Fundamentos del Óxido Nítrico como Agente Vasodilatador

REVISIÓN DE TEMA
Fundamentos del Óxido Nítrico
como Agente Vasodilatador
Martha Leticia Gutiérrez Correa*
Pablo Quintero**
Francisco Boyacá***
Henry Adolfo Aceros****
RESUMEN
El óxido nítrico es producido en las células endoteliales y de allí migra hacia las
células del músculo liso vascular adyacente en donde, a través de segundos
mensajeros, produce relajación de la vasculatura. Este artículo pretende revisar los
fundamentos de la acción vasodilatadora del óxido nítrico así como su producción y
regulación endógenas.
Palabras clave: óxido nítrico, endotelio, vasodilatación
ABSTRACT
Nitric oxide is produced in endothelial cells and migrates to the adjacent vascular
smooth muscle, where second messengers produce vascular relaxation. This article
pretends to review the basis and mechanism by means nitric oxide leads to vascular
relaxation, its production and endogenous regulation.
Key words: nitric oxide, endothelium, vasodilation
INTRODUCCIÓN
El óxido nítrico (NO) es reconocido como la molécula de los noventa, gracias a los
múltiples roles fisiológicos en los que fue implicado en esos años. La historia se remonta a
1980 cuando Furchgott y Zawasky descubrieron el llamado factor relajante derivado del
endotelio (EDRF - por sus siglas en inglés), que más tarde en 1987, se identificó como NO.
Desde entonces, el NO no solamente ha sido categorizado como agente vasodilatador que
regula el tono vascular y por ende la presión arterial, sino que también se le han atribuido
otras diversas funciones que incluyen la regulación de la contractilidad cardiaca,
transmisión de señales entre neuronas, formación de memoria a corto plazo, eliminación de
agentes patógenos como bacterias y parásitos, reducción de la agregación plaquetaria y
aumento en la adhesión de leucocitos a las células endoteliales, entre otras[1,2,3].
ÓXIDO NÍTRICO Y FACTOR
RELAJANTE DERIVADO DEL ENDOTELIO:
LA MISMA SUSTANCIA
Furchgott y Zawasky en 1980[4] descubrieron la existencia de un derivado del endotelio
encargado de la relajación del músculo liso vascular utilizando la aplicación exógena de
acetilcolina a preparaciones in vitro de vasos sanguíneos. La acetilcolina desencadenaba la
relajación vascular cuando el endotelio se encontraba intacto. Cuando el endotelio era
removido, la relajación vascular no se llevaba a cabo. A partir de esta observación los
autores sugirieron que debía haber un EDRF que producía este efecto activado por la
acetilcolina.
Pronto se descubrió que había otros transmisores que activaban la producción del EDRF,
entre ellos la bradicinina, la sustancia P, ionóforo de calcio, ADP, etc.[5]. También fue
evidente que en preparaciones in vitro de células de músculo liso vascular con endotelio en
perfectas condiciones, la relajación provocada por agonistas muscarínicos se encontraba
relacionada con elevación en los niveles de guanosina monofosfato cíclico (GMPc)
producido por un aumento en la actividad de la guanilato ciclasa (GC)[6,7,8,9,10]. Aun
antes del descubrimiento del EDRF en 1980, ya se sabía que el NO exógeno poseía un
efecto vasodilatador sobre el músculo liso porque drogas antihipertensivas como
nitropusiato de sodio y nitroglicerina donaban este compuesto para producir su efecto
vasorrelajante[11,12]. Sin embargo, no fue sino hasta siete años después que tanto
Moncada et al. en 1987[13] por un lado, como Ignarro et al. en 1987[14] por el otro,
descubrieron que el NO era en efecto el factor relajante del endotelio.
Moncada y colaboradores en 1987[13] llegaron a esta conclusión trabajando con células
endoteliales en cultivo y fragmentos vasculares aislados. El EDRF producido por la
estimulación con bradicinina y el NO exógeno fueron comparados revelando que, en
términos de relajación vascular, estos compuestos eran idénticos. Además, hubo evidencia
química que soportó similares características entre EDRF y NO al mostrar que uno de los
productos del sobrenadante de las células endoteliales aórticas de porcino en cultivo
reaccionaba con ozono y producía el mismo producto quimioluminiscente que se obtenía al
reaccionar NO auténtico con el ozono. Los efectos relajantes del EDRF y del NO fueron
igualmente inhibidos por la hemoglobina y potenciados por la superóxido dismutasa. Para
los autores estas características hicieron de estos dos agentes uno solo.
Los experimentos llevados a cabo por Ignarro y colaboradores en 1987[14] llegaron a la
misma conclusión. Los dos factores (EDRF y NO) se unieron al grupo hemo de la guanilato
ciclasa para la activación enzimática y estimularon además la acumulación del GMPc.
También se ligaron al grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina lo que paró la
acumulación del GMPc y coincidió con un incremento en el tono vascular, es decir, la
común acción vasodilatadora de ambos agentes se vio interrumpida en presencia de estas
hemoproteínas. Ambas sustancias fueron igualmente inactivadas por el radical superóxido y
activadas por la superóxido dismutasa.
SÍNTESIS DE ÓXIDO NÍTRICO ENDÓGENO
El NO es un radical libre no cargado con un electrón no pareado compuesto por un átomo
de nitrógeno y otro de oxígeno. Estas características lo hacen una molécula ideal ya que al
no tener carga difunde libremente a través de la capa lipídica de las membranas biológicas
y al tener un electrón libre no pareado es una molécula altamente reactiva en los procesos
biológicos. Posee una vida media corta (3 a 5 segundos) después de la cual se degrada a
compuestos de desecho como nítritos y nitratos[1].
El NO es sintetizado por una familia de enzimas denominadas óxido nítrico sintasas
(NOS) que catalizan la reacción del oxígeno molecular con el aminoácido L-arginina para
producir óxido nítrico y citrulina. Estas enzimas son estructuralmente semejantes a la
citocromo P450[15], son dímeros capaces de ligar flavin adenina dinucleotido (FAD),
flavin mononucleótido (FMN), nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH),
tetrahidrobiopterina y protoporfirina IX para catalizar la reacción[16].
Palmer y colaboradores en 1988[17] descubrieron que el aminoácido L-arginina era el
precursor de la biosíntesis del NO, lo que sustentaron utilizando la técnica de
espectrofotometría en masa. Esto permitió identificar que el origen del nitrógeno del NO
provenía del nitrógeno guanidino terminal de la molécula L-arginina. Adicionalmente, lo
que confirmó el rol de la L-arginina como precursor del NO endógeno fue el hallazgo de la
N-monometil-L-arginina (L-NMMA), su análogo estructural. Este compuesto que
previamente había sido descrito como inhibidor de la generación de nitritos y nitratos en
macrófagos activados impidió tanto la relajación dependiente del endotelio como la
liberación del NO, efecto revertido al añadir concentraciones crecientes de L-arginina,
concluyéndose que la sustancia L-NMMA actuaba como un inhibidor competitivo sobre la
óxido nítrico sintasas[18,19,20].
Existen muchas isoformas de la enzima NOS que se presentan en diferentes tipos de
células. Las isoformas denominadas constitutivas (NOSc) son aquellas que se encuentran
siempre presentes y tienen una producción basal de óxido nítrico en picomoles por cortos
períodos (segundos a minutos). Se encuentran especialmente en las células endoteliales y
en algunas neuronas y su función es producir NO que regule el tono vascular basal y la
comunicación intercelular respectivamente. También han sido reportadas en plaquetas,
leucocitos polimorfonucleares y células del músculo cardiaco[21].
Las isoformas denominadas inducibles (NOSi) no son normalmente expresadas en las
células y su producción es estimulada en macrófagos y fagocitos para desencadenar
reacciones inmunológicas. Éstos liberan grandes cantidades de NO (nanogramos) de forma
sostenida bajo estímulo fisiopatológico, para así eliminar bacterias, parásitos y otros
agentes patógenos[21]. Sin embargo, las NOSi también pueden producirse en células
diferentes como las del músculo liso vascular y miocitos cardiacos conduciendo a una
acción cronotrópica e inotrópica negativa[1]. La expresión de las NOSi es inhibida por
glucocorticoides[21].
Las isoformas constitutivas son reguladas por el nivel de calcio intracelular. Ciertos
agentes químicos como la acetilcolina y bradicinina entre otros, interactúan con receptores
de superficie de las células del endotelio lo que produce un cambio en la actividad de la
fosfolipasa C (PLC). La estimulación de esta enzima desencadena la formación del 1,4,5
inositol trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG) a partir del 4,5 fosfatidilinositol bifosfato
(PIP2). Estas moléculas actúan abriendo canales de calcio y permitiendo la liberación de
calcio intracelular. El calcio se liga a la calmodulina y este complejo activa la NOSc[22].
La unión facilita la transferencia de electrones a partir del NADPH y las flavinas al
dominio flavoproteína y al dominio hemo de la NOS respectivamente. Estos electrones se
usan para reducir el hierro a su estado ferroso y de esta manera poder ligar oxígeno, el cual
será incorporado al sustrato, la arginina, para generar NO más citrulina (15). Figura 1.
Bredt y Snyder en 1986[23] a través de un ensayo sensible a la conversión de la Harginina a la H-citrulina pudieron monitorear la función de la enzima NOS constitutiva y el
papel de la calmodulina en su activación. Esto lo realizaron adicionando calmodulina
exógena a la reacción, lo que potenció la actividad de la NOS, solamente si el calcio estaba
presente previamente. Otro ensayo en el que utilizaron trifluoperazina, un antagonista de la
calmodulina, produjo una desactivación prominente de la acción enzimática lo cual
corroboró los hallazgos previamente señalados.
Con respecto a la isoforma inducible se sabe que su producción es activada por
citoquinas y endotoxinas[21] que se unen a receptores de membrana de los macrófagos y
otras células de función inmunológica. Se demostró, tras una serie de experimentos, que no
era necesario adicionar calcio para activar la acción de la calmodulina sobre la NOSi. La
calmodulina es una subunidad de la NOSi enzimáticamente activa y se liga fuertemente en
unión no covalente tan pronto es transducida a partir del RNAm sin requerir la elevación
del calcio por encima de las concentraciones halladas en células en reposo (24). Figura 2.
Esto permitió explicar la activación constante de esta isoforma una vez ha sido estimulada
su transducción. Al parecer existe otro factor regulatorio en ambas isoenzimas a manera de
retroalimentación negativa del NO sobre la NOS de manera que autocontrola su
biosíntesis[15].
MECANISMO DE ACCIÓN
Con la evidencia reunida se logró dilucidar el mecanismo de acción del NO: este
compuesto una vez sintetizado por las células del endotelio, es liberado para luego difundir
hacia las células de músculo liso vascular adyacente. Dentro de ellas, se une al hierro de la
enzima guanilato ciclasa activándola para catalizar la producción de guanosina monofosfato
cíclica (GMPc) a partir de guanosina trifosfato (GTP). La GMPc al poseer actividad de
segundo mensajero, activa diferentes procesos biológicos, en este caso dilatar arterias,
ejerciendo su función a través de una cascada de proteincinasas que reducen el calcio
intracelular modulando los canales de calcio de membrana celular y reticulo
sarcoplásmico[25,26,27]. Figura 3.
DEGRADACIÓN DEL NO
El NO puede formar nitritos y nitratos al oxidar la hemoglobina a metahemoglobina[28] o
también puede unirse primero a la hemoglobina formando nitrosihemoglobina para después
transformarse en metahemoglobina[29]. Esta última se reduce a hemoglobina normal a
través de la metahemoglobina reductasa de los eritrocitos. El NO también puede difundirse
al gas alveolar y exhalarse junto con los demás gases en donde ha sido identificado
mediante quimioluminiscencia[30].
CONCLUSIÓN
Hoy en día se están aplicando los conocimientos biológicos que del NO se han obtenido en
la creación de terapias clínicas con diversos fines. Su papel como regulador del tono
vascular es el que ha generado mayor interés. A nivel específico de la vasculatura
pulmonar, el NO ha mostrado ser un vasodilatador selectivo, razón por la cual el NO
exógeno, administrado por inhalación, está siendo utilizado eficazmente como tratamiento
para algunas patologías asociadas con hipertensión pulmonar, entre ellas hipertensión
pulmonar persistente del neonato para la cual ya fue aprobado por la FDA (Administración
de Drogas y Alimentos por sus siglas en inglés). Como tratamiento para otras patologías
como el síndrome de dificultad respiratoria del adulto (ARDS) se encuentra todavía en
proceso de investigación, sin embargo, los resultados son prometedores ya que en el mundo
miles de pacientes han recibido NO inhalado con gran éxito terapéutico.
*
Bióloga, MSc en Fisiología, investigadora y docente Departamento de Ciencias
Fisiológicas.
** Médico cirujano.
*** Estudiante IX semestre, monitor Dpto. Ciencias Fisiológicas.
**** Médico cirujano.
Departamento de Ciencias Fisiológicas, Facultad de Medicina, Pontificia
Universidad Javeriana. Dirección de correspondencia: Martha Leticia Gutiérrez.
Departamento de Ciencias Fisiológicas. Facultad de Medicina. Teléfono: 3208320 Exts:
2782-2783-2784.
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