Folia Dermatológica Peruana
- Vol. 10 • Nº. 4 Diciembre de 1999

DERMOFARMACIA

Antioxidantes: efectos biológicos y sobre el envejecimiento
Prof. Alberto Boveri (1)

INTRODUCCIÓN
Un antioxidante es una sustancia que disminuye la generación de productos oxidados en un sistema de reacciones de radicales libres. El concepto se originó en la química orgánica, introducido por Moureau hace más de setenta años, para describir el efecto de los polifenoles en la polimerización de la acroleína. Los polifenoles antioxidantes fueron luego extensamente utilizados en la síntesis industrial de polímeros por reacciones de radicales libres en cadena en los procesos de fabricación de caucho sintético y otros polímeros similares. El concepto y el uso de los antioxidantes pasó luego, en las décadas del 40 y del 50, a la química de los productos alimenticios industrializados donde su uso constituye una práctica actual muy difundida.
En las últimas dos décadas la palabra antioxidante ha adquirido un nuevo significado, en este caso biomédico, constituyéndose en la descripción de un tipo de medicamentos o de nutriacéuticos, caracterizados por producir una disminución de la velocidad de las reacciones de radicales libres en el organismo humano. El efecto biológico ocurre en los organismos vivos en general, incluyendo animales, vegetales y bacterias, pero el uso cotidiano y mediático se refiere a su uso por las personas. Se estima que unos 30 millones de personas en los Estados Unidos, un 10% de la población, y unas 350.000 personas en la Argentina, un 1 % de la población, toman suplementos alimentarios con vitaminas antioxidantes. El uso de los antioxidantes ya se ha extendido a la cosmiatría, a la cosmética y los champúes y detergentes.

LA PRODUCCIÓN FISIOLÓGICA DE RADICALES LIBRES
La suplementación de la dieta con antioxidantes tiene sólidas bases científicas. El cuerpo humano funciona como una maquina química operando a temperatura y presión constantes que utiliza la oxidación de los alimentos con el oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para su funcionamiento y movimiento. El oxígeno respirado, tomado en los pulmones y transportado a los tejidos por la hemoglobina de los eritrocitos, es utilizado en las mitocondrias intracelulares que acoplan la oxidación de sustratos a la producción de ATP (la forma intracelular de la energía química). En las mitocondrias, un 98% del oxígeno consumido es utilizado por la citocromo oxidasa, la enzima terminal de la cadena respiratoria, para el funcionamiento de la cadena respiratoria y la generación del potencial electroquímico de la membrana mitocondrial que provee la fuerza directriz para la síntesis de ATP por la F1-ATP-asa mitocondrial, En las mismas mitocondrias, el oxígeno participa de reacciones secundarías de autooxidación de componentes de la cadena respiratoria mitocondrial. Así, la autoxidación de la ubisemiquinona (UQH.) (reacción de Boveris-Cadenas) y la auto-oxidación de la semiquinona de la flavoproteína de la NADH deshidrogenasa (FMNH.) (reacción de Boveris-Turrens) dan cuenta del 2% restante del oxígeno consumido por estas organelas subcelulares. La formación de la semiquinona, UQH o FMNH, por transferencia de un electrón a una molécula orgánica bivalente, constituye la reacción de iniciación en la que se forma el primer radical libre, como compuesto químico con un electrón no apareado (Gráfico 1, reacción l). Estos radicales libres son intermediarios de la actividad enzimática y ocurren en moléculas orgánicas unidas a proteínas (grupos prostéticos), donde la proteína estabiliza al radical libre. Las reacciones de autoxidación de estas semiquinonas generan el anión radical superóxido (O2-) (reacción 2), la especie química resultante de la adición de un electrón a la molécula de oxígeno y un radical libre por tener un electrón no aparcado en sus orbitales externos. La formación de O2- constituye una reacción secundaria (0.5% en términos de electrones) del proceso de la respiración mitocondrial.

Si bien hay otras fuentes intracelulares de O2- como la flavolproteína NADPH-citocroino P-450 del retículo endoplásmico o la enzima xantino oxidasa del citosol, la producción mitocondrial de 02- constituye la fuente fisiológica más importante de este radical. El 02- es mantenido a muy bajas concentraciones intracelulares (alrededor de 10-10 M en las mitocondrias y 10-11 M en el citosol) por la acción de las superóxido dismutasas (SOD; la Mn-SOD en las mitocondrias y la Cu-Zn-SOD en el citosol) (reacción 3). El radical O2-; reduce al Fe3+, libre en solución, complejado con aniones orgánicos o ligado a la ferritina (reacción 4), y el Fe2+ formado produce la ruptura homolítica del peróxido de hidrógeno (H2O2) generando radical hidróxilo (HO.) (reacción 5).

El HO. es un radical extremadamente reactivo capaz de abstraer un átomo de hidrógeno de los carbonos alílicos (=CH-) de una multitud de constituyentes celulares entre ellos los ácidos grasos insaturados de las membranas celulares y las bases púricas y pirimídicas de los ácidos nucleicos. Los compuestos resultantes de la abstracción de hidrógeno son radicales libres alquilo (R.) (reacción 6). Los radicales libres de este tipo de las bases de los ácidos nucleicos frecuentemente se dimerizan, como es el caso de los dimeros de timina. Los radicales alquilo derivados de los ácidos grasos insaturados son aptos para dar reacciones de adición con oxígeno molecular generando radicales peroxilo (ROO.) (reacción 7) los que a su vez, a través de una nueva abstracción de hidrógeno a otro carbono alílico de otro ácido graso insaturado, reacción favorecida por la estructura en bicapa lipídica de las membranas biológicas, produce un hidroperóxilo (ROOH) y un nuevo radical alquilo (R.) (reacción 8) lo que establece una reacción de radicales libres en cadena. En consecuencia las reacciones 2, 6, 7 y 8 constituyen reacciones de propagación clásicas, donde en una reacción elemental (una colisión molecular) hay transferencia de resto molecular o adición de una molécula de oxigeno, con conservación del electrón no apareado. Las reacciones 4 y 5 también pueden considerarse reacciones de propagación, en las que se encuentra involucrado el hierro con sus cambios de carga eléctrica y donde el Fe2+ actúa como un radical libre. La peroxidación lipídica o lipoperoxidación es el proceso químico donde las reacciones 6, 7, 8 ocurren sobre ácidos grasos insaturados. Los grupos-OOH de los hidroperóxidos (ROOH, localizados en carbonos terciarios en medio de la cadena hidrocarbonada de los ácidos grasos insaturados de las membranas biológicas llevan a una distorsión de su espacio hidrofóbico y a una pérdida de su función biológica. La acumulación de grupos hidroperóxido en carbonos alílicos lleva a su vez a la ruptura de la cadena carbonada y a la formación de malonaldehido (COH-CH2-CHO) que es un indicador de la ocurrencia de lipoperoxidación. Las reacciones 9 y 10 indican las reacciones de terminación que pueden involucrar a radicales alquilo y peroxilo. Cabe señalar que a su vez, la reacción 10 indica la formación de oxígeno singulete (1O2), el estado electrónico excitado del oxígeno molecular, como producto secundario y marcador del proceso de lipoperoxidación. El 1O2 es quimioluminiscente (2 1O2=> 2 O2 + hv (634 y 711 nm)) y la emisión espontánea de luz roja de órganos de mamíferos in situ constituye una evidencia de que la lipoperoxidación ocurre en forma significativa en condiciones fisiológicas.

LOS ANTIOXIDANTES BIOLÓGICOS
Los sistemas biológicos cuentan con antioxidantes cuya acción es mantener las concentraciones de los reactantes de las reacciones 4 a 8 en concentraciones bajas. Puede considerarse que los distintos antioxidantes actúan de manera sinérgica y que constituyen en conjunto un sistema antioxidante, Los antioxidantes suelen dividirse en enzimáticos o constitutivos y en alimentarios o administrables (Gráfico 2).

Los primeros son sintetizados en el mismo organismo y están sujetos a regulación genética y metabólica mientras que el contenido de los segundos depende de la ingesta. Las principales enzimas antioxidantes son el superóxido dismutasa, ya mencionada (Gráfico 3, reacción 11), la catalasa (reacción 12) y la glutatión peroxidasa (GP) (reacción 13). La acción conjunta de estas enzimas mantiene mínimas concentraciones de O2- y de H2O2 con el fin de disminuir la velocidad de las reacciones 4 y 5 (reacción de Fenton/Haber-Weiss) que generan el reactivo radical HO.. Este efecto complementario de la superóxido dismutasa (SOD) y la catalasa es conocido como el "dogma de Fridovich" y su importancia biológica es ilustrada por la clasificación de las bacterias de acuerdo a su contenido de enzimas antioxidantes (las bacterias aeróbicas son SOD (+) y catalasa (+); las microaerófilas, SOD (+) y catalasa (-); y las anaerobias, SOD (-). Otras enzimas han sido consideradas también como antioxidantes en el sentido de que contribuyen a mantener al mínimo el daño biológico producido por los radicales libres del oxígeno, entre ellas las DT-diofrasa, que evita la reducción univalente de las quinonas, y una serie de enzimas que reparan los daños oxidativos, como las enzimas de reparación de ácidos nucleicos y las enzimas que separan los ácidos grasos y los amino ácidos hidroxilados o modificados, como la fosfolipasa A, y las proteasas especializadas. Sin embargo, los efectos biológicos más marcados como aumento en la sobrevida, o resistencia al estrés oxidativo, han sido reconocidos en organismos (bacterias, moscas y ratones) manipulados genéticamente para expresar una sobreactividad de lo superóxido dismutasa, la catalasa y la glutatión peroxidasa. Se considera que la terapia genética destinada a sobreexpresar las enzimas antioxidantes en humanos no se encontrará disponible hasta aproximadamente el 2010, por lo que por el momento el incremento en la capacidad reactiva del sistema antioxidante se hará solamente por suplementación dietaria o intervención farmacéutica. En cuanto a los antioxidantes orgánicos, no enzimáticos, estos constituyen una muy larga lista de sustancia que son ingeridas en la dieta y que tienen propiedades antioxidantes (Gráfico 2). Algunos de ellos habían sido reconocidos como vitaminas, tales como la vitamina E y el ácido ascórbico (vitamina C), otros como provitaminas, como el P-caroteno, y muchos de ellos como factores de crecimiento en bacterias, como la ubiquinona y el ácido lipoico. Los tres antioxidantes clásicos son la vitamina E, la vitamina C y el ß-caroteno.

Una nueva familia de antioxidantes alimentarios, la de los flavononoides, está en consideración, de ellos mencionaremos como subgrupos químicos a las antocianinas, las catequinas y las antocianinidinas. La ingesta diaria de flavonoides, que se encuentran en todos los vegetales, es muy variable de acuerdo a los hábitos alimentarios y puede estimarse en promedio en unos 300 mg/día. En la actualidad se están desarrollando estudios químicos in vitro, experimentales en animales de laboratorio y epidemiológicos en humanos para evaluar el efecto antioxidante y la acción biológica de los flavonoides. Merecen destacarse los estudios sobre los flavonoides del té y del vino. Los extractos de gingko (G. biloba), de semillas de uva y de agujas de pino marítimo se comercializan actualmente en una serie de países. Los de gingko y semillas de uva están en el mercado farmacéutico argentino.

Se ha comenzado a diferenciar una clase de antioxidantes orgánicos de síntesis, entre los cuales se encuentran el ácido lipoico, la ubiquinona y la N-acetilcisteína. Estos antioxidantes son producidos en gran cantidad por síntesis química para la industria farmacéutica y utilizados como antioxidantes por prescripción médica para situaciones clínicas definidas.

LOS EFECTOS BIOQUÍMICOS DE LOS ANTIOXIDANTES ORGÁNICOS
El efecto de los antioxidantes orgánicos en las cadenas de reacciones de radicales libres oxidativos es el de reaccionar con gran eficiencia con los radicales libres convirtiéndose el antioxidante en un radical libre, tal como se ejemplifica en las reacciones 14 y 15 del Gráfico 3 para un antioxidante indefinido (AH) y en las reacciones 16 y 17 para el caso de la vitamina E, en ambos casos reaccionando con los radicales R. y ROO.. Los radicales libres de los antioxidantes son altamente estables por deslocalización electrónica en la molécula y se dimerizan en una típica reacción de terminación (reacción 18) o reaccionan con otro antioxidante, como es el caso de la vitamina E con la vitamina C (reacción 16). La regeneración de la vitamina E a partir de su radical libre por reacción con la vitamina C explica el efecto sinérgico de ambas vitaminas como antioxidantes. El radical ascórbico (vit C.) es relativamente estable, se encuentra en la sangre humana y se elimina en la orina.

El efecto biológico de los antioxidantes, al reaccionar o atrapar radicales del tipo R. y ROO., es el de disminuir las concentraciones en estado estacionario de R. y ROO. en el sistema y por consiguiente, retardar la velocidad de la cadena de reacciones de radicales libres y la formación de productos. Los antioxidantes pueden ser ordenados de acuerdo a su potencial redox y de esa forma resulta más clara su acción bioquímica, con regeneración de la forma reducida de los radicales que tienen un menor potencial de oxidación por los que tienen mayor potencial de oxidación. Uno de los efectos más frecuentemente observado de la adición de antioxidantes a sistemas biológicos es la reducción de los productos de la peroxidación lipídica, entre ellos el malonaldehido, normalmente detectado como substancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS). Esto indica que una parte muy importante de las reacciones de radicales libres oxidativos que ocurren normalmente en los seres vivos involucran a los ácidos grasos insaturados constituyentes de las membranas biológicas a través del proceso de lipoperoxidación.

EL CONCEPTO DE ESTRÉS OXIDATIVO
En una etapa temprana del estudio de los efectos biológicos de los radicales libres oxidativos se reconoció que tanto un aumento de los radicales libres como una disminución de las defensas antioxidantes llevaban igualmente a daño celular. Posteriormente se desarrolló el concepto de estrés oxidativo como el desbalance entre radicales libres oxidantes y contenido de antioxidantes (Gráfico 4). Este concepto tuvo éxito instantáneo ya que la idea de estrés había sido incorporado a la forma de pensar a través de la fisiología y la sicología. Más recientemente, se ha refinado el concepto de la de condición de estrés oxidativo como un aumento de las concentraciones intracelulares de radicales libres oxidantes. En una serie de situaciones patológicas como isquemia/reperfusión asociada a la revascularización coronaria (by pass), el transplante de Órganos y el shock séptico se ha reconocido una situación de estrés oxidativo en los pacientes.

En números casos se ha comprobado una acción protectora y beneficiosa de los antioxidantes clásicos (vitamina E, ácido ascórbico y ß-caroteno) y de los de síntesis (ubiquinona, ácido lipoico y N-acetileisteína). Asimismo, se ha observado que la administración prolongada de vitamina E mejora el funcionamiento mitocondrial durante el proceso de envejecimiento y prolonga la vida en ratas Y ratones.

LOS ANTIOXIDANTES Y LA ATENCIÓN FARMACÉUTICA
El concepto de atención farmacéutica (Pharmaceutical Care) apareció hace poco más de veinte años como "la atención que un paciente necesita y recibe con garantías para un uso racional de los medicamentos" y la idea fue evolucionando hacia la ahora clásica definición de Hepler y Strand de 1990: "Atención farmacéutica es la provisión responsable de terapia farmacológica con el fin de obtener resultados que mejoren la calidad de vida del paciente". En esta última definición, la provisión responsable incluye el consejo farmacéutico con el objetivo de mejorar la calidad de vida. En el caso de los antioxidantes clásicos, todos ellos medicamentos de venta libre, resulta natural suministrar información y consejo farmacéutico al paciente cuando este último ha pedido o seleccionado un medicamento con uno o varios antioxidantes. Es conveniente recordar el concepto de la Organización Mundial de la Salud y de la Federación Internacional Farmacéutica: Medicamento = Forma Farmacéutica +

Consejo Farmacéutico. El uso de los antioxidantes no está dirigido al tratamiento específico de enfermedades sino que tiene como objetivo mejorar el estado general y aumentar la calidad de vida de los pacientes.
El consejo farmacéutico es necesario para proveer la información conveniente para una medicación antioxidante responsable. Los medicamentos entendidos como poli-antioxidantes contienen generalmente minerales y vitaminas. En el caso de los minerales, los más usados son sales de CU2+, Zn2+ y Mn2+ y los compuestos de Se. La racionalización de la inclusión de las sales mencionadas en las formulaciones antioxidantes está dada por que los tres metales forman parte del centro activo de las isoenzinas de la suporoxido dismutasa, el Cu2+ y el Zn2+ de la Cu-Zn-superóxido dismutas citosólica y el Mn2+ de la Mn-superóxido dismutasa mitocondrial. En cuanto al selenio, este constituye parte del centro activo de la Se-glutatión peroxidasa localizada en las mitocondrias y en el citosol.

En nuestro país la alimentación incluye carnes y vegetales en alta proporción, lo que hace injustificada la suplementación con minerales.

En cuanto a los tres antioxidantes clásicos, vitamina E, vitamina C y ß-caroteno, el punto crítico es que su nivel en células y tejidos puede ser regulado, aumentado o disminuido, por la dicta. La ingesta de una determinada vitamina antioxidante puede ser aumentada por selección de los alimentos, o por suplementación dietaria o por intervención farmacéutica. El Gráfico 5 indica, para los tres antioxidantes clásicos, las RDA (United States Recommended Dietary Allowances) y las RDI (Recommended Daily Intakes). Las primeras, las RDA, fueron fijadas por un Comité de Nutrición (U.S. Food and Nutrition Board) y son las cantidades necesarias para prevenir la aparición de enfermedades o síndromes carenciales específicos (como el escorbuto para el caso de la vitamina C) y son fácilmente alcanzables con una dicta rica en frutas y vegetales. Las segundas, las RDI, han sido establecidas por consenso por un Grupo Internacional de Científicos (activos en la investigación sobre radicales libres) y son entendidas como las cantidades que permiten sustentar la mejor calidad de vida. Estas cantidades pueden alcanzarse solamente mediante suplementación con antioxidantes. En esta categoría se hace una diferencia entre fumadores y no fumadores. En el proceso de quemar (oxidar) tabaco se generan radicales libres del tipo R. y ROO.. Se han medido que una bocanada de humo tiene unos 50 millones de radicales libres o centros de reacción capaces de iniciar procesos de daño celular dependientes de las reacciones en cadena de radicales libres. Este aporte extra de radicales libres en los fumadores requiere un aporte extra de antioxidantes al considerar las ingestas recomendadas. Los fumadores, por el momento, no deben suplementar sus dietas con ß-caroteno ya que éste parece reaccionar con radicales libres de la combustión del tabaco generando productos con efecto cancerígeno en el pulmón.

EL Gráfico 6 ilustra acerca del mecanismo por el cual la suplementación con antioxidantes disminuye el estrés oxidativo celular y restaura la condición normal.
El consejo farmacéutico acerca de la suplementación con antioxidantes debe incluir recomendaciones de dietas adecuadas con alta proporción de frutas y verduras, ejercicio, baja ingesta de alcohol y no- tabaquismo con el fin de aumentar la calidad de vida. Los pacientes reconocen una mejoría en la percepción de su estado general, especialmente durante las primeras dos semanas de suplementación con antioxidantes.

LA SUPLEMENTACIÓN CON ANTIOXIDANTES, LA CALIDAD DE VIDA Y EL ENVEJECIMIENTO
Las dos preguntas más comunes respecto a los antioxidantes son: el tomar antioxidante ¿mejora la calidad de vida- y el tomar antioxidantes ¿alarga la vida- Resulta obvio que una respuesta afirmativa a la primera pregunta condiciona el valor práctico de una respuesta afirmativa a la segunda pregunta, ya que no es deseable el alargar la vida con un simultáneo deterioro de la calidad de vida. Las investigaciones epidemiológicas de los efectos de los antioxidantes en humanos comenzaron hace aproximadamente una década con dos modalidades: (a) evaluación de la ingesta y (b) suplementación o intervención farmacéutica. Los resultados obtenidos se limitan a la primera pregunta ya que para contestar adecuadamente la segunda sería necesario un estudio de una duración aproximada de 80 a 100 años. Sin embargo, considerando que los estudios actuales con antioxidantes involucra a la epidemiología y la evolución de las enfermedades cardíacas y el cáncer resulta obvio que una respuesta afirmativa en cuanto a reducir la incidencia de estas enfermedades, implica una respuesta afirmativa parcial a la segunda pregunta. Una serie de estudios epidemiológicos, con unos 100,000 casos considerados, indican que la suplementación con vitamina E (alrededor de 200 mg/día durante 4-5 años) reduce en un 40-60% el riesgo de enfermedad cardiaca. Asimismo, la mayor parte de los estudios relacionados con distintos tipos de cáncer indican protecciones de entre 20 y 40% para períodos de 4-5 años con administración de unos 200 mg/día de vitaminas E y C, individualmente o asociadas y frecuentemente reconociéndose un efecto sinégico entre ambas vitaminas.

REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
1.    Antioxidantes y calidad de vida. BuenosAires. Números 1-21, 1995-1998.
2.    Antioxidant Vitamins Newsletter. Palisades, NY, USA. Números 1-25, 1992-1998.
3.    Boveris, A. Biochemistry of free radicals: from electrons to tissues. Medicina 58: 350-356
      (1998)
4.    Peretta, MD, GN Ciccia. Reingeniería de la práctica farmacéutica. Panamericana, Bs. As.
      (1997)
5.    Vitamin Nutrition Research Newsletter. Palisades, NY USA. Volúmenes 1-15, 1995-1998

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(1)Cátedra de Fisicoquímica, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires


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