Flora y col. 2007b; Flora y col. 2008; Mikler y col. 2009), diversos estudios se han focalizado en la terapia combinada de éstos y sustancias antioxidantes (Tandon y col. 1994; Liao y col. 2008a; 2008b), los cuales han reportado efectos positivos con una mejor recuperación clínica asociada a la movilización del metal, evidenciando que este tipo de terapia combinada sería una mejor alternativa para el tratamiento de intoxicación por Pb. Más aún, ha sido también estudiado el rol protector de las sustancias antioxidantes en estadios tempranos del desarrollo neuronal, donde su administración durante la gestación y lactancia previene algunos de los efectos adversos ocasionados por el Pb en la descendencia de ratas expuestas a este metal (Antonio-García y Massó-González 2008; Massó-González y Antonio-García 2009), demostrando así la importancia de estos compuestos no sólo como una alternativa terapéutica, sino también como nutrientes claves para reducir el riesgo de intoxicación por este metal (Gulson y col. 2001; Gautam y Flora 2010; Jiao y col. 2011).

3.1. Principales compuestos antioxidantes 3.1.1.
Ácido á-lipoico Es un antioxidante endógeno que, además de reducir los peróxidos lipídicos y quelar metales tóxicos (Packer y col. 1995), posee la capacidad de incrementar la síntesis de novo de GSH al facilitar el transporte de cisteína (el aminoácido limitante en la producción de GSH) hacia el interior celular (Han y col. 1997). Ha sido reportado que su suministro exógeno incrementa los niveles de ácido á-lipoico libre en el organismo, el cual puede actuar como un potente antioxidante y así reducir el estrés oxidativo (Bustamante y col. 1998). De esta manera, se ha demostrado que este compuesto incrementa la supervivencia en líneas celulares tratadas con Pb (Patrick 2006b), aunque no posee un efecto quelante directo, sino que actúa como neutralizante de radicales libres o como reforzador de enzimas antioxidantes para contrarrestar los efectos del Pb sobre GSH y marcadores de estrés oxidativo (Pande y Flora 2002; Sivaprasad y col. 2003; Flora y col. 2008; Wang y col. 2008b).

3.1.2. Melatonina Es una hormona sintetizada por la glándula pineal que actúa como un potente neutralizante de radicales libres. Sus efectos protectores contra el daño oxidativo y citotoxicidad inducida por Pb han sido reportados en numerosos estudios (Kim y col. 2000; Daniel y col. 2004; Flora y col. 2004; Othman y col. 2004), en los cuales dichos efectos se han atribuido a sus propiedades hidrofílicas y lipofílicas (Reiter y col. 2000), y a su localización superficial en la bicapa lipídica de la membrana celular, donde posiblemente cumpla un rol protector contra el daño producido sobre proteínas de membrana (Mayo y col. 2003; Reiter 2003). Al mismo tiempo, se ha reportado que la melatonina eleva los niveles de ARNm de SOD en varios tejidos y que estimula a varias enzimas antioxidantes y enzimas involucradas en la síntesis de GSH (Kotler y col. 1998; Reiter 2003).

3.1.3. Metionina Además de su rol como precursor en la producción de GSH en hígado (Reed y Orrenius 1977), lo que le brinda su capacidad de neutralizar EROs al aumentar la producción de GSH, la metionina reacciona con EROs generando sulfóxido de metionina e incrementa los niveles de otras moléculas y enzimas antioxidantes (Patra y col. 2001; Jurczuk y col. 2006). De este modo, ha sido reportado su efecto beneficioso contra el estrés oxidativo ocasionado por Pb, además de un efecto quelante cuando es administrado en conjunto con N-acetilcisteína (NAC) en animales de experimentación (Calderón-Cabrera y col. 2008).

3.1.4. N-acetilcisteína (NAC) Es un compuesto antioxidante con un reconocido efecto protector contra el daño producido en la intoxicación por Pb, lo que ha llevado a proponer que esta sustancia, junto con DMSA o monoisoamil DMSA (MiADMSA), puede ser utilizada como agente preventivo y terapéutico de intoxicaciones por este metal (Pande y col. 2001). En este sentido, diversos trabajos han destacado que el tratamiento con NAC normaliza la relación entre GSH/GSSG, disminuye los niveles de MDA y aumenta la posibilidad de sobrevida celular en ratas expuestas a Pb (Ercal y col. 1996; Gurer y col. 1998). Provoca además una reducción y/o reversión de los efectos oxidantes generados por niveles incrementados de ä-ALA (Neal y col. 1997). Recientemente ha sido evidenciado que un derivado de este compuesto, la N-acetilcisteína amida (NACA), tiene mayor capacidad quelante y antioxidante que la NAC debido a su mayor lipofilicidad, siendo más efectivo contra los efectos neurotóxicos del Pb (Penugonda y Ercal 2011).

3.1.5. Selenio (Se) Es un mineral requerido por la enzima GPx y se ha informado que incrementa la capacidad antioxidante celular al aumentar los niveles de SOD, GR y la disponibilidad de GSH (Othman y El-Missiry 1998). Posee además un efecto protector contra los efectos tóxicos del Pb (Yuan y Tang 2001; Moshtaghie y col. 2007), el cual ha sido atribuido a su capacidad de unirse fuertemente a este metal para formar complejos (Flora y col. 1982). Asimismo, ha sido observada una correlación negativa entre niveles de PbS y Se en plasma de niños expuestos a Pb (Osman y col. 1998), lo que podría estar sugiriendo un efecto quelante de esta sustancia.

3.1.6. Taurina Es un aminoácido semi-esencial con efectos antioxidantes y estabilizantes en membranas celulares. Si bien no ha sido demostrada su capacidad quelante sobre el Pb, se ha observado que la taurina mejora la sobrevida celular en ratas y cultivos celulares expuestos a este metal, incrementa los niveles de GSH, y disminuye los de MDA (Selvaraj y col. 2006); demostrando así su capacidad antioxidante frente al daño ocasionado por Pb. Más aún, Fan y col (2009) evidenciaron la mayor capacidad de la taurina para revertir alteraciones en la actividad de SOD, óxido nítrico sintetasa (NOS) y en los niveles de NO en relación a otros compuestos antioxidantes.

3.1.7. Vitamina B6 (piridoxina) El mecanismo propuesto de la piridoxina frente a la intoxicación por Pb está relacionado con su rol en la vía metabólica de trans-sulfuración, donde la metionina es metabolizada a cisteína (Patrick 2006b). Se ha demostrado que ratas carentes de vitamina B6 expuestas a Pb presentan niveles inferiores de GSH con respecto a aquellas con concentraciones normales de esta vitamina (McGowan 1989) y que la administración de piridoxina en ratas expuestas a Pb mejora los niveles de actividad de ä-ALAD (Tandon y col. 1987), sugiriendo un rol antioxidante indirecto de vitamina B6 frente a la toxicidad del Pb.

3.1.8. Vitamina C (ácido ascórbico) Se ha demostrado que el ácido ascórbico, además de su conocida eficacia como agente neutralizante de radicales libres, inhibe la peroxidación lipídica (Hsu y col. 1998; Patra y col. 2001), revierte los efectos ocasionados por Pb en la síntesis del grupo hemo (Vij y col. 1998) y es capaz de quelar a este metal (Dalley y col. 1990). De esta manera, diversas evidencias indican que el tratamiento con ácido ascórbico revierte los efectos oxidantes y citotóxicos ocasionados por Pb en trabajadores (Wang y col. 2007), células y animales expuestos (Tandon y col. 2001; Mohammad y col. 2010; Bussche y Soares 2011; Kosik-Bogacka y col. 2011). Por otra parte, es bien conocido que el ácido ascórbico disminuye la absorción de Pb a nivel gastrointestinal y tiene un efecto inhibitorio de la incorporación de Pb a nivel celular (Fischer y col. 1998), logrando así disminuir la toxicidad de este metal. Al respecto, si bien diversos trabajos han puesto en evidencia que la administración de ácido ascórbico reduce los niveles de Pb en sangre o tejidos (West y col. 1994; El-Shafai y col. 2011), esto no ha sido descripto efectivamente por otros autores, dado que su administración en trabajadores expuestos con concentraciones de PbS superiores a 40µg/dl no logró alterar estos niveles ni el metabolismo de este metal (Lauwerys y col. 1983). En consonancia con estos resultados, Patra y col. (2001) no observaron disminución de los niveles de Pb en hígado, riñón, cerebro ni sangre de ratas expuestas tratadas con ácido ascórbico.

3.1.9. Vitamina E (á-tocoferol) Es el nutriente más conocido por su acción protectora de la estabilidad de la membrana celular y su capacidad de prevenir el daño oxidativo (Packer 1991). Su función biológica más importante es la defensa celular contra el estrés oxidativo a través de la modulación de cascadas de señalización intracelular (Azzi y col. 1992), explicando su rol protector frente a la toxicidad del Pb mediante su capacidad de prevenir la producción de EROs. Estudios in vivo e in vitro han demostrado que el suministro de vitamina E previene la inhibición de la actividad de ä-ALAD y la peroxidación lipídica inducida por Pb en eritrocitos (Rendon- Ramirez y col. 2007) y en diversos tejidos (Hsu y col. 1998; Patra y col. 2001), demostrando su capacidad de revertir el daño oxidativo inducido por Pb y otros tóxicos (Jurczuk y col. 2007; Das y Saha 2010; Wilhelm-Filho y col. 2010).

3.1.10. Zinc (Zn) Es un metal esencial que posee efectos mitigantes en la toxicidad del Pb dado que compite con éste por proteínas transportadoras presentes en el tracto gastrointestinal. Se ha evidenciado que la deficiencia de Zn puede incrementar la citotoxicidad del Pb y la susceptibilidad de neuronas al estrés oxidativo (Aimo y Oteiza 2006), y que el tratamiento con Zn revierte tanto la inhibición de ä-ALAD y el incremento de ä-ALA causados por Pb (Singh y col. 1994; Batra y col. 1998), así como los efectos adversos a nivel del sistema nervioso central inducidos por este metal (Moshtaghie y col. 2007). A pesar de ello, no hay fuertes evidencias de los efectos del Zn como antioxidante o quelante directo y la inhibición competitiva en la recaptación de Pb parece ser el mecanismo mediante el cual el Zn actúa como antioxidante indirecto en la intoxicación por Pb.

3.1.11. â-caroteno Si bien estudios clínicos han manifestado la existencia de efectos perjudiciales del â-caroteno (Omenn y col. 1996), existen evidencias epidemiológicas que han demostrado que el suministro de este compuesto puede reducir la incidencia de cáncer, arterosclerosis y esclerosis múltiple a través de un mecanismo preventivo de peroxidación lipídica, lo cual podría estar relacionado con su efecto antioxidante en la toxicidad por Pb (Shastri y col. 1999; Machartová y col. 2000).

CONCLUSIÓN

Es bien conocido que el sistema hematopoyético es afectado por Pb y que varios parámetros de este sistema han sido utilizados extensamente como indicadores de intoxicación por este metal (Balparda 2008). A pesar de que aún en la actualidad, varios autores siguen caracterizándolos como indicadores sensibles de daño biológico inducido por Pb (Kang y col. 2009; Wang y col. 2011), un gran número de evidencias señalan que estos parámetros comienzan a alterarse recién a partir de niveles de PbS entre 25 y 40 µg/dl, sugiriendo que no son herramientas sensibles para evaluar intoxicación a bajas concentraciones (Ichiba y Tomokuni 1990; Somashekaraiah y col. 1990; ATSDR 2007). Este hecho toma relevancia al considerar numerosos trabajos (Bellinger y Needleman 2003; Canfield y col. 2003; Jusko y col. 2008; Wang y col. 2008a) que han demostrado que el Pb produce efectos adversos, principalmente en niños, a concentraciones en sangre inferiores a 10 μg/dl, poniendo de manifiesto que no existen niveles de PbS seguros para los efectos nocivos de este metal en organismos en desarrollo.
Las evidencias presentadas a lo largo de esta revisión demuestran que el equilibrio de óxido- reducción celular es alterado por Pb (ver Figura 1), ya sea por un aumento en la generación de EROs, por inducción directa de peroxidación lipídica o por modificaciones en la actividad de las enzimas antioxidantes (Patrick 2006b), lo cual también, puede ocurrir a bajos niveles de exposición (Lee y col. 2006). De esta manera, teniendo en cuenta la capacidad del Pb de generar estrés oxidativo a bajas concentraciones y la escasa sensibilidad de los parámetros hematológicos como indicadores de intoxicación, en la actualidad están siendo estudiados diversos componentes del sistema antioxidante como posibles bioindicadores de exposición al Pb (Patrick 2006b). Sin embargo, a pesar de que un gran número de estudios evidencian una correlación positiva entre las concentraciones de Pb y alteraciones en estos parámetros indicadores de estrés oxidativo en diversos órganos, es importante tener en cuenta que estas alteraciones, al igual que las observadas a nivel hematopoyético, no son específicas de exposición a este metal, pudiendo ser observadas en diversas intoxicaciones y patologías (Forsberg y col. 2001; Cutler 2005; Kregel y Zhang 2007). Además, y puesto que estos cambios son altamente variables dependiendo de los niveles de Pb y del tiempo de exposición al metal, se sugiere utilizar estos bioindicadores como un método complementario al diagnóstico tradicional de intoxicación por Pb, sumándose a la determinación de los niveles de PbS y la anamnesis del paciente bajo estudio.

Figura 1. Mecanismos involucrados en el daño oxidativo celular inducido por Pb.
Si bien a bajos niveles el Pb promueve un incremento en la actividad del sistema antioxidante celular, a elevadas concentraciones inhibe la actividad de enzimas que metabolizan el H2O2 como CAT, GPx y Prx´s, lo que lleva a un incremento de H2O2 y favorece su conversión a •OH mediante la reacción de Fenton. Por otra parte, el efecto inhibitorio de altos niveles de Pb sobre ä-ALAD, GR y los subtipos de SOD favorece el incremento de radicales libres, disminuye las reservas de GSH e impide la eliminación de O2•−.
Como consecuencia, el resultante aumento de EROs inducirá daño celular a diversos niveles, efecto que se verá potenciado por la capacidad del Pb de alterar la integridad de la membrana plasmática, lo que hace a la célula más susceptible al estrés oxidativo. (-): efecto inhibitorio; (±): efecto estimulante o inhibitorio dependiente de la concentración de Pb; : Incremento; : Disminución.

Por otra parte, a pesar de que hasta hoy la estrategia terapéutica implementada contra la intoxicación por Pb y otros metales está basada en la utilización de agentes quelantes (Flora y col. 2007a; 2008), el gran avance en el estudio del estrés oxidativo como mecanismo fisiopatológico de este tipo de intoxicaciones, ha puesto en evidencia a una gran diversidad de compuestos antioxidantes como posibles agentes terapéuticos (Ahamed y Siddiqui 2007). Esta estrategia es considerada, en algunos casos, como más eficiente y con menor capacidad de generar efectos adversos en relación a los métodos basados en la quelación actualmente utilizados (Hsu y Guo 2002); como así también, de gran aplicación como un método preventivo de intoxicación (Gulson y col. 2001; Gautam y Flora 2010).
En conclusión, un creciente número de evidencias indica que la alteración a nivel del sistema antioxidante celular es uno de los principales mecanismos responsables de la intoxicación por Pb y que los cambios bioquímicos observados en este sistema pueden ser indicadores de exposición y/o intoxicación por este metal. Sin embargo, dada la complejidad del sistema antioxidante y la diversidad de efectos inducidos por Pb en el organismo, es clara la necesidad de seguir investigando sobre los mecanismos de toxicidad del Pb que involucran alteraciones en el equilibrio de óxido-reducción del organismo, a fin de mejorar los métodos clínicos diagnósticos y terapéuticos utilizados frente a la intoxicación por este metal, que a pesar de las políticas implementadas en diversos países, continúa siendo un problema que concierne a la salud pública mundial.

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