Lab. Regulação Humoral da Circulação

Estresse Oxidativo e DoençasCardiovasculares

Estresse Oxidativo e DoençasCardiovasculares

Madamanchi, N. R.; Vendrov, A.; Runge, M. S. Arterioscler Thromb Vasc Biol, v. 25, p.29-38, nov. 2005.Impact factor 7.235

Fabrício Bragança da SilvaVitória2012

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTODEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FISIOLÓGICAS

Objetivos

Introdução

Tipos de Espécies reativas

Fonte das ERO

Sistema de defesa Antioxidante

Estresse Oxidativo e DCV

Conclusão

Artigos

EROEstresse Oxidativo

ERO & ERNEfeitos Enzimático

Não Enzimático

Introdução

• The great evolutionary pulses of metabolic and structural innovation of life on Earth can be correlated with changes in environmental oxygen (HOLLAND, 2006 apud NAVIAUX, 2012).

Espécies Reativas Oxigênio

• Organismo aeróbicos continuamente produzem espécies reativas de oxigênio (ERO), moléculas de oxigênio com um elétron desemparelhado. Os níveis celulares de ERO são determinados pelo o equilíbrio entre as taxas de formação e decomposição pelo sistema antioxidante endógeno e por pequenas moléculas que funcionam como antioxidantes.

Espécies Reativas

SistemaAntioxidanteEspécies

Reativas

SistemaAntioxidante

Estresse Oxidativo

• Decorre da existência de um desequilíbrio entre compostos oxidantes e antioxidantes, em favor da geração excessiva de radicais livres ou em detrimento da velocidade de remoção desses. Tal processo conduz à oxidação de biomoléculas com consequente perda de suas funções biológicas e/ou desequilíbrio homeostático, cuja manifestação é o dano oxidativo potencial contra células e tecidos.

•Peroxidação de lipídeos de membrana•Agressão à proteínas, enzimas, carboidratos e DNA

•Produção de energia•Fagocitose•Regulação do crescimento celular•Sinalização intracelular•Síntese de substâncias biológicas

Espécies Reativas de Oxigênio Espécies Reativas de Nitrogênio

Radicalares Não radicalares Óxido nítrico (NO•)Óxido nitroso (N2O3)Ácido nitroso (HNO2)Nitritos (NO2

−)Nitratos (NO3

−)Peroxinitritos (ONOO−)

Hidroxila (HO•)Superóxido (O2

•−)Peroxila (ROO•)Alcoxila (RO•)

Oxigênio (O2)Peróxido de hidrogênio (H2O2)Ácido hipocloroso (HOCl)

Espécies Reativas

Efeito Fisiológico

Efeito

Patológico

Fonte: Vasconcelos et al, 2007.

• Os mecanismo de geração de radicais livres ocorrem, normalmente, nas mitocôndrias, membranas celulares e no citoplasma (favorecido na presença de íons de ferro e cobre).

Barbosa et al., 2010

Fontes de Espécies Reativas Oxigênio

Fontes de ERO

Figura. Fontes de Espécies reativas de oxigênio. Adaptado: Madamanchi et al, 2005.

Cadeia Respiratória Mitocondrial

Figure. Inhibition of O2-. production in mitochondria by

inhibiting electron transport chain complex II (1), uncoupling oxidative phosphorylation (2), overexpressing uncoupling protein-1, or using SOD (3) leads to blockage of hyperglycemia-induced damage in endothelial cells.Fonte: Madamanchi et al., 2005

Fonte: Gregory J Dusting et al., 2005.

NADPH oxidase

Xantina oxidase

Fonte: Ribeiro et al., 2005.

• Tem a função de inibir e/ou reduzir os danos causados pela ação deletéria das espécies reativas.

Sistema de Defesa Antioxidante

Sistema Antioxidante

Sist. de Prevenção

Sist. Scavenger

Sist. de Reparo

Sistema EnzimáticoSuperóxido Dismutase (SOD)Catalase (CAT)Glutationa Peroxidase (GPx)

Sistema não-enzimáticoCompostos de origem dietética (vitaminas, minerais e compostos fenólicos)Glutationa (GSH)

Sistema de Defesa Antioxidante

z

M(n+1)+-SOD + O2− → Mn+-SOD + O2

Mn+-SOD + O2− + 2H+ → M(n+1)+-SOD + H2O2.

2H2O2 O2 + 2H2OCatalase

NADPH

2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+

H2O2 + NADPH + H+ 2H2O + NADP+

GPx

GSR

GSH

Sistema de Defesa Antioxidante

Fonte: Yin et al., 2012

Sistema de Defesa Antioxidante

Adaptado: Gandra; Alves; Macedo, 2004.

Sistema de Defesa Antioxidante

Fonte: Barreiros; David, 2006.

• A produção excessiva, aguda e crônica de ERO, em condições fisiopatológicas, resguarda intima relação com as doenças cardiovasculares.

Madamanchi et al, 2005

Estresse Oxidativo e DCV

Estresse Oxidativo e DCV

Figure. Development of atherosclerosis. ROS produced by endothelial cells, SMCs, and macrophages oxidize LDL in the subendothelial space, at the sites of endothelial damage, initiating events that culminate in the formation of a fibrous plaque. Rupture of fibrous plaque leads to thrombus formation and occlusion of the vessel. Madamanchi et al, 2005

Fonte: Tabima; Frizzell; Gladwin, 2012

Estresse Oxidativo e DCV

NAD(P)H Oxidase e DCV• Cell culture studies and animal models

provide evidence for the critical role of NAD(P)H oxidase-derived oxidative stress in atherosclerosis ↔ Ang II, thrombin, PDGF, and TNF-α.• …the atheroprotective laminar shear

stress→↓NAD(P)H activity• ...atherogenic oscillatory shear stress→

(+) NAD(P)H activity• …enhanced AT1 receptor regulation and

increased NADH-dependent vascular O2-

production were associated with endothelial dysfunction.• In human studies... Ang II, AT1,

trombin↔ROS and Ox-LDL↔NAD(P)H oxidase subunit p22phox: foam cell, plaque stability and apoptosis in endothelial and SMCs.

Xantina Oxidase e DCV• XO generates O2

- by catalyzing hypoxanthine and xanthine to uric acid.• XO exists in plasma and endothelial

cells but not in SMCs.• In the coronary arteries of patients

with coronary artery disease (CAD), electron spin resonance studies show significant activation of both NAD(P)H oxidase and XO• …endothelial XO is inversely

proportional and positively related to the effect of vitamin C on endothelium-dependent vasodilation• In asymptomatic young individuals

with familial hypercholesterolemia, the increase of vascular XO activity is an early event.

Metabolismo do AA e DCV

• Lipoxygenases are another important source of ROS production in the vascular wall.• Leukocyte-type 12/15-lipoxygenase (LO)

and its products, 12(S)-hydroxyeicosatetraenoic acid[12(s)-HETE)] and 15(S)-HETE, are also implicated in atherogenesis.• 12/15-LO activation leads to SMC growth,

hypertrophy, and inflammatory gene expression; SMCs deficient in the enzyme show reduced generation of mitogen-induced ROS.

NOS desacoplada e DCV

• Increased vascular O2- production not only

alters endothelium-dependent vascular relaxation through interaction with NO, but the resultant peroxynitrite can also oxidize BH4.

...during mitochondrial oxidative phosphorylation under pathophysiologic conditions, the lectron transport chain may become uncoupled, leading to increased O2

- production.

↓Mitochondrial DNA (MtDNA) is prone to oxidative damage.

ROS Mitoconcrial e DCV

Figure. Mechanical stretch and AT1 receptor activation induce p47phox and rac1 activation, membrane translocation, and NAD(P)H oxidase activation. ROS generation by activated NAD(P)H oxidase and 12/15-lipoxygenase leads to hypertension.Fonte: Madamanchi et al., 2005.

Estresse Oxidativo na Hipertensão

• …antioxidants prevent the progression of several pathological processes – such as cardiac hypertrophy, cardiac myocyte apoptosis, ischemia-reperfusion, and myocardial stunning…

• TNF-α and Ang II induced hypertrophy in a ROS-dependent manner…

• Overexpression of catalase significantly reduced Ang II-induced hypertrophy, and transfection with antisense p22phox inhibited Ang II–induced H2O2 production.

• During compensated hypertrophy... NAD(P)H oxidase-dependent ROS production significantly and progressively increased to a peak at the level of decompensated heart failure.

• ...increased peroxynitrite may cause cytokine-induced myocardial contractile failure by inactivating sarcoplasmic Ca2+-ATPase and dysregulating Ca2+ homeostasis.

Estresse Oxidativo na ICC

• ROS produced during cerebral ischemia induce lipid peroxidation, protein oxidation, and DNA damage.

Model Experiment type Results

SOD2 knockout mice

Permanent focal cerebral ischemia

Exacerbated infarct size and upregulated oxidative stress markers (mitochondrial cytochrome c release and DNA fragmentation)

SOD1 transgenic mice

Photothrombotic ischemia

Reduction in blood-brain barrier disruption and infarct size along with decreased oxidative DNA damage and DNA fragmentation

Mouse ischemia-reperfusion model

Ischemia-reperfusion Deficiency of the GPx-1 resulted in a threefold increase in brain infarct volume, early activation of caspase-3 expression, and apoptosis

nNOS and iNOS knockout mice

Permanent focal cerebral ischemia

Reduced infarct size

Estresse Oxidativo no AVE

• Other risk factors for vascular disease, such as obesity and cigarette smoking, are associated with systemic oxidative stress.

• Increasing body-mass index and cigarette smoking↔↑F2-isoprostane levels; mtDNA damage → Atherosclerosis

DCV e Fatores de risco para o Estresse Oxidativo

• Muito se tem especulado sobre a participação do estresse oxidativo em diferentes doenças, o apontando com um fator desencadeante das diversas alterações homeostáticas. Porém, há muito o que se pesquisar para então estabelecer a real participação dos componente envolvidos na oxi-redução metabólica.

• A compreensão das bases patológicas das DCV é uma prerrogativa essencial, no entanto ainda é cedo pra inferir que o chamado estresse oxidativo é cerne de todas suas alterações metabólicas deletérias. Afinal, a oxi-redução é um sistema inerente aos organismo aeróbicos e sua exacerbação pode vir a ser apenas uma consequência e não a causa.

Conclusão

• MADAMANCHI et al. Oxidative Stress and Vascular Disease Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., v. 25, p. 29-38. 2005.

• GANDRA, P. G.; ALVES, A. A.; MACEDO, D. V. Determinação eletroquímica da capacidade antioxidante para avaliação do exercício físico. Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 980-985, 2004.

• TABIMA, D. M.; FRIZZELL, S.; GLADWIN, M. T. Reactive oxygen and nitrogen species in pulmonary hypertension. Free Radical Biology & Medicine, 52, 1970–1986, 2012.

• DAI, D. et al. Cardiac Aging: From Molecular Mechanisms to Significance in Human Health and Disease. Antioxidants & Redox Signaling, V. 16, N. 12, 2012.

• DUSTING, G. J.; SELEMIDIS, S.; JIANG, F. Mechanisms for suppressing NADPH oxidase in the vascular wall. Mem Inst Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, v. 100, s. I, p. 97-103. 2005.

• Prontein Data Bank. Superoxido dismutase. Disponível em: www.pdb.org. info@rcsb.org. Acessado em: 17/07/2012.

• HALLIWELL, B. The antioxidant paradox. The Lancet , Vol 355: 1179–80, April 1, 2000.• BARBOSA, K. B. F. Estresse oxidativo: conceito, implicações e fatores modulatórios. Rev. Nutr., Campinas,

23(4):629-643, jul./ago., 2010.• Barreiros, A. L. B. S.; David, J. M. Estresse oxidativo: relação entre geração de espécies reativas e

defesa do organismo. Quim. Nova, Vol. 29, No. 1, 113-123, 2006.• VASCONCELOS, S. M. L. et al. Espécies reativas de oxigênio e de nitrogênio, antioxidantes e marcadores

de dano oxidativo em sangue humano: principais métodos analíticos para sua determinação. Quim. Nova, v. 30, n. 5, p. 1323-1338. 2007.

• NAVIAUX, R. K. Oxidative Shielding or Oxidative Stress? JPET, v. 342, n. 3, p. 608-618, september. 2012.

Referências

Fabrício Bragança da Silva

OBRIGADO