radicais livres e uso de antioxidantes no doente grave - STI

8
RADICAIS LIVRES E USO DE ANTIOXIDANTES NO DOENTE GRAVE
JOÃO AUGUSTO MÁTTAR
INTRODUÇÃO
A sólida compreensão de radicais livres e o uso racional de substâncias antioxidantes no doente grave implicam
numa revisão dos princípios básicos de atomística e das reações de óxidorredução nos sistemas biológicos,
particularidades estas que fogem ao escopo deste boletim, mas que podem ser vistas em trabalhos recentes(1-4).
Os radicais livres e antioxidantes interessam há décadas profissionais e cientistas ligados às tecnologias de
radiação, combustão, indústria de borracha e derivados, tintas e preservação de pinturas antigas, conservação de
alimentos, etc. Em cada uma destas áreas o conceito de antioxidante varia com o ponto de vista próprio e a
descoberta relativamente recente da importância de reações bioquímicas no organismo animal envolvendo
radicais livres despertou o interesse médico e biológico, inaugurando-se um novo campo de grande expansão
que engloba atualmente a medicina intensiva.
NOMENCLATURA E ABREVIAÇÕES
Existem várias definições de radicais livres, e dúvidas no uso do termo “livre” tido por muitos como supérfluo.
Pela definição adotada por Halliwell e Gutteridge, os papas do assunto (vide referências 41,42,43 do trabalho 1
nesta bibliografia – referência dentro da referência! Uma nova forma de citação bibliográfica...) radical livre é
qualquer espécie capaz de uma “existência independente” (daí o termo “livre”) que contém 1 (um) ou mais
elétrons não pareados na camada de valência (a última camada de elétrons). Portanto deve-se distinguir entre
radical livre como definido acima e radical simples ou íon (ânion), o que raramente é feito na prática
originando-se uma grande confusão no entendimento e compreensão do tema!
-
ROS - reactive oxygen species (superóxido O02 ) e RNS – reactive nitrogen species, como por exemplo, óxido
nitrico (NO), peroxinitritos, etc., sendo que o termo species é preconizado ao invés de molécula, pois os radicais
livres não são moléculas completas ou verdadeiras são radicais (obviamente...), ou “fragmentos de moléculas”.
Para sair pela tangente, muitos autores usam nomenclatura ROM - reactive oxygen metabolites, o termo
metabolito englobando moléculas, radicais, compostos intermediários, etc.
Redox - reação ou estado de óxidorredução. Lembrar que oxidação é a perda de elétrons e redução o seu
ganho, sendo as reações sempre acopladas de óxidoredução. Agente oxidante retira elétrons e se reduz,
enquanto o agente redutor cede elétrons e se oxida (1-4).
1
8
Oxidative stress – estresse oxidativo. Em condições normais a geração de ROS/ROM e outros radicais livres
são inativados por sistemas enzimáticos endógenos e ingeridos (administrados), mantendo-se equilíbrio entre
ambos processos. Quando ocorre desequilibro, com maior produção RL e menor inativação, estaria estabelecido
o estresse oxidativo (1-4)
ATOMÍSTICA E ESTRUTURA MOLECULAR DE UM RADICAL LIVRE E DE UM RADICAL SIMPLES
Reações químicas iniciadas por várias substâncias podem cindir a ligação química entre 2 (dois) e-, cisão ou
fissão esta que pode ser simétrica (homolítica) e assimétrica (heterolítica), como abaixo:
Simétrica ou homolítica A:B Æ A• + •B (formação de radical livre); os 2 (dois) e- da ligação covalente
cindida : cada um vai para um átomo diferente A e B
Assimétrica ou heterolítica A:B Æ A+ + :B- (formação radical simples ou íons); somente 1 dos átomos recebe
ambos e- da ligação covalente : quebrada
Na prática as notações A•
+ • B que melhor simbolizariam radicais livres são em geral expressas
simplesmente como símbolo negativo molecular ou atômico sem a pontuação • Mais confusão!
Como já frisado, o termo “livre” deve ser intertrepado como independente, com vida e ação própria, devendo-se
fazer distinção entre íon, carregado negativamente, como por exemplo, íon hidroxila (ânion), HO- normalmente
formado em múltiplas reações bioquímicas fisiológicas sem ação deletéria e o radical livre hidroxila, HOz o
maldito, o mais potente e destrutivo dentre os vários radicais livres formados no organismo. Nos exemplos de
radiólise e ionização de uma molécula de água [H-O-H], estes conceitos pretensamente deverão ser entendidos,
como a seguir: Átomo de oxigênio (O) número atômico z= 8 ou seja 8 prótons + 8 elétrons e- ; átomo de
hidrogênio H z = 1, com 1 próton + 1 e- . Molécula de água H2O ou [H-O-H] , 10 prótons + 10 e- .
Representação de Lewis H x * O x * H; x * representa o tracinho – (ligação covalente) na H – O – H, com
dois elétrons (* x), um pertencente ao átomo de H e o outro ao átomo de oxigênio. Na formação do íon
-
hidroxila (ânion), HO-, bonzinho, representar-se-ia [OH] ou [H *x O * x] com 9 (nove) prótons + 10 (dez)
elétrons e, portanto carga negativa (ânion) sendo o próton [H+] = 1 átomo de H sem o seu único elétron, o
complemento da molécula de H2O. O radical livre (RL) hidroxila, bad guy, pittibull assassino, é representado
como [H *x O *], [HO]z 9 (nove) prótons + 9 (nove) elétrons e- , portanto sem carga (daí o símbolo z ), mas
com 1 elétron e- não pareado, portanto radical livre hidroxila. Lembrar que a molécula de hidrogênio (assim
como a de oxigênio) é diatômica, H2 ou H-H, e o menor radical livre possível é o H atômico [H], constituído de
um próton H+ e 1 elétron (representativamente x ou *), também sem carga. Deu pra entender? Não deu? Sorry
2
8
my friend!. I would advise you to be enrolled in the practical workshop of Biochemical and metabolism of
HSPE UTI team. See Prof. Ederlon for details...
COMO E PORQUE SE FORMAM OS RADICAIS LIVRES?
Com exceção de certos organismos unicelulares anaeróbios ou aeróbios “parcialmente tolerantes” todos
animais, plantas e bactérias necessitam de O2 para uma eficiente produção de energia. Outros organismos
evoluíram com mecanismos de defesa antioxidantes para proteção contra a toxicidade pelo oxigênio e passaram
a usá-los para transformação metabólica enzimática (oxidases, hidroxilases, oxigenases, etc.) por cadeia de
transporte de elétrons na mitocondria, com o oxigênio representando o receptor final de elétrons, o que
representa nos mamíferos cerca de 90% do ATP necessários para esta produção energética.
As principais reações de óxidorredução que originam radicais livres estão demonstradas a seguir:
O2 + (e) Æ O2- (radical superóxido)
O2 + (e) + 2H+ Æ H2O2 (água oxigenada, peróxido de hidrogênio, não um radical livre mas pode liberar HOz)
O2 + O2 + 2H+ SOD - superóxido dismutase Æ H2O2 + HOz (radical livre hidroxila)
2Fe++ + H2O2 Æ 2Fe+++ + HOz + HOz
Fe++ + O2 Æ Fe+++ + O02ANTIOXIDANTES E SUBSTRATOS AFETADOS
Os radicais livres têm sido implicados como causa importante de lesão tecidual em doentes graves sendo seus
alvos as principais macromoléculas (proteínas, enzimas, ácidos graxos de membranas celulares, e DNA) e
organelas celulares principalmente lisozomas, núcleo, membranas celular e subcelular, mitocôndria, o que na
prática ocorre em choque, isquemia-reperfusão, trauma, sepse, etc., incitando trabalhos e ensaios clínicos com
vários enfoques terapêuticos que incluem antioxidantes exógenos. É consenso que, com raras exceções, o uso
isolado de antioxidantes não é suficiente para neutralizar a formação de radicais livres em vários locais do
organismo, o que gerou a associação múltipla de antioxidantes, os assim chamados “coquetéis de
antioxidantes”.
A tabela I resume os principais antioxidantes exógenos usados atualmente e o respectivo substrato afetado:
TABELA I - ANTIOXIDANTES EXÓGENOS
Antioxidantes do tipo enzimático
Substrato afetado
1. Superoxidodismutase (SOD), catalase, em liposomas encapsulados
O2-
2. Inibidores da xantina oxidase (allopurinol, oxipurinol, folatos)
Xantina oxidase
H2O2
3
8
3. Inibidores da NADPH oxidase (adenosina, bloqueadores canal
de cálcio, lidocaina, antiinflamatórios não esteróides)
4. Coenzima Q10 (ubiquinona/ubiquinol)
NAPDH oxidase
Cadeia respir. mitocondrial
Antioxidante do tipo não enzimático
A. Manitol, albumina, lazaróides, vit. E, C, β-caroteno, β-agonistas
HOz, O2-, β-oxidação de lípides
B. Flavonóides: fenois dos vinhos, quercetina, genisteina, miricestina,
Isquemia, trombose, inflamação
C. Quelantes metais pesados: ceruloplasmina, ferritina, desferoxamina
Fe+++
D. Estimulantes da atividade antioxidante natural
(N-acetilcisteina, probucol, selênio, glutationa, ácido úrico)
Atividade endógena
E. Agentes antineutrofílicos (anticorpos no plasma ou monoclonais)
Neutrófilos
F. Inibidores da ação de neutrófilos (pentoxifilina, cafeína)
Fator de necrose tumoral TNF
G. Extrato de Ginko Biloba
Flavonóides + ação de SOD.
Outros antioxidantes de uso recente
N-2-mercapto-propionyl-glicina
Efeitos da radioterapia
Triterpinas (Trolox, um análogo da vit E)
Beta oxidação lipídica
Frutose di-fostato (FDP)
Atenua isquemia reperfusão
Anestésico gama-hidroxi-butirato
Isq.- reperfusão em anestesia
Flavonóides (purpurogallina)
↓ IAM experimental
Solução de Ringer Etil-Piruvato (8)
↓ isquemia-reperfusão
Trabalhos experimentais
.
USO EXPERIMENTAL E CLÍNICO DE SUBSTÂNCIAS ANTIOXIDANTES
A intervenção terapêutica oportuna com substâncias antioxidantes teria efeitos protetores em muitas situações
como em isquemia-reperfusão, síndromes inflamatórias, sepse, choque, trauma, SARA, etc. Em modelos
experimentais, com estudos controlados e padronizados, tem-se provado a eficácia dos vários agentes citados
em determinadas e definidas facetas funcionais e bioquímicas, mas em estudos humanos, apenas nos últimos
anos o emprego judicioso de antioxidantes em situações agudas e crônicas, principalmente nos doentes graves
com reações inflamatórias, sepse, trauma, queimaduras extensas, etc. têm produzido resultados satisfatórios. Na
falta de estudos multicêntricos randomizados e controlados com número suficientes de doentes estudados para
4
8
definição do uso rotineiro de antioxidantes na área de medicina intensiva, a regra é usar o bom senso, e atender
ao óbvio (por exemplo, se o doente nada recebe de vitaminas e antioxidantes ele não sara e muito pelo contrário
com muita probabilidade pegara uma SARA).
A tabela II resume os principais trabalhos experimentais e clínicos pertinentes ao uso de antioxidantes.
TABELA II - PRINCIPAIS TRABALHOS EXPERIMENTAIS E CLINICOS DE ANTIOXIDANTES
ANTIOXIDANTES
Vitamina E
Surgery 1985; 90:184
ESPÉCIE
Rato
CONDIÇÃO
Sepse, choque, trauma
RESULTADOS
↑ Sobrevida
↓ Lesão hepática
Vitamina E + PBN
Camundongo
Hiperóxia
↑ Função cerebral
Ann N Y Acad Sci 1998; 854
Coenzima Q10
Cão, coelho
Sepse.
↑ Sobrevida
Crit Care Med 1986; 14:570
Isquemia miocárdica
↑ Função miocárdica
Inibidor xantine oxidase
Gato
Isquemia intestinal
↓ Lesão vascular
Gastroenterology 1981; 81:23
NEJM 1985; 312:159
N-Acetilcisteina (NAC)
Rato, cão,
SARA, sepse
↑ Sobrevida;
J Clin Inv 1984; 73:1772
Carneiro
↓ Lesão pulmonar
Am J Physiol 1994; 266: H1746
Vitamina E (uso e ação aguda)
Humana n = 12 Sepse, SARA, DAC
↓ Peroxidação
Int Care Med 1989; 15:87
Crit Care Med 1990; 18:1
Vitamina E (uso e ação crônica)
Humana n >500 Estudos arteriosclerose ↓ gravidade
Am J Clin Nutr 1990; 52:557
Am J Clin Nutr 1991; 53 (Suppl) 326 S. NEJM 1993;328:1444
Vitamina C 21dias
Humana n = 96 Ultramaratonistas
↑Imun.↓ resfriados
Am J Clin Nutr 1993; 57:170
Coenzima Q10 – dias
Humana n = 50 Cirurgia valvar cardíaca ↑ DC
Ann Thorac Surg 1982; 33:145
Coenzima Q10- dias
Humana n = 12 DAC, Isquemia, angina ↑ ergometria↓ angina
Am J Cardiol 1985; 56:247
Coenzima Q10- dias
Humana n=192 ICC
↑ função miocárdica
J Clin Inv 1993; 71 (Suppl): S112
Coenzima Q10- dias
Humana n = 43 ICC, isquemia
↑ DC bioimpedância
Med Clin N Amer 1988; 72:243
Coenzima Q10- dias
Humana n = 22 Pós cardioplegia
↑ histol. miocárdica
Ann Thor Surg 1989; 47:939
NAC – dias
Humana n = 24 SARA, sepse
↑ Sobrevida; ↑ IDO2
Am J Med 1991: 91(Suppl 3C): 54S
Pancreatite aguda
↓ CIVD ↓ SIRS
Lancet 1986; 1: 914
NAC - imediata
Humana
Intoxicação paracetamol ↑ Sobrevida
Antídoto universal
Acetaminofen (Tylenol)
NAC - dias
Humana n = 56 CA ginecológico
↑ hematologia
Nutrition 1999;15:177
MISTURA (“Coqueteis”)
VO (Vits.E,C,CoQ10, selênio)-3d Humana n = 10 Indivíduos normais
Sem efeito(Xc, R)
Bras Met Nutr (in press)
5
8
VO (Vit. E, C, selênio
Humana n = 20
β-caroteno, metionina)
5 anos. Cross-over
Adv Exp Med Biol 1990; 264:255
Fibrose pancreática
↑ Intervalo de crises
Pancreatite crônica
↓ Intens. e duração das crises
Crise pancreatite aguda
EV + VO - 4 dias
Humana n = 32
EV: Vit. C, selênio
VO: Vit. E, NAC
Crit Care Med (Abstract) 1989; 17:S153
SARA, sepse
↑ Sobrevida
EV + VO - 3 a 7 dias
Humana n = 92
(EV: Manitol, folato,
lidocaina, Vit. C, selênio
polimixina-B, Corticóides
VO: Vit. A, E, glutamina, NAC)
Crit Care Med (Abstract) 1998;26 A 142
Politrauma
↑ Sobrevida (?)
↑ pH mucosa gástrica
por tonometria
Estudo randomizado
Centro Trauma nivel I
↓ tempo UTI e ventil,
↓ FMOS
↑ = aumenta, melhora; ↓ = diminui, piora; SARA = síndrome da angústia respiratória aguda; DAC = doença
arterial coronariana; DC = débito cardíaco; IDO2 = índice de transporte de oxigênio; CIVD = coagulação
intravascular disseminada; SIRS = síndrome da resposta inflamatória sistêmica (“systemic inflammatory
response syndrome”); NAC = N-acetilcisteina; PBN = N-tertil-butil-alfa-phenilnitrone; Xc = reatância, Ohms;
R = resistência Ohms. VO = via oral; EV = endovenosa. ICC = insuficiência cardíaca congestiva NADPH =
dinucleotídeo adenina nicotinamida fosforada, forma reduzida; TNF = tumor necrosis factor (fator de necrose
tumoral; IAM = infarto agudo do miocárdio; FMOS= Falência de múltiplos órgãos e sistemas.
AVALIAÇÃO DO STRESS OXIDATIVO, AÇÃO DE ANTIOXIDANTES
Em muitos casos a determinação direta ou indireta de antioxidantes no sangue não reflete o estado de
antioxidação “in vivo”, particularmente de órgãos e tecidos onde o estresse oxidativo é maior, e a única técnica
que detecta diretamente a presença de radicais livres é a espectroscopia por ressonância de elétrons seja
paramagnética (eletron paramagnetic resonance – EPR) ou de “spins” (electron spin resonance – ESR),
raramente usadas como rotina a beira de leito, e baseados em sua meia-vida efêmera e ação predominantemente
local (macromoléculas e estruturas celulares), os radicais livres são estimados por métodos laboratoriais
indiretos. A técnica de “trapping” consiste em reações em cadeia que aprisionam (“trap”) e detectam os
radicais livres como parte de um complexo químico final, sendo o exemplo representativo o PBN α - fenil-tertbutil nitrona
Os principais métodos de dosagens na prática médica utilizam a espectrofotometria ultravioleta que avalia as
propriedades físico-químicas dos vários componentes plasmáticos oriundos de reações de óxidorredução e
atividades de radicais livres. Existem atualmente kits e técnicas para medida de capacidade antioxidante total do
plasma, pouco difundidos em nosso meio e o método mais antigo e o mais freqüentemente usado como medida
indireta de peroxidação de ácidos graxos em nível de membranas e em alimentos de um modo geral é do ácido
tiobarbitúrico (TBARS- do inglês “Thiobarbituric acid reactive species”) que quantifica o malondialdeido
(MDA). Por um lado tem a vantagem de ser um método simples, o material usado se restringindo ao
6
8
aquecimento de ácido tiobarbitúrico (TBA) e medição com radiação de 532 nm e por outro lado é o método
mais criticado pela complexidade bioquímica. Bioquimicamente ocorre a formação de malondialdeido (MDA)
de fórmula
O=C - C -C=O
H H2 H
que representa indiretamente atividade de peroxidação lípidica pela ação de radicais livres na cisão de ligações
duplas dos ácidos graxos insaturados. O MDA reage no teste de TBARS para gerar uma coloração específica
que absorve luz nas radiações de 532 nm e fluoresce a 553 nm, sendo extraído em solventes orgânicos como o
butanol. Goode e cols demonstraram um aumento de TBARS plasmático e da excreção de nitritos urinários,
concomitantes à queda do nível plasmático de vários sistemas antioxidantes como α-tocoferol, retinol, βcaroteno e licopeno em situações de sepse e reações inflamatórias generalizadas.
Outros métodos de mensuração indireta de radicais livres incluem voltametria cíclica (“cyclic voltammetry”),
dosagens de ácido cis-parinárico (ácido ocatadecatetraenóico), peróxidos, conjugação de diênicos, gases
hidrocarbonados expirados, luminescência e fluorescência, espécies clorinadas, óxido nítrico, peroxinitritos,
dosagens de vitaminas, oligoelementos plasmáticos, ácido úrico, bilirrubinas, proteína C reativa, etc.
Recentemente a dosagem de isoprostano F-2 (8-epi-PPGF2-α e outros metabólitos de prostaglandinas)
universalmente no sangue, plasma, urina, outras secreções orgânicas, em placas de ateromas e em tecido
cerebral de doentes com Alzeihemer, tem sido proposta para avaliação de ação farmacológica de vários
esquemas clínicos de antioxidantes.(7)
CONCLUSÕES
O antioxidante ideal seria aquele que interceptasse a formação de radicais livres no local de origem (ou perto
dele) em ambiente intra e extracelular, com ação preferencial nas membranas biológicas tanto na sua superfície
como no meio hidrófobo lipídico, o que na atualidade não existe. O avanço na terapia nutricional inclui
atualmente a adição de substâncias antioxidantes com pretensa ação imunoestimulante (arginina, taurina,
glutamina, mistura balanceada de omega-3 e omega-6, e outras), presentes em dietas enterais especiais, as assim
chamadas dietas “imunomoduladoras”, com resultados clínicos VARIÁVEIS, em relação à morbidade, ao
tempo de uso de ventiladores, permanência na UTI e hospital, e mortalidade (?) (5,6,7). Com os avanços nos
conhecimentos bioquímicos e metabólicos dos nutrientes e da resposta inflamatória sistêmica, é de esperar nos
próximos anos progressos significativos nesta fértil área de estudos (8)
7
8
LEITURAS BIBLIOGRÁFICAS SUGERIDAS
Como já foi dito no início desta explanação, existem atualmente dezenas de milhares de publicações relativa ao
tema antioxidante, radicais livres, doente grave, isoladamente ou em conjunto, quer em publicações científicas
consagradas em Medicina, como nas várias apresentações pela Internet, o que torna difícil uma listagem
“completa”. As referências abaixo correspondem apenas aos trabalhos do autor e outros trabalhos recentes.
1.
Máttar JA: Radicais livres e antioxidantes no doente grave. In Ferro HC, Azevedo JRA, Loss SH (eds).
Nutrição parenteral e enteral em UTI. Série: Clínicas Brasileiras de Medicina Intensiva ano 6. Volume
11, 2001. Atheneu pp 93-150. Contem 100 referências bibliográficas e Capítulo Apêndice sobre
atomística.
2.
Mattar JA: Radicais livres e antioxidantes. In Magnoni D e Cuckier C (eds) Perguntas e Respostas em
Nutrição Clinica, 2001. Roca pp 357-360
3.
Mattar J A: Reações de óxidorredução nos sistemas biológicos. SBNPE Boletim informativo ano VI,
no. 27, maio/junho 2000
4.
Mattar JA: Radicais livres e uso de antioxidantes no doente grave. SBNPE Boletim informativo ano
VI, no. 28, julho/agosto 2000
5.
Molecular Biology of Critical Illness. Guest Editors. Timothy G. Buchman, Arthur S. Slutsky
New Horizons volume 3, number 2 May 1995. Todos os capítulos deste número da revista são de
interesse ao medico intensivista, incluindo-se vários temas de radicais livres e antioxidantes.
6.
Preiser JC, Gossum AV. Berre J, Vincent JL, Carpentier Y: Enteral feeding with a solution enriched
with antioxidant vitamins A, C, and E enhances the resistance to oxidative stress. Crit Care Med 2000;
28:3828-3832.
7.
Nathens AV, Neff MJ, Jurkovich GJ, et al: Randomized, prospective trial of antioxidant
supplementation in critically ill surgical patients. Annals of Surgery 2002; vol 236, no.6, 814-822
8.
Fink MP: Ethyl piruvate: A novel anti-inflammatory agent. Crit Care Med 2003;31(Suppl.):S51-S56
8