La célula endotelial
El endotelio está constituído por CEs poliédricas unidas entre si por un sistema de uniones intercelulares de tipo íntimo (zónula occludens), discontinuo (fascia occludens, unión desmosomal) o de gap junctions siendo el más común el tipo ocluyente, impermeable al tráfico celular y molecular.
Ejemplos típicos de la variedad de unión ocluyente serían el endotelio de la barrera hemato-encefálica (BHE) y el endotelio de vasos mayores, medianos, y aún capilares de ciertos territorios como el del tejido adiposo.
El endotelio le da a la BHE una resistencia transvascular de 1500 ohmios. El endotelio de la BHE, es selectivamente impermeable, capaz de biotransformar las drogas gracias a la acción del gen multidroga resistente (glicoproteína P), comportándose como un santuario inmunológico.
Las organelas de la CE están representadas por un citoesqueleto, mitocondrias de número variable de acuerdo con la función del órgano (abundantes en BHE y miocardio, escasas en endotelio endocárdico), cuerpos de Weibel – Palade (que secuestran la proteína de von – Willebrand, el factor VIII antihemofílico, la selectina P y el activador del plasminógeno tisular), retículo endoplasmático, ribosomas, lisosomas y Golgi.
La CE ostenta una vesiculación especial (parecida al burbujeo de una copa de champaña) llamado tráfico pinocitósico, abundante en ciertos endotelios (cordón umbilical) y muy escaso, casi nulo, en la BHE. Estudios morfométricos muestran que en el miocardio hay aproximadamente 1000 vesículas pinocitósicas por micra cúbica mientras en el endotelio pulmonar se aprecian aproximadamente 100.
La personalidad de la CE varía en cada barrera, en cada territorio tisular, en arterias y venas, en microcapilares y en la misma arteria según el segmento.
Estos cambios en su función van de la mano con cambios en la histología de la CE y la morfología de las estructuras de sostén incluyendo la membrana basal y la matriz extracelular.
La CE reposa sobre la íntima, en microcapilares la CE está en íntimo contacto con el pericito (célula pluripotente, indiferenciada y competente) que abraza la CE conformando un sincitio.
En vasos de mayor calibre la CE reposa sobre un lecho de células mesenquimales indiferenciadas, de linaje hematopoyético, que posiblemente son las que se diferencian en CEs en procesos de reendotelización.
Cuando Furchogott y Zawadski (1,2) propusieron que el endotelio estimulado con acetilcolina secretaba una sustancia con capacidad vasorrelajante, comenzó una intensa investigación que llevó a la identificación de ese factor relajante derivado del endotelio como el óxido nítrico (No).
Otras sustancias vasoactivas liberadas por el endotelio son la prostaciclina, la bradicinina, la angiotensina II y la endotelina (3).
Los factores liberados por la célula endotelial van a ser fundamentales en la regulación del tono vascular. Un balance correcto entre los factores vasoconstrictores liberados por el endotelio (angiotensina II y endotelina)y los vasodilatadores (prostaciclina, bradicinina y NO) va a permitir el mantenimiento de un tono vascular normal, que en condiciones fisiológicas es ligeramente vasodilatador.
Sin embargo, en una situación en la que este balance se desplace hacia el predominio de vasoconstricción, el tono vascular aumentará dando lugar a una situación de hipertensión.
Algunos de estos factores de origen endotelial no sólo tienen un importante papel como moduladores del tono vascular sino también en las interacciones que existen entre las células endoteliales y otras células componentes del microentorno vascular, como las células de la sangre.
El endotelio vascular recubre la pared interna de los vasos sanguíneos como una lámina contínua. Actualmente se considera que es como un compartimento tisular de grandes dimensiones y de particular importancia funcional.
El endotelio es la capa de células que cubre el interior de los vasos sanguíneos, como una epidermis que facilita el desplazamiento de la sangre.
Respecto a su tamaño, se debe considerar que una persona de 70 kg. de peso tiene una masa de tejido endotelial de 1000 a 1500 gr. aproximadamente.
Esta superficie está continuamente en contacto con 5-6 litros de sangre circulante; en otras palabras, 5-6 ml. de sangre están expuestos a un área endotelial de media de 0,8 –1 m2, por lo que se puede sacar un importante conclusión: el grosor de la capa de sangre que baña el endotelio es de aproximadamente 5 micras.
Este órgano puede ser afectado por varios factores internos que pueden manejarse con la terapeútica, pero que dependen en gran parte de la constitución individual, como sería la hipertensión arterial, la diabetes y el colesterol. Y hay un factor externo que lesiona el endotelio y que depende del estilo de vida, del comportamiento de las personas: Este es el tabaco, causa de disfunción endotelial.
Los estudios detallados de las interacciones entre el endotelio y los componentes de la sangre se han podido empezar a realizar en los últimos años. Durante este período se han desarrollado y se han hecho asequibles nuevos métodos analíticos y técnicas de cultivo más sensibles, así como preparaciones vasculares in vivo y in vitro.
Estas innovaciones han permitido conocer mejor a las células endoteliales, sobre todo por lo que respecta a sus propiedades bioquímicas, inmunológicas y fisiológicas.
Los resultados obtenidos no dejan lugar a dudas que el endotelio vascular juega un activo y decisivo papel en las interacciones de la sangre con la pared vascular y los tejidos adyacentes.
Ha dejado de ser considerado una barrera selectiva que contiene al plasma y elementos formes de la sangre, permitiendo el intercambio de nutrientes y desechos y es considerado actualmente como un órgano.
Un aspecto clínicamente importante es que la funcionalidad del endotelio se ha demostrado alterada en diversas patologías y condiciones, como la hipertensión, hipercolesterolemia, insuficiencia cardíaca congestiva, menopausia, infarto de miocardio, diabetes etc (4,5).
Esta deficiente funcionalidad endotelial se caracteriza por una mala respuesta vasodilatadora para los agentes que ejercen su efecto hipotensor a través de la estimulación de la generación de NO por el endotelio. Por tanto, para conocer los mecanismos íntimos de la génesis de la disfunción endotelial tenemos que conocer cómo se genera el NO en el vaso y cómo actúa sobre las células de músculo liso vascular.
Síntesis y liberación de NO por la pared vascular
El NO se forma mediante la conversión metabólica d e L-arginina e n L-citrulina. Esta reacción está catalizada por una familia de enzimas denominadas NO sintasas(NOS)(6,7).
En los vasos existen al menos dos isoformas de N0 sintasa: la primera de ellas, llamada NOS endotelial(NOSe) o según la nomenclatura actualizada NOS III, se localiza en el endotelio de la pared vascular.
La isoforma NOSe está constitutivamente expresada en las células endoteliales y genera cantidades pequeñas de NO durante períodos de tiempo cortos, es dependiente Ca2+-calmodulina y su actividad se regula por agentes vasoactivos como la acetilcolina o la bradicinina (6-8).
La segunda isoforma de NOS presente en la pared vascular se denomina inducible (NOS1) o NOS II Prácticamente no se expresa en condiciones fisiológicas, pero es inducida (de ahí su nombre) por citocinas como interleucina-1b (IL-1b) o el factor de necrosis tumoral-a (TNF-a) o endotoxinas como el lipopolisacárido de E.coli (7,9).
El sistema NOSe es Ca2+ independiente y genera cantidades elevadas de NO durante períodos de tiempo prolongados, siendo su actividad clínica más evidente en el shock séptico.
Funciones de la NO sintasa constitutiva y regulación de su expresión: papel en la disfunción endotelial.
Las células endoteliales generan NO al ser estimuladas por una gran variedad de agentes mediante la enzima NOSe Entre estos agentes se encuentra la acetilcolina, la bradicinina, la sustancia P, el ADP o la trombina. El NO liberado por la actividad de la isoforma NOSe es el responsable de la vasorrelajación dependiente del endotelio.
El NO ejerce su efecto vasodilatador a través de la estimulación de la producción de guanosín monofosfato cíclico (GMPc)en las células de músculo liso vascular 6-8 (fig. 1).
Se ha demostrado una mala respuesta vasodilatadora dependiente del endotelio en algunos modelos animales de hipertensión, aterosclerosis, menopausia o vejez (5-10).
Este efecto no se debe a un defecto en los receptores para la acetilcolina, ya que también existe una mala respuesta vasodilatadora para otros agonistas.
Figura 1.
El endotelio genera NO mediante la actividad de la óxido nítrico sintasa endotelio (NOSe). El NO viaja hasta la célula del músculo liso vascular, activa la guanilato ciclasa soluble que transforma el GTP en GMP cíclico (GMPC) y mediante el aumento de GMPc en la célula de músculo liso vascular al NO ejerce su efecto vasodilatador.
En ratas viejas se ha demostrado una deficiente respuesta vasodilatadora a la acetilcolina y bradicinina, en comparación con ratas jóvenes. Las ratas viejas tuvieron, sin embargo, una respuesta hipotensora conservada al nitroprusiato sódico (NPS), agente que proporciona NO exógeno que actúa directamente sobre las células de músculo liso vascular. Se han demostrado resultados similares en ratas espontáneamente hipertensas. Por lo tanto, estos resultados sugieren que la falta de respuesta vasodilatadora dependiente del endotelio observada en animales de experimentación añosos o hipertensos se debería a una deficiente producción de NO por parte de las células endoteliales.
Una vasodilatación disminuida dependiente del endotelio también se ha demostrado en humanos con distintas patologías de origen cardiovascular. Ludmen et al. (12) observaron que la acetilcolina (Ach) produce vasodilatación en pacientes con arterias coronarias angiográficamente normales y sin embargo se observa vasoconstricción en aquellos pacientes con vasos coronarios arterioscleróticos.
Resultados similares han sido descritos en algunos pacientes con hipertensión esencial. En muchos casos, también se han encontrado alteraciones en la respuesta vasodilatadora dependiente del endotelio en pacientes con ausencia de una enfermedad coronaria manifiesta, sugiriéndose que la disfunción del NO es un fenómeno que precede a la detección angiográfica de la lesión vascular (12).
La expresión de una proteína, en este caso la NOSe, se puede regular estimulando o inhibiendo la expresión de su gen correspondiente, o aumentando o reduciendo la vida media de su ARNm. Las regiones 3'-UTR de algunos ARNm no se codifican a proteína y pueden estar involucradas en la regulación de la vida media del ARNm modificando los niveles de expresión de proteína que modifican, de tal forma que la desestabilización del ARNm de la NOSe impediría una suficiente expresión de NOSe y, por lo tanto, una incapacidad de] endotelio de generar NO.
Cuando el endotelio es disfuncionante no sólo pierde su capacidad reguladora del tono vascular, sino que también sus propiedades antitrombóticas y antiadhesivas para leucocitos y plaquetas se van a ver afectadas.
En el proceso de adhesión de plaquetas y leucocitos al endotelio dañado intervienen distintas proteínas con funciones muy específicas. Algunas de esta proteínas, como la P-selectina, facilitan el frenado de estas células sobre la superficie endotelial (13).
Para que los leucocitos se adhieran al vaso, previamente tienen que frenarse sobre su superficie. Se ha demostrado cómo el NO impide la expresión de P-selectina en la pared vascular, impidiendo así la adhesión de las plaquetas y la formación de trombos murales (14).
Otras proteínas involucradas en la interacción leucocito-endotelio son las de la familia de las beta2-integrinas. Esta familia de proteínas se expresa sobre la superficie de los leucocitos activados induciendo su unión al endotelio disfuncionante (15-16) .
EI No inhibe la expresión de las beta2 integrinas por los leucocitos (17). El N0 actúa también directamente sobre las plaquetas, aumentando en el interior de estas células el GMPc y mediante este mecanismo el NO impide el fenómeno de agregación y adhesión a la pared vascular (18-19).
En resumen, el NO puede actuar de forma directa sobre los leucocitos y plaquetas, impidiendo su agregación y adhesión a la pared vascular, y de forma indirecta, a través de su propiedad vasodilatadora aumentando el flujo sanguíneo y facilitando así el "lavado" por el torrente sanguíneo de las plaquetas y leucocitos activados.
Como conclusión y teniendo en consideración todos estos antecedentes, parece clara la importancia de conservar la capacidad del endotelio para generar NO mediante la actividad de la enzima NOSe.
Regulación de la NOSe
Aunque la definición inicial de esta isoforma de NOS fue la de NOS constitutiva, al observarse su presencia de forma constitutiva en las células endoteliales, actualmente empezamos a conocer la existencia de mecanismos complejos que regulan los niveles de expresión de esta enzima.
En este sentido, los estrógenos, el ejercicio físico y la fuerza de rozamiento de la sangre sobre el endotelio (shear stress) aumentan los niveles de expresión de esta isoforma de NOS (19).
Por otro lado, algunas citocinas como el TNF-alfa o las IL-1beta disminuyen los niveles de expresión de la NOSe (20).
Trabajos recientes han demostrado que la disminución en los niveles de expresión de esta isoforma de NOS en respuesta a estas citocinas se debe a una disminución en la vida media del ARN mensajero que codifica para esta enzima (20-21).
En algunos ARN mensajeros, como los correspondientes a los genes de respuesta temprana como es el del c-myc, existen secuencias involucradas en la regulación de la estabilidad del ARN localizadas en la región 3' (fig. 2).
Figura 2.
Estas secuencias no van a ser traducidas a proteínas y reciben el nombre de región no traducida en 3'(3'-UTR).EI ARN mensajero de la NOSe también tiene una región 3'-UTR.
La desestabilización del ARN mensajero de cualquier proteína puede inducir una menor expresión de esa proteína. Como ejemplo, el ARN mensajero de la NOSe tiene una vida media entre 36 y 48 horas, es decir, dispone de al menos ese tiempo para traducirse a la enzima NOSe.
Los cambios en la expresión de la óxido nítrico sintasa endotelial(NOSe)pueden estar implicados en la disfunción endotelial asociada a una gran variedad de enfermedades vasculares.
La isoforma NOSe ha sido descrita inicialmente como constitutiva; sin embargo, en recientes estudios se ha demostrado que algunos estímulos fisiopatológicos como la hipoxia, el ejercicio crónico y el crecimiento aumentan la expresión de la NOSe en las células endoteliales.
Por otra parte, citocinas, como el factor de necrosis tumoral-a (TNF-a) y la IL-1a disminuyen la expresión de la NOSe a través de la desestabilización del ARNm de la NOSe. Se ha demostrado que el ARNm de la NOSe contiene una secuencia en la región 3'-UTR que une proteínas citosólicas del endotelio.
El TNF-a g la IL-1p aumentan la unión de las proteínas citosólicas del endotelio, sugiriendo que estas proteínas pueden tener un papel en la desestabilización del ARNm de la NOSe inducida por citocinas. mensajero de la NOSe pasa a ser de unas 6 horas, es decir, tiene menos tiempo para traducir a NOSe.
Por lo tanto, en esas condiciones, la cantidad de NOSe, o lo que es lo mismo, la capacidad potencial del endotelio de generar NO, se verá significativamente disminuida.
Diistintas citocinas disminuyen la expresión de la proteína NOSe activando la interacción de una proteína citosólica del endotelio con la región 3'-UTR del ARN mensajero de la NOSe (21,22).
Mediante este mecanismo, citocinas como el TNF-alfa o la IL1 beta disminuyen la expresión de NOSe, impidiendo que la célula endotelial libere un nivel adecuado de NO y por lo tanto induciendo la disfunción del endotelio (fig. 3).
Figura 3.
Afectación del
endotelio por los factores de riesgo cardiovasculares.
Ya se ha comentado anteriormente que la funcionalidad endotelial puede verse modificada por los factores de riesgo cardiovascular como la edad, la hipertensión, la hiperlipidemia, la diabetes, el tabaquismo, etc.
La frecuencia de la enfermedad cardiovascular aumenta con la edad en ausencia de otros factores de riesgo, lo que sugiere que la edad per se puede alterar la funcionalidad vascular.
En la circulación arterial y en la aorta, que está más expuesta a la presión pulsátil, la liberación de NO disminuye con la edad.
En el caso de la hipertensión, la disfunción endotelial contribuye a aumentar las resistencias vasculares periféricas y las complicaciones vasculares (23). En muchas formas de hipertensión experimental, la presión arterial elevada se asocia con una disminución de la relajación endotelio-dependiente (24). Este defecto puede ser más dominante en unos lechos vasculares que en otros, considerándose consecuencia más que causa de la hipertensión.
La relajación dependiente del endotelio también está reducida en pacientes hiperlipidémicos y arterioscleróticos (12,25). Las lipoproteínas de baja densidad (LDL) inhiben la relajación de las arterias coronarias. Parece importante para este efecto la oxidación previa de las LDL (26).
No obstante, no existe aún un consenso definitivo sobre la importancia del colesterol y la disfunción del endotelio en términos de la producción de NO, existiendo diferentes trabajos que demuestran una falta de correlación entre los valores de colesterol sérico y la disfunción del endotelio (27).
Es importante señalar que en pacientes con arterias coronarias angiográficamente normales la respuesta vasomotora a la acetilcolina es heterogénea (12,28).
En este sentido, Vita et al encontraron una asociación entre la respuesta vasoconstrictora a la acetilcolina de arterias coronarias con el colesterol sérico, el sexo masculino, la historia familiar de enfermedad coronaria y la edad de los pacientes (23).
El número de factores de riesgo fue el mejor valor predictivo de la respuesta a la infusión intracoronaria de Ach.
La falta de respuesta vasodilatadora a la Ach en los pacientes con diferentes patologías de origen cardiovascular podría deberse a una mala difusión o rápida degradación del NO generado por el endotelio, lo que le impediría actuar sobre la célula muscular lisa.
Otros autores como Sreeharan et al. han sugerido que el mecanismo responsable de la falta de respuesta vasodilatadora dependiente del endotelio en patologías como la arteriosclerosis, diabetes etc… se debe a una capacidad disminuida del endotelio de formar NO más que a su defecto en la difusión de este gas (29).
La falta de respuesta vasodilatadora y, en algunos casos, la aparición de una respuesta vasoconstrictora con la infusión de Ach en arterias coronarias angiográficamente normales parece indicar que la disfunción del endotelio precede a la aparición de un daño morfológico vascular. Por esta razón, la infusión de Ach se ha sugerido como una herramienta diagnóstica útil para la detección precoz de arteriosclerosis coronaria difusa que se desarrolla en los pacientes con trasplante cardíaco.
Es importante considerar que a pesar de la correlación existente entre los factores de riesgo y la aparición de una respuesta vasoconstrictora a la Ach, la respuesta vasodilatadora o vasoconstrictora puede variar en segmentos adyacentes dentro de un mismo vaso y por supuesto expuesto a los mismos factores de riesgo.
En este sentido, Yassue et al. han descrito la heterogeneidad en la respuesta de las arterias coronarias a la acetilcolina con respecto al segmento coronario y a la edad del paciente. Estos autores describen que en 49 pacientes con arterias coronarias angiográficamente normales, la respuesta vasoconstrictora a la acetilcolina fue mayor en el segmento proximal que en el distal, tanto en la arteria coronaria anterior descendente como en la circunfleja (3l).
Como conclusión a estos hallazgos se podría decir que quizás en las arterias coronarias del endotelio del segmento proximal sea más susceptible de ser dañado o a la aterosclerosis que el distal.
En este sentido, también se ha demostrado que en paciente con arteriosclerosis avanzada y factores de riesgo coronario, en los segmentos proximal y medio de la arteria coronaria descendente anterior se produjo vasodilatación en respuesta a la acetilcolina mientras que en la arteria cincunfleja, tanto en su segmento proximal como medio, se observó una respuesta vasoconstrictora reflejando la complejidad y la heterogeneidad de la respuesta a la Ach (32).
Entre los factores de riesgo, y particularmente en el caso de las mujeres, hay que hacer una mención especial al papel de los estrógenos. La deficiencia estrogénica característica de la menopausia puede inducir disfunción del endotelio.
Está bien documentado que la menopausia, y consecuentemente la deprivación estrogénica, incrementa el riesgo de enfermedad cardiovascular en la mujer. No obstante, el mecanismo responsable del efecto cardioprotector de los estrógenos no está muy claro.
Un posible mecanismo responsable de actuación de los estrógenos podría ser la acción de éstos sobre el perfil lipídico.
Otros mecanismos propuestos para el efecto cardioprotector de los estrógenos han sido la preservación del sistema fibrinolítico, su efecto antioxidante y el aumento en la producción de prostaglandina 33,34.
Los estrógenos pueden afectar favorablemente al perfil lipídico, en el sentido de que las mujeres premenopáusicas tienen reducidos los valores de LDL y aumentados los de lipoproteínas de alta densidad (HDL), mientras que tras la menopausia los valores séricos de colesterol LDL aumentan (33,37).
No obstante, se ha demostrado que los estrógenos pueden actuar directamente sobre la pared vascular y, más particularmente, sobre el endotelio (34,36).
Diferentes trabajos han demostrado que la vasodilatación dependiente del endotelio está progresivamente disminuida con el transcurso de la edad tras la instauración de la menopausia (34,37).
Por otro lado, en las mujeres sometidas a terapia hormonal sustitutiva se observa una mayor respuesta vasodilatadora a la Ach proporcional al tiempo de administración de los estrógenos exógenos (34).
El efecto de los estrógenos sobre la capacidad endotelial de producir NO parece que ocurre mediante dos mecanismos diferentes. Uno, a través de la activación directa y aguda de la actividad de la NOSe sin alteración de la expresión génica (38).
Los receptores de tipo alfa de los estrógenos podrían estar involucrados en esta activación de la NOSe mediante la vía de las tirosincinasas (39). De esta forma, los estrógenos pueden dilatar las arterias coronarias y braquiales en mujeres posmenopáusicas e incluso en varones (40,41).
Existe también un efecto de los estrógenos sobre la expresión de genes tales como la prostaglandina sintetasa y la NOSe (36). Este efecto se produce a más largo plazo ya que implica de forma específica la activación de la expresión de los genes que codifican estas enzimas.
El neutrófilo genera NO mediante la actividad de una enzima constitutiva.(42, 43).
En esta misma línea de evidencia, neutrófilos obtenidos de mujeres posmenopáusicas sometidas a tratamiento hormonal sustitutivo mediante parches de estrógenos durante 3 meses, tienen una mayor capacidad de generar NO que los de las mismas pacientes antes del tratamiento (44).
Es necesario señalar que los neutrófilos, células que al igual que el endotelio expresan NOS de forma constitutiva, obtenidos de las mujeres posmenopáusicas tras el tratamiento estrogénico, expresan una mayor cantidad de NOS que antes del tratamiento, indicando que el efecto a largo plazo del tratamiento estrogénico puede implicar una estimulación de la sintetasa de NOS en los neutrófilos (fig. 4).
Figura 4.
Uno de los grandes desafíos que quedan por conocerse es si en las patologías de origen cardiovascular, en las que la disfunción endotelial parece tener un papel fundamental y común a todas ellas, existe un inductor común que sea responsable de la génesis de la disfuncionalidad endotelial.
Quizá, la proteína citosólica que se une a la región 3'-UTR del ARN mensajero de la NOSe recientemente descrita, podría ser una buena candidata para ser utilizada como diana bioquímica para la detección de la disfunción endotelial.
En este sentido, ya hemos remarcado suficientemente no sólo la dificultad en la valoración de la infusión intracoronaria de acetilcolina sino obviamente también su naturaleza de técnica invasiva que conlleva, por tanto, un riesgo para el paciente.
Muchos han sido los intentos de encontrar un marcador bioquímico específico de la disfunción endotelial. No obstante, ninguno de los determinados hasta la fecha por sí solos han demostrado ser suficientemente precisos y específicos para la detección de esta patología.
En esta misma línea de pensamiento, a pesar de que la disfunción del endotelio es una patología común a prácticamente todas las patologías de origen cardiovascular, no existe para ella un tratamiento único y específico.
Ya se ha comentado también que las mujeres menopáusicas con riesgo de enfermedad coronaria son tratadas con estrógenos, y de este modo mejora este riesgo y también su disfuncionalidad endotelial.
Lo mismo ocurre con los pacientes hipercolesterolémicos, se les trata con estatinas, se consigue descenderlas cifras de colesterol y también se mejora la funcionalidad del endotelio.
En este sentido, se están realizando algunos estudios intentado determinar si la proteína que se une a la región 3'-UTR del ARN mensajero de la NOSe y que podría estar involucrada en su degradación podría ser utilizada como marcador bioquímico y diana terapéutica para el tratamiento específico de la disfunción endotelial.
A modo de ejemplo, se está realizando un estudio con plasma obtenido de 20 pacientes con angina de pecho que demostraron tener arterias coronarias angiográficamente normales. El plasma de estos pacientes se ha incubado con células endoteliales en cultivo obtenidas de aorta de vaca, observándose que en aquellos pacientes que demostraron una respuesta a la infusión de acetilcolina con vasoconstricción superior al 20% determinada mediante coronariografía, su plasma indujo la presencia de la proteína involucrada en la degradación del ARN mensajero de la NOse, las células endoteliales en cultivo.
La inducción de esta proteína fue más específica que la medida del factor de Von Willebrand, marcador bioquímico que de forma más extendida se utiliza como marcador de disfunción endotelial, particularmente para los pacientes con una respuesta vasoconstrictora menor del 20%.
De esta forma solamente en el 50% de los casos el factor de Von Willebrand fue menor en los pacientes con respuesta vasoconstrictora más baja del 20% que en los pacientes con respuesta vasoconstrictora a la acetilcolina superior al 20%.
Sin embargo, el valor de la proteína involucrada en la degradación del ARN mensajero de la Nose fue del 87% de los casos baja al incubar el plasma obtenido de las pacientes que demostraron una respuesta vasoconstrictora a acetilcolina menor al 20% con el endotelio, y alta en el 100% de los casos para respuestas vaso constrictoras a la acetilcolina superiores al 20%.
Por lo tanto se podría considerar esta proteína como un potencial marcador específico de la disfunción endotelial, aunque deberán realizarse más estudios para confirmar estos hallazgos.
Lo que sí parece evidente es que un mejor conocimiento de los mecanismos celulares y moleculares involucrados en la génesis de la disfunción del endotelio permitirá en un futuro no muy lejano un abordaje bioquímico y farmacológico más específico de esta patología.
Funciones del endotelio.
Tiene varias funciones esenciales para la salud, que se ejercen en su mayoría a través de mediadores químicos. La función más conocida es el mantenimiento de un tono vascular dilatado en la proporción exacta para conservar la presión arterial en valores normales y permitir la perfusión tisular.
El ON es sintetizado a partir del sustrato L-Arginina como se dijo anteriormente, y actúa sobre sus diversos órganos efectores, tales como el músculo liso vascular provocando su relajación, el músculo cardíaco, provocando también su relajación; las plaquetas, sobre las cuales tiene un efecto antiadhesivo; y sobre el mismo endotelio, provocando relajación de su citoesqueleto y aumento de la función de impermeabilidad selectiva.
Otra función muy importante de endotelio normal se relaciona con la acción antitrombótica y fribinolítica, así el endotelio, además de la acción antiagregante plaquetaria relacionada con el efecto del ON, produce prostaciclinas antiagregante, y una acción fibrinolítica relacionada con la síntesis y secreción del activador del plasminógeno tisular.
Una de estas funciones, es la propiedad antiadhesiva para impedir que las plaquetas se adhieran a la pared arterial. Pero, si a pesar de ello, las plaquetas se adhieren, es necesario que se agrupen unas a otras para formar esa indeseable acumulación (coagulo) que cuando ocurre dentro de una arteria la denominamos trombo.
La propiedad de agregación de las plaquetas es contrarrestada por la acción antiagregante del óxido nítrico secretado por el endotelio vascular. Si aun a pesar de estas funciones protectoras previas, se forma el temido trombo que interrumpirá el flujo de la sangre, el endotelio produce sustancias que lisan, destruyendo al trombo; la función trombolítica del endotelio, fundamental para la preservación de la vida, es ejercida mediante sustancias especificas, como el plasminógeno.
Si el trombo no es completamente destruido, el endotelio puede inducir la formación de nuevos trayectos para el paso de la sangre, mediante su capacidad de estimular la neoangiogénesis, o formación de nuevos vasos y puede también provocar la dilatación de las arterias existentes su propiedad vasodilatadora.
El endotelio participa así de la:
- Regulación del tono vascular sintetizando y liberando sustancias vasodilatadoras como óxido nítrico. Por otra parte sintetizan también compuestos vasocontrictores como endotelina 1, tromboxano A2, prostaglandina F2 alfa y anión superóxido. De allí su importancia actual en la patogenia de la ateroesclerosis, la hipertensión arterial y los trastornos hemodinámicos de la sepsis .Esta función determina aspectos como la reacción de los vasos sanguíneos ante las variaciones del flujo y el control de la resistencia vascular, por lo que es uno de los contribuyentes principales en el mantenimiento de la tensión arterial
- Fisiología y fisiopatología de la inmunidad y la citotoxicidad. De la relación de las células endoteliales con las células inmunitarias, polimorfonucleares y macrófagos, surge la explicación a patologías sistémicas como las enfermedades del tejido conectivo, las vasculitis y la sepsis. El endotelio participa en la función de defensa del organismo ayudando a que los neutrófilos y los macrófagos lo traspasen respondiendo a la fuente quimiotáctica tisular. El traspaso se hace por diapédesis.
- Fisiología y fisiopatología de la coagulación y fibrinólisis. La relación de plaquetas, endotelio y factores de coagulación tiende a mantener la fluidez de la sangre a través del equilibrio homeostático que conocemos como Hemostasia. El desequilibrio en uno u otro sentido producirá hemorragia o trombosis.
Factores de riesgo para el endotelio.
Los factores de riesgo vascular (dislipidemias, hipertensión arterial, diabetes, tabaquismo y otros) actuarían agrediendo al endotelio.
Dañan el endotelio y conducen al espasmo, trombosis y aterosclerosis, y aunque la mayoría son hereditarios (hipertensión, dislipidemias, diabetes, obesidad, etc), el entorno influye mucho y se pueden modificar las tendencias genéticas.
Es conveniente iniciar la prevención en etapas tempranas, la aterosclerosis comienza desde el nacimiento y progresa en relación directa con los factores de riesgo.
Inicialmente se produce una disfunción endotelial que se evidencia a través de la pérdida de la acción vasodilatadora de la acetilcolina.
Más adelante se producen lesiones que facilitan la adhesión de leucocitos-monocitos que entran a la pared vascular, así como partículas de LDL que se oxidan.
Estas LDL oxidadas penetran en los linfocitos-monocitos que se transforman en macrófagos. Dado que tienen capacidad de expulsar las LDL se siguen cargando transformándose en células espumosas que finalmente estallarán quedando núcleos lipídicos en el seno de la pared.
Simultáneamente las fibras musculares lisas migran a la capa subendotelial segregando fibras colágenas que rodean el núcleo lipídico constituyéndose la placa de ateroma.
Los niveles elevados de colesterol y particularmente LDL pueden ser la causa de la pérdida inicial de la función endotelial que origina todo el proceso. Esta parece ser la conclusión del Estudio de Reducción del Colesterol en Isquemia y Función Endotelial (RECIFE, sigla del inglés Reduction of Cholesterol in Ischemia and Function of Endothelium), llevado a cabo por el equipo de investigadores del Montreal Heart Institute, en Canadá, bajo la conducción de la doctora Jocelyn.
Aunque vivimos en la era de la tecnología más sofisticada, es bueno recordar que la salud depende muchas veces de actos bastante simples. Las últimas sesiones científicas de la American Heart Association (AHA, Asociación Americana del Corazón), junto a las pesquisas genéticas, la investigación farmacológica y la innovación técnica, han dedicado un amplísimo espacio a insistir en la prevención de las enfermedades cardiovasculares, que ya son la primera causa de muerte en el mundo desarrollado.
Se conoce a los responsables fundamentales: obesidad, colesterol, diabetes, hipertensión, tabaquismo y vida sedentaria. Los cuatro primeros formarían el «cuarteto mortal» del que hablan los cardiólogos, y los dos últimos serían los «teloneros» que redondean el escenario. Un conjunto con una característica fundamental: al contrario de otros factores, como la edad o la herencia genética, sus componentes son controlables.
Se puede actuar sobre ellos con conductas apropiadas, con prevención y, llegado el caso, con el cumplimiento riguroso de tratamientos farmacológicos cada vez más certeros.
Hipertensión arterial sistémica: Tanto de la presión mínima (diastólica) como de la máxima (sistólica) por encima de 160, cuando ésta se encuentra permanentemente elevada, se relaciona con aterosclerosis coronaria en un 50% de los casos.
La dislipidemias: Son las relaciones entre colesterol total y colesterol bueno (HDL) mayor de 5. Para unos, el HDL menor de 30mg% es el factor más indicativo de riesgo de aterosclerosis; para otros es la LDL mayor de 140 a 150 mg%. Sin duda lo más indicativo es la relación LDL/HDL que debe ser menor de 3 a 3,5.
El tabaquismo: Está muy difundido y no hay lugar a dudas de que produce, al igual que los otros factores, disfunción del endotelio. Es el factor más descartable.
La diabetes: Es una enfermedad no curable con daño severo a nivel del endotelio, que se une a la hipertensión y dislipidemias para producir la aterosclerosis extensa con daño a múltiples órganos.
Obesidad: Por su asociación con la diabetes, hipertensión, dislipidemias y sedentarismo.
Sedentarismo: Es la falta de actividad física regular.
Estilo de vida: Stress, agitación, intranquilidad, ira, manías, depresiones, alcohol, drogas, etc.
Lo más evidente es que, de todos los componentes del «sexteto mortal», el tabaco es el más voluntario, ya que se trata de un hábito opcional. Y a diferencia de los otros factores que actúan sobre una persona, el tabaco tiene la particularidad de afectar a quienes se encuentran alrededor del fumador.
Disfunción Endotelial en Diabetes Tipo 1 (DBT 1).
Cada día son más las personas que sufren de diabetes. En 1990 se estimaba que en el mundo existían unos 30 millones de diabéticos, suma que hoy se ha quintuplicado y que para el 2010, la Organización Mundial de la Salud calcula ascenderá a 300 millones de casos.
La diabetes es una enfermedad que presenta dos variantes: la diabetes tipo1 o insulino dependiente y la tipo II o no insulino dependiente.
La primera variedad se produce por un mal funcionamiento del sistema de defensa del organismo que, en lugar de atacar a los gérmenes y a otros invasores extraños, se aboca a destruir las células del páncreas encargadas de producir la insulina. De ahí que esta patología aparezca en etapas tempranas de la vida.
Los pacientes con diabetes tipo 1 tienen 3 a 6 veces incrementado el riesgo de muerte cardiovascular comparados con los no diabéticos.
Los factores de riesgo establecidos para el trastorno coronario no explican el riesgo incrementado en los pacientes con diabetes tipo 1.
La diabetes tipo II se presenta en los adultos y tiene una directa relación con el sedentarismo y la mala alimentación. Sin embargo, un reciente estudio realizado por el Instituto Iribhn de Bélgica agregó un componente genético como causa de este tipo de diabetes.
De acuerdo con la investigación, existe un gen, el SHP2, que puede predisponer a las personas a padecer esta enfermedad. Los científicos a cargo del proyecto demostraron que este gen es crítico y esencial como regulador de la sensibilidad el organismo a la insulina.
En todo caso, tanto la diabetes tipo 1 como la tipo 2 producen graves daños en el riñón y en el sistema cardiovascular, entre otros, y aún no es posible encontrar una tratamiento que ponga fin a esta patología.
En estos momentos, muchas de las investigaciones que se realizan en esta materia apuntan a conocer los mecanismos de las señales que provoca la diabetes en el organismo.
Uno de estos trabajos es el que realiza la bioquímica y doctora en Ciencias Fisiológicas, Victoria Velarde, quien forma parte de departamento de Fisiología y del Centro Fondap–Biomedicina de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Pontificia Universidad Católica.
La línea de investigación de la científica apunta al estudio del fenómeno de transducción o comprensión de mensajes que provienen del medio extracelular en las células que se encuentran en el riñón y en la arteria aorta y su relación con la multiplicación celular y el aumento en la secreción de proteínas de matriz como el colágeno.
"Una de las primeras señales que se altera en un individuo con diabetes es el aumento de glucosa, la que hace que se generen otras señales en el organismo. Además, la misma glucosa empieza a modificar una serie de elementos dentro de los sistemas. Todas estas señales son las que transforman a las células para inducirlas a dividirse y a generar esas proteínas", explica la doctora.
Tanto la proliferación celular como el aumento de la matriz extracelular son claves en el desarrollo de lesiones macro y microvasculares dentro del organismo.
"Si logro identificar las señales que inducen estos cambios, a pesar de que no consiga que el diabético deje de ser diabético, quizás puedo ayudarlo a que no se muera de problemas renales o cardiovasculares", sostiene la científica.
Para su investigación la profesional experimenta con células mesangiales del riñón y las del músculo liso vascular de la aorta, debido a que son las zonas donde las alteraciones por la diabetes son más notorias.
Mientras que en los vasos sanguíneos se producen lesiones macrovasculares como la arteriosclerosis, en parte, producto del engrosamiento de las paredes por la proliferación excesiva de células y la secreción de proteínas, lo que disminuye el lumen o espacio interno para el paso de la sangre; en el riñón, debido al mismo fenómeno, se desarrolla un daño microvascular, la glomerulosclerosis, en el cual las paredes entre los capilares y el espacio del glomérulo comienzan a engrosarse impidiendo que la sangre se filtre adecuadamente.
En ambos casos es posible determinar que los mecanismos de transducción de estas células interpretan de tal manera las señales que provienen del medio extracelular, que inducen a que su maquinaria interna se comporte de manera anómala.
Figura 5:Inmunotinción del receptor B2 de cininas en células de riñón de ratas. La figura del lado izquierdo muertas cortes de riñón de ratas de control, mientras que la imagen de la derecha corresponden a cortes de riñón de ratas diabéticas (con una semana de la enfermedad)
Sistema calicreina—cinina.
El estudio de la doctora Velarde se basa en el funcionamiento del Sistema Calicreina–Cinina que se encuentra en diversas partes del cuerpo como, por ejemplo, en el riñón y los vasos sanguíneos.
Este sistema proteico está compuesto por una enzima, la Calicreina, y por una serie de hormonas denominadas cininas.
Estas hormonas se producen a partir del actuar de la Calicreina sobre una proteína de mayor tamaño, el Cininógeno. Dentro del conjunto de cininas que existen en el organismo, el estudio de la científica se aboca al de la Bradicinina.
Uno de los efectos más importante de la Bradicinina es inducir la dilatación de los vasos sanguíneos, lo que hace que disminuya la presión arterial. Además, también se ha demostrado que en un individuo sano, esta hormona es capaz de disminuir la proliferación celular.
Sin embargo, si se elimina el endotelio, es decir, la capa de células que se encuentra en contacto con la sangre, el efecto de la Bradicinina podría ser todo lo contrario.
De ahí que el daño que la diabetes puede producir en los capilares, a través de una alteración en sus funciones o la destrucción del endotelio, modificaría el actuar beneficioso de la Bradicinina.
Por otra parte, es importante considerar que un número elevado de pacientes diabéticos tiene la presión arterial alta, la que en la mayoría de los casos es tratada con remedios que inhiben la acción de la Enzima Convertidora de la Angiotensina (ECA).
En los últimos cuatro o cinco años, si bien no se ha avanzado tanto en la etapa descriptiva de nuevos compuestos, algo ha resultado sumamente relevante.
La angiotensina es la que regula también, la producción de endotelina y juntos son los responsables de casi un 80% de los procesos vasoconstrictores en exceso que llevan a la Hipertensión Arterial.
Decimos que esto se ha logrado en los últimos años, aunque ya se venia anunciando con el uso de los inhibidores de la enzima de conversión por que merced de la aparición de los llamados antagonistas de la angiotensina II, se ha podido demostrar que cuando se bloquea al receptor, el AT1 para la acción de la angiotensina II, controlamos prácticamente un 66 a un 69 % de los cuadros de Hipertensión Arterial.
La angiotensina entonces, generada en riñón o generada a nivel del vaso va a controlar la parte motora o sea la función del tono, el crecimiento de las células de la sangre y finalmente los proceso de fibrosis y los procesos inflamatorios que se producen a nivel del vaso sanguíneo.
Si resumimos los caminos a través de las cuales Angiotensina nos lleva a Hipertensión Arterial diríamos que son por lo menos 5, las vías que han sido descriptas.
La primera de ellas es a través de una excesiva vasoconstricción, por su potente acción vasoconstrictora y la acción también que ejerce a través de la endotelina.
En segundo lugar es aumentar el volumen sanguíneo a través de regular la biosíntesis de aldosterona y entonces con mayor retención de sodio y agua.
En tercer lugar es por su regulación de la proliferación celular y su participación en el remodelado cardiovascular, que es el paso siguiente para la alteración funcional con que inicia los cuadros de hipertensión Arterial, en este remodelado ya sea vascular o cardíaco angiotensina y endotelina son los dos partícipes principales.
En cuarto lugar tenemos que la angiotensina regula a importantes oxidasas a nivel del vaso, de manera que participa y regula de lo que se conoce con el nombre de stress oxidativo, que consiste fundamentalmente en un aumento de los radicales libres que van a agravar aun mas o a provocar o a iniciar la disfunción endotelial y finalmente la angiotensina es la que regula al inhibidor del activador del plasminógeno, de manera que la angiotensina es también protombótica.
Estos son los vasoconstrictores y vasodilatadores que han sido estudiados mas exhaustivamente:
Cabe mencionar que además de la renina angiotensina renal existe una angiotensina generada a nivel de los propios vasos por una renina vascular, la endotelina que es un compuesto de 21 aminoácidos que se sintetiza a partir de una gran molécula y que esta regulada por concentraciones de angiotensina y que es el vasoconstrictor mas importante, y en tercer lugar los tromboxanos y los endoperóxidos cíclicos, estos son los vasoconstrictores principales, y para lograr entonces un equilibrio, el organismo dispone del óxido nítrico y de la prostaciclina y ambos van a ser regulados en su biosíntesis por los niveles de quininas que se sintetizan a nivel del vaso.
Hemos hablado de los que producen los efectos mas nocivos, veamos ahora de que elementos dispone el organismo para defenderse de los mismos.
Las quininas actúan a través de receptores B (B2), principalmente para su acción vasodilatadora y finalmente ésta va a culminar con la generación de tres potentes vasodilatadores, la prostaciclina, el factor relajante del endotelio u óxido nítrico y el llamado factor hiperpolarizante del endotelio.
La enzima convertidora (ECA) tiene una doble función en el organismo ya que, por un lado, degrada a Bradicinina, lo que evita que aumente de modo excesivo en el organismo y, por otro, convierte a la Angiotensina I en Angiotensina II. Esta última hormona, cuando se encuentra en gran cantidad es muy peligrosa, ya que produce daños renales y cardiovasculares al aumentar la presión sanguínea.
Los fármacos que bloquean a la Enzima Convertidora inhiben la generación de Angiotensina II, lo que disminuye la presión y revierte parte del daño renal y cardiovascular. Pero no hay que olvidar que al bloquearla, también se aumenta la Bradicinina, la que podría actuar sobre los vasos sin endotelio e inducir al engrosamiento de sus paredes.
Parte del estudio de la doctora Velarde pretende determinar qué pasa en el organismo cuando la Bradicinina está aumentada y cómo puede llegar a tener un efecto en la multiplicación del número de células del riñón y de los vasos sanguíneos, además de su efecto en la secreción de proteínas de matriz.
"Lo que quiero es entender bien cómo funciona este sistema en un individuo con diabetes, ya que este conocimiento me puede permitir bloquear selectivamente ciertos mensajes que la Bradicinina transmite a la célula y así inhibir su parte mala y dejar funcionando su parte buena relacionada con su participación en la disminución de la presión", afirma la profesional.
El término"Disfunción Endotelial" se utiliza cada vez más para explicar la etiopatogenia de numerosas enfermedades, aunque en realidad no hay una definición clara de que se entiende por disfunción endotelial y sobretodo no hay una forma práctica de estudiarla, expresó el diabetòlogo Rolando Calderón en sesión especial de la Academia Nacional de Medicina de Colombia.
Así en el caso de la ateroesclerosis se ha sugerido que la oxidación y elevación de la LDL podría ser una de las causas; también el aumento de los radicales libres, el hábito de fumar, la hipertensión arterial, alteraciones genéticas y la elevación de la homocisteína.
La disfunción endotelial da lugar a respuestas compensatorias como el aumento en la adhesión de los leucocitos y plaquetas al endotelio. El aumento de las actividades pro coagulantes y anticoagulantes y la formación de moléculas vaso activas como las citoquinas y los factores de crecimiento. La adhesión de los leucocitos monocelulares al endotelio representa la lesión más temprana de la ateroesclerosis.
Dice Calderón que observaciones en pacientes diabéticos han demostrado que sus monocitos se ligan más ávidamente a las células endoteliales. Sin embargo, el mecanismo íntimo de esta adhesión aún no es muy claro.
Se piensa que en el endotelio se formarían moléculas específicas que son responsables de la adherencia, migración y acumulación y que estas actuarían como receptores de las integrinas presentes en los monocitos. Estas moléculas de adhesión incluyen, entre otros, a las selectinas, la osteopontinas y las LDL modificadas.
En este punto hay que recordar que los macrófagos se derivan de los monocitos y que los macrófagos segregan una serie de sustancias que intervienen en el proceso de ateroesclerosis.
Otro de los componentes sanguíneos que hay que mencionar son las plaquetas que cuando se activan liberan sus gránulos que llevan a la formación de ácido araquidónico libre que puede transformarse en el tromboxano A2 que es vasoconstrictor y agregante plaquetario. Esto último explicaría la terapia anti adhesión plaquetaria en la diabetes mellitus.
Se reconoce que el endotelio juega un papel importante en muchas enfermedades vasculares entre las que se incluyen la ateroesclerosis y la diabetes mellitus. En sujetos normales se ha demostrado que la administración aguda de una sobrecarga de glucosa impide la vasodilatación.
El trastorno de la función endotelial podría representar uno de los componentes de la resistencia a la insulina y podría persistir aún en la ausencia de hiperglucemia, como ha sido demostrado en mujeres que presentaron diabetes gestacional.
La hipertensión arterial que se asocia comúnmente con resistencia a la insulina también está ligada con la disfunción endotelial. Las alteraciones de los lípidos también pueden alterar la función endotelial, sobre todo las lipoproteínas de baja densidad (LDL) oxidadas.
Antes de aceptar que la disfunción endotelial es totalmente secundaria a las anormalidades antes mencionadas hay que considerar que la disfunción endotelial podría estar intrínsecamente relacionada con el síndrome de resistencia a la insulina.
Podría ser que el cambio se produzca en las propiedades biofísicas de la membrana celular que podrían alterar la presentación de los receptores a la insulina.
La enfermedad cardiovascular es el diabético incluye compromiso de las arterias coronarias, enfermedad cerebro vascular y enfermedad vascular periférica.
Los factores tradicionales de riesgo, además de la diabetes, incluyen hipercolesterolemia e hipertensión, hábito de fumar, historia familiar de enfermedad coronaria prematura y micro o macro albuminuria.
Como hay pacientes que no teniendo estos factores de riesgo presentan enfermedad cardiovascular, se ha pensado que habría otros factores de riesgo cardiovascular; así se han planteado como nuevos factores de riesgo cardiovascular el aumento en los niveles de fibrinógeno, ferritina y homocisteína, determinados factores de la coagulación y nuevas lipoproteínas (la Lpa).
¿Es necesario determinar en todos los diabéticos los nuevos factores de riesgo cardiovascular? ¿Cuál es el costo – beneficio de extender este estudio a todos ellos?
Por el momento no se puede dar una respuesta definitiva y hay que seguir concentrando los esfuerzos en mantener normales los tres clásicos factores de riesgo: la glucemia, el colesterol y sus fracciones y la presión arterial.
La microangiopatía y la macroangiopatía diabética son las principales causas de morbilidad y mortalidad en pacientes con diabetes mellitus.
El endotelio vascular tiene un rol fundamental en el mantenimiento de la homeostasis de la vasculatura a través de la síntesis de sustancias vasoactivas que modulan el tono vascular, inhiben la agregación plaquetaria y la proliferación de células musculares lisas.
La disfunción endotelial ha sido sugerida como un evento temprano en el trastorno vascular diabético.
El descubrimiento del óxido nítrico derivado del endotelio a fines de los años 80 a mejorado el entendimiento en la biología vascular y patogénesis de de la disfunción endotelial.
Con el uso de técnicas tales como la ultrasonografía braquial arterial, la pletismografía oclusiva venosa y la infusión braquial arterial de agentes vasoactivos endotelio dependiente, la función endotelial puede ser indirectamente estimada en diferentes lechos vasculares.
La mayoría de las revisiones se han focalizado en la diabetes tipo 2, más que en la diabetes tipo 1.
Morfología vascular en la DBT.
En conejos diabéticos inducidos por haloxano, las lesiones endoteliales ocurren a las 2 semanas y los cambios son más severos a los 6 semanas.
Estas alteraciones son consistentes con la injuria e incluyen adhesión de plaquetas, leucocitos y material fibrinosímil.
Usando cultivos en células endoteliales aórticas de minicerdos diabéticos por Sreptozatosin (STZ),
Las células endoteliales han demostrado tener un alto rango de proliferación y más alto porcentaje células grandes multinucleadas.
Estas últimas tienen mayor ligadura de proteínas de baja densidad y degradación comparado con los controles no diabéticos .
En humanos un incremento en el grosor de la membrana basal de la vasculatura es el mayor signo en la diabetes tipo 1, usando la microscopía de transmición de electrones el engrosamiento de la membrana basal ha sido demostrado en capilares de la piel en pacientes con diabetes tipo 1 comparados con los pacientes con los no diabéticos.
También ha sido demostrado que en un año de intenso control de la glucemia en diabéticos tipo 1, reducen el grosor de la membrana basal en los capilares de músculo esquelético.
La neuropatía diabética ha demostrado estar asociada con un incremento de la membrana basal, número de núcleos endoteliales, área de células endoteliales y capacidad de difusión capilar.
Recientemente más alteraciones endoteliales características en pacientes con diabetes fueron demostrada con el uso de la microscopía de transmisión de electrones y anisotropía fluorescente usando la prueba de anclaje en la membrana endotelial, estos incluyeron un incremento en la fluidez de la membrana endotelial, un incremento del área mitocondrial y mayor fase fluida endocitósica en las células endoteliales obtenidas de los cordones umbilicales en embarazadas DBT tipo 1 comparada con las no DBT.
La relevancia funcional de estas estructuras anormales no es clara, todavía pero podrían contribuir a la vasculopatía y arterioesclerosis Temprana en DBT tipo 1.
L-Arginina: Óxido Nítrico vía del GMPc.
En 1980 la relajación dependiente del endotelio fue demostrada en los tejidos vasculares.
Esto no fue encontrado que sea un mediador para los factores relajantes derivados del endotelio, lo cual ha subsecuentemente sido indentificado como Óxido nítrico.
El NO derivado del endotelio es sintetizado de la del terminal Guanidin-nitrógeno, del aminoácido L-arginina por la sintetasa isoforma endotelial (NOSe).
La síntesis de NO es estimulada también por una variedad de estímulos físicos y químicos como stress, estrechamiento pulsátil de la pared de los vasos, la tensión baja de oxígeno arterial, los agonistas receptores dependientes como Ach y bradiquinina y los agonistas receptores independientes, los ionóforos de Ca y policationes de Ca – inhibidores de ATPasa.
La determinación de la vasoconstricción en respuesta a la L- NMMA o vasodilatación en respuesta a la Ach en un lecho vascular o en los vasos sanguíneos aislados ha sido usada para inferir la activación del NO mediado por vasodilatación respectivamente en humanos y en animales con enfermedad vascular diabética.
Mala respuesta del NO o disponibilidad reducida del NO en DBT T1.
Dadas las propiedades potenciales antiaterogénicas del NO, es posible que el defecto en la L- arginina:NO:GMPc contribuye al incremento del riesgo vascular en los diabéticos tipo1.
Este defecto podría ocurrir en uno o varias etapas de la síntesis de NO. Podría ser que hubiese una reducción basal o del estímulo liberador de ambos con una viabilidad decreciente de NO o una respuesta reducida VSMC.
La evidencia experimental sugiere que todos estos defectos pueden ser posibles en la DBT T 1, por ejemplo ha sido demostrado el efecto vasodilatador de la insulina en el músculo esquelético es mediado a través de un incremento en la liberación de NO.
En presencia de deficiencia de insulina en la DBT T1 podría no haber liberación de NO. Aun si el NO es liberado normalmente su biodisponibilidad podría ser reducida porque el aumento de los productos finales de la glucemia como resultado de la hiperglucemia crónica reducen el NO in vitro.
Alternativamente podría haber una respuesta defectiva VSMC al NO cuando la hiperglucemia interfiere con la activación de la guanilato ciclasa inducida por NO.
Respuestas dependientes del endotelio vascular en la DBT T1.
Como fue discutido bajo estudios acerca de la función endotelial en animales y humanos diabéticos tipo 1 han producido resultados conflictivos.
En modelos experimentales la función endotelial es modulada por un número de factores asociados a la DBT T1 incluyendo el grado de hiperglucemia aguda, la duración de la DBT posiblemente asociada por la acumulación de los productos finales de la glucólisis, concentraciones de insulina, presencia o ausencia de complicaciones diabéticas tales como neuropatía autonómica, y microalbuminuria.
Las variaciones de estos factores entre diferentes estudios podrían dar resultados conflictivos.
Estudios en animales.
En estudios de conducción de vasos, la relajación dependiente de endotelio en los modelos animales DBT han sido reportadas normales comparados con controles o bien irregulares.
Una disparidad similar además ha sido observada en la resistencia basal con la relajación endotelio dependiente, siendo encontrada normal o deteriorada.
Esta disparidad es posiblemente debida a las diferencias en la duración del trastorno, en los lechos vasculares estudiados y los métodos de preparación de vasos que determinan la extensión de preservación del endotelio.
Por ejemplo, hay una diferencia sustancial en el timing entre la disparidad de la relajación endotelial NO dependiente y el establecimiento de la DBT en diferentes lechos vasculares, extendiéndose desde 1 semana en arteriolas intestinales hasta entre 4 y 6 semanas en arterias mesentéricas.
Un factor adicional a considerar son los posibles efectos cross-over debidos a la aplicación de múltiples drogas en el mismo espécimen.
La importancia de la duración de la enfermedad ha sido sacada a relucir en un estudio reciente.
Usando anillos aórticos de ratas diabéticas inducidas con STZ, pre-contraidas con Noradrenalina, la relajación endotelio-dependiente por Ach fue incrementada 24 hs después de la inyección de STZ, normal después de 1 y 2 semanas de enfermedad y dispar en 8 semanas de enfermedad comparada con controles.
En ambos, controles y anillos diabéticos aórticos, la relajación inducida por acetilcolina fue bloqueada usando L-nitroarginina sugiriendo que la respuesta fue mediada por NO.
Este es el primer estudio para demostrar la respuesta trifásica en relación a la duración de la enfermedad en modelos animales diabéticos.
Estudios en humanos
In vitro
Han habido 2 estudios in vitro referentes a la relajación endotelio-dependiente.
Usando arterias de resistencia aisladas (de biopsias tomadas de grasa subcutánea de región glútea) de pacientes DBT T1, ha sido mostrada discordancia entre la relajación por Ach y no hubo respuesta a bradiquinina ni al Nitropruziato de Sodio (NPS) en arterias pre-contraidas.
La respuesta normal vascular a la bradiquinina en ese estudio sugiere un acoplamiento receptor-exitación colinérgico endotelial defectuoso en la DBT T1 más que una reducción en la síntesis de No (116).
Recientemente, fueron estudiados los vasos de resistencia disecados de la grasa glútea en pacientes diabéticos normotensos con grados variables de complicaciones de la microvasculatura.
Los datos preliminares no mostraron diferencias en la relajación inducida por Ach comparada con grupo no diabético (117).
In vivo
- Pletismografía en la oclusión venosa braquial.
Respuestas vasculares ante estímulos agonistas.
Esta técnica ha sido utilizada para estudiar las arterias de resistencia humanas en DBT T1 (118).
La vasodilatación endotelio-dependiente está dada por una infusión intra-arterial en la arteria braquial de agonistas muscarínicos (Ach, metacolina o carbacol).
Usando este método la relajación endotelio dependiente en DBT T1 ha resultado normal, dispar o aún relacionada (Tabla 1).
Respuesta vasodilatadora a los dadores de NO.
La vasodilatación endotelio independiente en DBT T1 ha sido mostrado extensivamente mediante la infusión de NPS de Na (un donante de NO).
La mayoría de los estudios utilizando pletismografía por oclusión encontraron que la respuesta vascular al NPS no cambió.
En un estudio se encontró que la respuesta vascular fue inversamente proporcional con el contratransporte Na/Li, un posible marcador del desarrollo de complicaciones vasculares.
En otro estudio, una respuesta disminuida al NPS fue observada sin embargo, lo cual puede ser atribuido a una reducida sensibilidad al NO.
El verapamilo fue utilizado en dos estudios como vasodilatador independiente de No para determinar si cualquier vasodilatación por NPS es específica para las etapas de síntesis de No.
En ambos estudios, la respuesta vascular al verapamilo no tuvo relación .
Respuesta vasoconstrictora al inhibidor de la NOS.
En la prueba de descarga de No utilizando infusión intra-arterial de L-NMMA, los resultados son también incosistentes. La respuesta vasoconstrictora a la L-NMMA no mostró cambio en uno de los estudios, pero despuntó en otros dos estudios.
Esta respuesta relevante fue más pronunciada en los pacientes diabéticos tipo1 con mucroalbuminuria.
- Dilatación mediada por flujo estudiada por ultrasonido.
La función endotelial de los vasos de conducción (principalmente la arteria braquial)ha sido evaluada utilizando Doppler vascular (126) de alta resolución para determinar el grado de dilatación mediada por flujo(127).
La arteria braquial se utiliza porque es fácilmente accesible y hay algunas evidencias de que la disfunción endotelial en la arteria braquial marcha paralelamente a la que ocurre en las arterias coronarias (131).
Aunque este método de evaluar la función endotelial no es invasivo, tiene la desventaja de que se requiere un ultrasonógrafo altamente sensible para lograr una imagen segura y fielmente reproducida.
Además, diferencias en la velocidad de flujo durante la hiperemia reactiva podría llevar a una pobre reproductibilidad de la dilatación mediada por flujo (132). La arteria braquial ha sido tomada de preferencia aunque un estudio fue realizado utilizando la arteria femoral (128). Los resultados fueron dispares (127,130,134) o no mostraron cambios (127,129) (Tabla2).
Similarmente la respuesta vascular independiente de endotelio al trinitrato de glicerol fue dispar (127)o no mostró cambios (128).
En estudios que mostraron reducción de la dilatación mediada por flujo en el diabético T1 no parece haber relación con la presencia o ausencia de microalbuminuria (133,135).
Datos conflictivos en estudios en humanos in vivo: factores potenciales.
Diferencia de sexo.
La diferencia de sexo en la incidencia de CHD es abolida en la Diabetes T 1. Hay un efecto diferencial de la diabetes en la función endotelial entre los sexos entonces las diferencias entre los estudios podría darse si la proporción de mujeres en los estudios difiriera.
Además, la longitud del antebrazo (y por consiguiente de sus vasos)es diferente entre hombres y mujeres. Esto podría resultar en diferentes respuestas vasculares a la Ach (136) porque la Ach es rápida y parcialmente inactivada por las colinesterasas y la magnitud de la respuesta es dependiente de la longitud del antebrazo (137).
Con excepción de un estudio (118), los estudios pletismográficos de oclusión venosa han sido hechos predominantemente en mujeres diabéticas mientras que en algunos estudios (96,121,122,134) no ha sido incluida mujer alguna.
Hay alguna evidencia que muchos de los estudios negativos han incluido relativamente pocas mujeres en las pruebas. Por lo tanto es posible que la diferencia de sexo entre los estudios haya contribuido a resultados contradictorios.
Efecto del control de la glucemia.
Hay una gran variación en los valores de Hb glicosilada en los pacientes Diabéticos T 1 incluidos en los diferentes estudios. El contraste mayor es entre Hb glic. 6,7% y Hb glic 11,9%.
En el primer estudio la vasodilatación estimulada endotelio-dependiente no cambió, mientras que en la segunda, sí.
La mayoría de los grupos han estudiado pacientes con control glucémico sub-óptimo con un rango de Hb glic. De entre 8,3 y 9,2%.
Grado de hiperglucemia aguda
Hay una evidencia sustancial que la hiperglucemia aguda atenúa la vasodilatación endotelio-dependiente.
Es posible que el grado variable de hiperglucemia medida en los diferentes estudios tuvo su efecto en las respuestas vasculares endoatelio-dependientes.
Para minimizar el efecto de la hiperglucemia aguda durante los estudios, algunos grupos han usado el método de clampeo euglucémico de insulina para mantener un valor constante.
Diferentes agonistas muscarínicos
Para estimular la producción de NO han sido utilizados, Metacolina, Acetilcolina y Carbacol.
Las comparaciones directas entre estudios en los que se han utilizado diferentes agonistas deberían hacerse con precaución.
Ha quedado demostrado en algunos estudios que la respuesta vasodilatadora a la Ach es atenuada por L-NMMA mientras que no ocurre eso con Metacolina.
Efectos de las complicaciones diabéticas.
Varios grupos han utilizado pacientes diabéticos Tipo 1 sin complicaciones microvasculares en quienes la respuesta endotelio-dependiente resultó ser o sin cambios o bien, fue despareja.
En el único estudio in vivo en humanos con pacientes Tipo 1 donde la disfunción fue documentada, la hiper-respuesta a la Ach (como también al SNP) fue encontrada en aquellos con macroalbuminuria. Se sugirió que la hiper-respuesta a la Ach es un resultado de sensibilidad incrementada de el VSMC como podría también explicar la Hiper-respuesta al SNP.
Una limitación importante en todos estos estudios en humanos in vivo utilizando oclusión venosa
antebraquial y pletismografía es que aunque los pacientes con complicaciones macrovasculares son excluidos es posible que algunos pacientes tienen complicaciones macrovasculares subclínicas (aterosclerosis asintomática), lo cual tiene un efecto relevante en la función endotelial.
Ha sido mostrado en un estudio reciente utilizando Tomografía computada con emisión de electrones que hay una enorme prevalencia de calcificación coronaria (una medición convalidada de la placa ateromatosa) en pacientes jóvenes (edades 30-55) con DBT T1.
Por lo tanto, los estudios han sido todos bastante pequeños y no permiten evaluar los efectos de las complicaciones diabéticas concomitantes.
Para establecer los determinantes importantes de la función endotelial en la DBT T1, se necesita un gran estudio en el cual el efecto de los factores, tales como sexo, duración de la enfermedad, complicaciones diabéticas y control glucémico pueda ser evaluado.
Mecanismos potenciales para la disfunción endotelial en la DBT T1.
Los mecanismos mediante los cuales la DBT T1 se asocian con disfunción endotelial son complejos y no completamente entendidos.
Aunque la presencia concomitante de Hipertensión y dislipidemia podría contribuir directamente a la disfunción endotelial una combinación de varios mecanismos directamente referidos a la concentración incrementada de Glucosa podría también ser responsable.
Rol de los radicales libres
Hay una evidencia sustancial para indicar que la disfunción endotelial inducida por hiperglucemia es mediada por radicales libres producidos a través del metabolismo del ácido araquidónico.
Ha sido demostrado que en las células endoteliales aórticas humanas la exposición prolongada a altas concentraciones de glucosa incrementa el número de genes de expresión para NOSe y liberación de NO.
Esto se asocia, sin embargo con un incremento concomitante de anión superóxido. Estos aniones inacativan al NO llevando a la producción de peroxinitrito, un potente oxidante el cual en su momento estimula la catálisis de la ciclooxigenasa, la peroxidación lipídica e incrementa la producción de prostanoides, resultando en una disfunción endotelial .
La superóxido desmutasa, un rescatador del anión superóxido ha sido demostrada como la normalizadora de la vasorrelajación mediada por NO evitando los efectos de las altas concentraciones de glucosa.
Recientemente, la síntesis de NO y el stress oxidativo han sido cuantificados por nitritos radiomarcados y 8-epiPGF2alfa. Entonces, la hiperglucemia podría inducir la producción de NO así como también reducir la viabilidad del NO debido a la inactivación mediada por radicales libres.
Aldosa reductasa y la vía de los polioles.
La hiperglucemia crónica incrementa la actividad de aldosa-reductasa, llevando a un incremento del metabolismo de la glucosa a través de la vía de los polioles (152,153) en la cual es primero metabolizadda a sorbitol y subsecuentemente a fructosa. Ha sido demostrado que la aldolasa reductasa está presente en las células endoteliales y es la enzima limitante en la conversión inicial de glucosa a sorbitol.
Este proceso es dependiente de NADPH y por lo tanto resulta en un incremento de su uso . Debido a que la NADPH es también esencial cofactor para la NOS su depleción como resultado de la hiperglucemia crónica podría llevar a una reducción en la producción de NO.
Los inhibidores de la aldosa reductasa prometen revertir los cambios inducidos por la glucosa en el metabolismo de sorbitol y mio-inositol y la disfunción endotelial en diabetes experimentales .
De esto se desprende que los inhibidores de la aldolasa reductasa tienen una parte en la prevención de aterosclerosis en humanos.
Protein kinasa c.
La activación de la protein kinasa C mediante el incremento del diacilglicerol (DAG) inducido por hiperglucemia ha sido sugerido como un mecanismo para la disfunción endotelial y complicación vascular en DBT (159,160).
Dicha activación ha sido demostrada que se asocia con incremento de la excreción de albúmina urinaria en ratas (160).
De hecho la activación de la protein kinasa C es responsable por varias alteraciones vasculares de la diabetes tales como el decremento de Na-K adenosin trifosfatasa, incrementos en la matriz extracelular, citoquinas, permeabilidad, contractilidad y proliferación celular (159) y un incremento de los prostanoides vasoconstrictores ( 160).
En la aorta aislada de conejo expuesta a concentraciones de glucosa crecientes la relajación como respuesta a la Ach luego de 10 minutos de tratamiento con un activador de PKC tuvo una respuesta baja (161).
La indometacina incrementa la relajación inducida por ACh sugiriendo para los prostanoides vasoconstictores y su anormal relajación fue restaurada con esfingosina, un inhibidor de PKC (161).
Productos finales de la glicosilación
En presencia de concentraciones elevadas y sostenidas de glucosa en plasma, las proteínas circulantes, o las estructurales tisulares incluyendo el colágeno de la pared arterial y las proteínas de la membrana basal glomerular, sufren una glicosilación covalente no enzimática y enlaces cruzados resultando en la formación de productos finales glicosilados (162,163).
La glicosilación de productos finales posiblemente contribuye a la disfunción endotelial y a la complicación vascular diabética por la permanente modificación química de las células circulantes y las proteínas e indirectamente estimulando la respuesta celular a través de receptores específicos para estas proteínas modificadas (164,165).
Estos receptores específicos han sido identificados en murina y macrófagos humanos, de los cuales se piensa que tienen un rol clave en la eliminación de productos glicosilados.
El rango de acumulación de estas moléculas parece ser más rápido que lo normal en la circulación y paredes arteriales de pacientes con nefropatía diabética consistente con el túbulo renal siendo el principal, si no el único, mecanismo de eliminación (166). La acumulación de productos glicosilados reducen el efecto del NO.
Estudios realizados con ratas inducidas a la diabetes con STZ mostraron tanto in vitro como in vivo que la glicosilación temprana reactiva formas intermedias que reaccionan entonces y extinguen rápidamente al NO (< 5seg) como resultado de una reacción directa entre el radical NO y los productos glicosilados (167).
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