Radicales libres e inmunología

César A Vélez VillamarínAntigua, Noviembre 2011

Cual es la relación entre los siguientes síndromes y enfermedades?

• Infección de Gram (-);• Micotoxicosis• Escasa uniformidad de los lotes; • Requerimientos metabólicos extraordinarios;• Síndrome de Hígado Graso;• Formulación de alimento altamente energético;• Enteritis Inespecífica;• Hepatitis;• Enfermedades Inmuno supresivas;• … y un largo etc.

RADICALES LIBRES

Como mediadores de daño celular y tisular

Radicales libres. Que son?

• Son moléculas a las cuales uno de sus átomos ha perdido un electrón en su orbita más externa.

• Hace la molécula muy reactiva. Para alcanzar su estabilidad reaccionará con otras moléculas por OXIDACIÓN (toma el electrón).

• Los radicales libres actúan más contra esos enlaces moleculares que tienen “mayor oferta” de electrones. Uniones Inestables. Especialmente enlaces dobles entre átomos de carbono.

Enlaces dobles de Carbono

• Ácidos grasos Poli insaturados- PUFA;• Vitamina E;• Pigmentos Naturales;

• Los radicales libres derivados del Oxígeno son importantes tanto en inmunidad tanto natural y adquirida.

• La fagocitosis por Neutrófilos y macrófagos estimula varios procesos celulares incluyendo la “estallido respiratorio" por medio del cual aumenta la absorción de oxígeno y resulta en la producción de potentes agentes bactericidas, ácido hipocloroso y radicales hidroxilo.

• También, oxido nítrico, un radical gaseoso producido por macrófagos, reacciona con el súper óxido para formar peroxi nitrito, también un potente agente bactericida.

• Lo opuesto, el estrés oxidativo puede ser perjudicial en la inmunidad adquirida por la activación del factor nuclear kappa B, el cual gobierna la expresión de genes incluyendo varias citoquinas, quemoquinas, y moléculas de adhesión celular entre otras.

• Como los radicales de oxígeno son necesarios para muchos procesos metabólicos y fisiológicos, un equilibrio entre la producción de radicales y su inactivación antioxidante es requerido para preservar la salud.

• Así, la senescencia es el resultado de un desbalance entre la producción de radicales libres y las defensas anti oxidantes, con el concomitante estrés oxidativo y disminución funcional.

• Este proceso es especialmente evidente en las células inmunes, las cuales usan radicales libres en sus funciones y sufren un deterioro probablemente asociado con al estrés de oxígeno.

• Se ha demostrado que los antioxidantes preservan una adecuada función de las células inmune contra alteraciones homeostáticas causadas por el estrés oxidativo.

• Por lo tanto, ya que el sistema inmune es un indicador de salud y predictor de longevidad, la protección de este sistema permitido por la suplementación dietética de antioxidantes puede jugar un papel importante en orden para lograr una vida sana.

Defensas Naturales contra ROS• Primera línea:

– Súper Oxido Dismutasa (SOD)– Glutatión Peroxidasa– Catalasa– Secuestrantes

• Segunda línea:– Vitaminas A, B, C y carotenoides– Glutamato reducido (GSH)– Ubiquinoles y Acido Úrico

• Tercera línea:– Lipasa, peptidasa, proteasa, etc.

• Los radicales libres implicados en el daño hepático incluyen:• Radicales súper óxidos,• Radicales hidroxilos,• Peróxido de hidrógeno y• Peróxidos lípidos

• Se han asociado a un aumento en la exposición a los agentes xeno bióticos.

• Los mecanismos de daño de los radicales libres incluyen:– Peroxidación inducida por ROS de los ácidos grasos poliinsaturados

(PUFA) de la membrana celular, – Causa una cadena de reacciones de peroxidación, dañando la

membrana celular oxidando los lípidos de la membrana y las proteínas.

• Se debe buscar que los productos que sean capaces de antagonizar la depleción de los 2 principales mecanismos de detoxificación – GSH y súper oxido dismutasa (SOD), por la reducción la carga de radicales libres, incrementando los niveles de GSH y estimulando la actividad de SOD.

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Alternativa 1:

Neutralizacion individual:

· vs alimento --------------------- control de densidad· vs fármacos -------------------- supresión· vs manejo ---------------------- ambiente controlado· vs toxinas ---------------------- control estricto y rechazo · vs toxoides y metabolitos ------- sanidad total

Análisis de Factibilidad: Técnicamente cierta.

Económicamente inviable Implementación imposible

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Alternativa 2:

Lavado de agresor post-daño:

•Detectar el problema ocurrido.•De toxificar el hígado dañado.

Factibilidad: razonableInconveniente: El objetivo final es detener aumento de daño

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Alternativa 3:

Modulación de Metabolismo:

Búsqueda del común denominador (factor químico causante de daño celular).Tratamiento preventivo de dicho factor

Factibilidad: Científicamente adecuado y oportuno Parte de un plan de manejo Efecto positivo sobre la productividad.

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Como los neutraliza naturalmente el organismo?:

Mediante 2 acciones enzimáticas complementarias:

SOD +

GHS

• Ha quedado claro que la sobre nutrición tiene un impacto en el sistema inmune.

• La sobre nutrición Crónica lleva a la acumulación de grasa en tejido adiposo el cual posteriormente puede llegar a estar infiltrado con células inmunes

• Esto proporciona una ligera a moderada pero sostenido incremento en mediadores inmunes en la circulación sistémica, por ejemplo, el marcador de respuesta de fase aguda la proteína C-reactiva (PCR) y su principal regulador la interleuquina (IL)-6 y el factor de necrosis tumor (TNF)-a

La relación dosis efecto dependiente entre el nivel de estrés oxidativo y la promoción del proceso de tumoración, muta génesis y el proceso

de apoptosis/necrosis

Inflamación y estrés oxidativo

• La inflamación es una espada de doble filo, aumenta el reconocimiento de los efectos peligrosos de inflamación crónica o excesiva para el animal, especialmente con respecto a su función metabólica.

• Aunque numerosos factores pueden promover inflamación, el estrés oxidativo puede ser el iniciador común de inflamación metabólica

Inflamación y estrés oxidativo

• Reciente evidencia sugiere que la inflamación puede promover desordenes metabólicos a través de las disminución de consumo de alimento y cambios de mala adaptación en el metabolismo hepático de carbohidratos y lípidos.

• Tratamientos que prevengan el estrés oxidativo y/o inhiba directamente la cascada inflamatoria prometen mejorar la salud y la productividad de animales en lactancias tempranas.

• Además, la exposición repetitiva a elevadas concentraciones de citoquinas pro inflamatorias en el periodo post pandrial después de comidas con alimentos altamente digestible se ha postulado estar involucrado en el desarrollo de inflamación de bajo grado en individuos susceptibles.

Radicales libres y los antioxidantes en el sistema inmune

• Las funciones de las células inmunes como las envueltas en la actividad cito tóxica y particularmente las fagocitarias por su actividad microbicida están especialmente ligados con la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS)

• Pero excesivas cantidades de ROS que no son contrarrestadas por defensas antioxidantes pueden llegar a ser una fuente de daño tisular, al atacar los componentes celulares causando muerte celular por el estrés oxidativo

• Las funciones de las células inmunes están fuertemente influenciadas por el balance antioxidante - oxidante y, por lo tanto, los niveles de antioxidante en estas células tienen un papel determinante en mantenerlas en un ambiente reducido y protegerlas del estrés oxidativo para preservar su adecuada función.

• Específicamente los antioxidantes mantienen la integridad y función de los lípidos de la membrana, las proteínas, los ácidos nucleicos y el control de las señales de transducción de las expresión genética de las células inmunes.

• Las células inmunes son particularmente sensibles a cambios en su condición antioxidante.

• Por su elevado contenido de PUFA en la membrana plasmática estas células tienen mayor concentración de antioxidantes que otras células.

• Es más, los niveles de los antioxidantes disminuyen durante el estrés oxidativo. Todos los antioxidantes han demostrado mejorar las funciones inmunes in vivo e in vitro.

• Inhiben la activación del factor nuclear de transcripción NF-kB que puede resultar en una disminución en la producción de radicales libres y citoquinas pro inflamatorias.

• Por lo tanto, los antioxidantes tienen también acción anti inflamatoria.

• Se debe enfatizar que el sistema inmune en adecuado funcionamiento es un marcador de salud y longevidad.

• Como los efectos inmuno-estimulantes de los antioxidantes dependen de la edad y la condición inmune de los organismos así como también de la función evaluada.

• Como los antioxidantes no ejercen un efecto estimulante indiscriminado sobre la función inmune celular pero se puede sugerir que son factores homeostáticos.

• Desde el comienzo del siglo pasado, empezó la relación entre antioxidantes e inmunidad:– Deficiencias de antioxidantes pueden ocasionar enfermedades– Los antioxidantes tienen acción inmuno estimulante

• Aunque se presentan algunas dudas en este concepto:– Ya que la neutralización total de ROS puede bloquear su papel

y elevados niveles de antioxidantes pueden producir efectos oxidativos

– Pero la administración de antioxidantes han demostrado que mejoran varias funciones inmunes.

• Objetivos específicos– Células en activo proceso de división en:

• Higado • TGI• Sistema Inmune

• Especial atención se debe tener en el SI:• Múltiples mecanismos para neutralizar patógenos• Desarrollar respuestas apropiadas• Para regular y mantener respuestas inmunes

• Reduce la habilidad para luchar contra patógenos

• Elaborar eficientes respuestas vacunales• Inmuno modulación:

• Inhibición de la actividad fagocitaria• Disminución de los receptores y moléculas de co

estimulación• Interferencia en la diferenciación de las células

inmunes en células competentes.

• La exposición a los animales de antígenos patogénicos (ej., bacterias, virus) o no patogénico (ej., endotoxinas) resulta en liberación de citoquinas (Klasing, 1988).

• Citoquinas como interleuquina-1 ( IL-1) y factor de necrosis tumoral ( TNF) activan el sistema inmune (Dinarello, 1984) y alteran los procesos metabólicos en los animales (Klasing, 1988).

• Metabólicamente , la administración de IL-1, TNF induce anorexia (Mrosovsky et al., 1989), deprime la síntesis de proteína (Jepson et al., 1986), y estimula la degradación de proteína en el musculo esquelético (Klasing et al., 1987).

• De forma similar, la activación aguda del sistema inmune vía la administración de antígenos no patogénicos resulta en disminución del consumo voluntario de alimento, tasas de crecimiento corporal y eficiencia en el uso del alimento en pollos (Klasing et al., 1987; Klasing and Barnes, 1988) y cerdos (van Heugten et al., 1994).

• Un papel de los oxidantes en la inactivación de los virus se detecto desde los 70 (Belding et al. 1970), pero el rol metabólico de los oxidante en la infección viral llego a ser aparente solo más tarde.

• Inmuno modulación es un importante pero delicado aspecto de la producción animal:– Así como se requiere evitar la inmuno supresión la

cual expone al animal a las enfermedades infecciosas,

– también se debe evitar la activación excesiva del sistema inmune ya que inhibe el crecimiento.

• Hay varias importantes consecuencias fisiológicas de la activación del sistema inmune: – producción de citoquinas pro-inflamatorias, – fiebre, apetito reducido, – Reabsorción de amino ácidos del músculo y– La redirección de nutrientes de la acumulación en

carne y leche hacia anabolismo del higado de proteínas de fase aguda

• Aceites esenciales en general sirven como antioxidantes, estimulando el sistema inmune, suprime microorganismos peligrosos de un lado y estimula microbios beneficiosos en el otro, regulan la actividad de enzimas, especialmente lipasas, se sabe que protege la vellosidad intestinal e interfiere con la replicación de células bacterianas y por lo tanto tiene efectos anti-bacterianos.

Requerimientos de nutrientes

• En el pasado, en general se alimentaba para obtener el máximo desempeño biológico y este era casi que de manera directa indicador de rentabilidad.

• Optimo biológico no siempre se correlaciona con óptimo económico

• La condición nutricional del huésped, puede afectar profundamente al patógeno, con implicaciones aún en poblaciones bien nutridas.

• Este complejo, que se denomina comúnmente como estrés inmunológico, también acelera la lipolisis y degradación de la proteína muscular.

• La disminución del desempeño que caracteriza este estrés es coordinado por citoquinas liberadas por leucocito activados.

• El entendimiento de los efectos de las citoquinas y sus receptores en los animales domésticos productores de carne es el pre requisito para mejorar el crecimiento y la eficiencia de animales desafiados inmunológicamente

• Mientras que los microbios en el intestino fueron una vez considerados solo peligrosos o patogénicos, ahora es claro que las bacterias comensales realizan muchas funciones benéficas, como síntesis de vitaminas, digestión de fibra dietética y la regulación de respuestas inflamatorias.

• Microbios y vertebrados han evolucionado juntos entonces el funcionamiento normal de los sistemas digestivo e inmune depende de la presencia de bacterias no patogénicas “benéficas” (simbiontes).

• Los campos de la inmunología, microbiología, nutrición y metabolismo están convergiendo rápidamente.

• En realidad, los vertebrados dependen completamente de la micro biota para digerir esos polisacáridos de plantas de lo contrario indigeribles.

• La fermentación de fibra produce grandes cantidades de SCFA, como acetato, propionato y butirato.

• Se cree que la cantidad de SCFA en el colon y la sangre es importante para la inmuno regulación.

• Es notable entonces, que la producción de SCFA cambia rápidamente cuando los organismos son cambiados a una dieta diferente.

Antioxidantes en enfermedades virales: Mecanismos de enfermedad y regulación metabólica

• Los metabolitos reactivos de Oxígeno y Nitrógeno desempeñan un complejo papel en muchas enfermedades y en la regulación metabólica.

• Como los virus se replican en células vivas, estos metabolitos influencian el crecimiento de los virus además de servir como un mecanismo de defensa del huésped.

• Bajos niveles de ROS desempeñan un papel en la activación mitogénica, y la fase lítica temprana y no lítica de la infección efectivamente se parece a esa de la activación mitogénica celular.

• Además a esos sutiles efectos de activación celular compartido por muchos virus, influenza y paramixovirus activan la cadena respiratoria en las células fagocíticas.

• El papel de los oxidantes en la inactivación de los virus fue detectado desde 1970 (Belding et al.

1970), pero el papel metabólico de los oxidantes en la infección viral solo fue aparente más tarde

Ejemplos • El virus de la enfermedad de Newcastle produce un mal funcionamiento de los

mecanismos de defensa contra la oxidación metabólica en las aves infectadas, lo que conduce a daños celulares en órganos internos como el cerebro o el hígado. La administración de antioxidantes como la vitamina E reduce estas lesiones celulares.

• En cuanto a la observación histopatológica, los hígados de los pollos infectados y no tratados mostraron coagulación focal e infiltración de los hepatocitos, mientras que los cerebros evidenciaron zonas de necrosis neuronal y degeneración de las células de Purkinje, y en el tejido cardiaco se apreció infiltración moderada de células inflamatorias. Toda estas alteraciones no se observaron en los pollos del grupo tratado con vitamina E.

• Todos estos hallazgos arrojan luz sobre el papel del estrés oxidativo en la patogénesis de la enfermedad de Newcastle y las posibilidades terapéuticas de los antioxidantes.

• *Subbaiah KC, Raniprameela D, Visweswari G, Rajendra W, Lokanatha V. Perturbations in the antioxidant metabolism during Newcastle disease virus (NDV) infection in chicken : Protective role of vitamin E. Naturwissenschaften. 2011 Oct 18.

• Virus de la influenza (H2N2) son capaces de iniciar la cascada respiratoria en células inflamatorias en ausencia de Acs.

• En evaluaciones posteriores se encontró que no es necesario la replicación viral para la inducción de efectos tóxicos

• Efectos locales y sistémicos dependiendo el virus y la condición del huesped.

Conclusiones

• Es necesario estudiar la complejidad de las interacciones de los factores que contribuyen a la productividad y salud de la granja.

• Frecuentemente los animales no se desempeñan de acuerdo con su capacidad y muchas de las perdidas son inexplicables.

• A veces los Veterinarios solo tratamos los síntomas secundarios y no los puntos principales.

• Un correcto manejo de los factores de riesgo es uno de los factores claves para alcanzar el máximo desempeño en la industria animal.

• Esto requerirá algún cambio radical en la forma que pensamos de las interacciones entre nutrición y salud.