Oxido Nítrico y Sistema Autonómico
La presencia de disfunción endotelial y autonómica ha sido ampliamente documentada en el contexto de diversas patologías cardiovasculares. En pacientes con HTA se ha demostrado alteración en la respuesta vasodilatadora endotelial relacionada con disminución de la síntesis o de la acción del ON cuyos mecanismos de alteración no se encuentran completamente esclarecidos.
En la enfermedad isquémica miocardica, en presencia de obstrucción severa la aplicación de inhibidores de la L-arginina con posterior inhibición de la síntesis de ON contribuye a una disminución importante del flujo de la arteria coronaria comprometida, por otra parte, en pacientes con enfermedad coronaria sin obstrucción importante del calibre de estas no es claro el papel que desempeña una adecuada respuesta a la prueba vasodilatadora coronaria con acetilcolina en la evaluación del paciente con dolor torácico con enfermedad coronaria trivial.
En la insuficiencia cardiaca se observa una disminución a la respuesta vasodilatadora, además de acompañarse de una disminución de ON endotelial, por otra parte la expresión de ON a expensas de la sintasa de ON inducible (iONS) con subsecuente producción de radicales libres y aumento del estrés oxidativo aumentando el daño endotelial y celular(3-6).
En éste capítulo se revisa la relación entre la acción del ON con el sistema nervioso autonómico (SNA) central y periférico, y la inter-relación en el contexto de las enfermedades cardiovasculares.
Interacción entre ON y SNA Central
El ON ejerce funciones excitatorias e inhibitorias en regiones específicas del cerebro dependiente no solamente del tipo de célula neuronal, sino de la relación temporo-espacial del ON y sus metabolitos dentro de los tejidos (1).
Regulación central de la actividad simpática
En la médula ventro lateral rostral (MVLR), el ON produce simpatoinhibición mediante inhibición de la descarga de las fibras glutaminérgicas excitatorias en las neuronas presinápticas dentro de la MVLR llevando igualmente a disminución de los efectos excitatorios de la angiotensina II. La aplicación o producción de ON a nivel de la médula ventrolateral caudal (MVLC) produce atenuación de la inhibición gabaminérgica de la MVLR. En el núcleo del tracto solitario (NTS), el incremento de las concentraciones de ON produce simpato-inhibición no solamente por inhibición de los reflejos barorreceptores simpatoinhibitorios sino también por regulación de reflejos simpatoexcitatorios mediados por los quimioreceptores.
Por otra parte, la mayoría de los estudios experimentales proponen que en el NTS, el efecto es primordialmente excitatorio a través de una estimulación retrógrada de la liberación presináptica de glutamato descrito inicialmente en las neuronas del hipocampo(7-10). En conclusión, el ON induce tanto funciones excitatorias como inhibitorias a nivel del sistema nervioso central. Bajo condiciones fisiológicas, el ON liberado endógenamente reduce en general la excitabilidad simpática dentro del cerebro y el tallo cerebral probablemente a través de acciones en regiones más altas del cerebro tales como el hipotálamo o el sistema límbico(1).
Actividad Parasimpática
Diversos estudios han propuesto que el ON modula las neuronas parasimpáticas en el núcleo ambiguo (AMB), así como en el núcleo dorsal del vago (NDV). Adicionalmente, el ON estimula terminaciones nerviosas de los núcleos AMB y NDV. Sin embargo, el mayor efecto cardiovascular de la inhibición sistémica de la síntesis de la óxido nítrico sintasa (iNOS) es una bradicardia de larga duración. Por consiguiente, el ON ejerce sobre la actividad parasimpática una acción similar a la inducida en el sistema nervioso simpático consistente en una disminución global del flujo eferente vagal.
Reflejos Cardiovasculares
Estudios en diferentes especies han analizado el papel del ON sobre los reflejos cardiovasculares. La acción del ON sobre los reflejos cardiovasculares permanece controvertida primordialmente relacionada con las posibles diferencias observadas entre las diversas especies estudiadas, además que aparentemente los reflejos de los barorreceptores arteriales parecen ser menos afectados por el ON en comparación a las vías simpatoexcitatorias ya descritas(1). El estudio de diferentes reflejos cardiovasculares tales como el quimioreflejo, los reflejos músculo-metabólicos presores y los reflejos somatoviscerales pueden inducir efectos inhibitorios directos o indirectos sobre el ON durante la simpatoexcitación refleja.
Además de las acciones inhibitorias del ON a nivel de los receptores periféricos, puede coexistir modulación de la transmisión refleja a nivel central en el NTS y la MVLR. El componente cardio-vagal reflejo se encuentra igualmente comprometido. Un aumento en el tono vagal producido por un aumento en la actividad de los mecanoreceptores cardiopulmonares, por ejemplo el reflejo de Bezold-Jarisch, puede estar reducido por la acción central del ON en el NTS y AMB.
En contraste con la inhibición mediada por el ON de los reflejos exitatorios del tallo cerebral que regulan la actividad autonómica, es menos claro el mecanismo por medio del cual el ON modula el reflejo baroreceptor simpatoinhibitorio en vivo. Los baroreceptores tienen su primera sinapsis a nivel del NTS y posteriormente se dirigen a la MVLC que induce inhibición GABA-ergica de la MVLR.(1,7-10) La activación de las aferentes de los baroreceptores relacionada con aumento de la presión arterial y/o de la amplitud del pulso generan una reducción en el flijo simpático de la MVLR. Varios estudios determinaron el papel del ON sobre el brazo simpático del baroreflejo, pero éstos han sido hetereogéneos y dependen de la especie estudiada. En resumen, en la actualidad no existe un mecanismo definitivo del ON sobre el baroreflejo simpático y aparentemente estos mecanoreceptores son menos afectados por el ON que las vias centrales simpatoexitatorias.
Control neural cardíaco
El ON juega un papel fundamental en el control neural cardíaco y de los vasos sanguíneos que es mediado por su acción simpática y parasimpática. Además de la acción del ON sobre las neuronas preganglionares, el ON modula directamente el sistema nervioso cardiaco compuesto por neuronas post-ganglionares simpáticas y parasimpáticas, neuronas aferentes quimio y mecanosensitivas y las neuronas del circuito cardíaco local(1). Entre el 30% al 40% de dichas neuronas son positivas para ON sintasas (ONS). La liberación endógena y exógena de ON excita éstas neuronas induciendo una acción moderadamente inotrópica y cronotrópica positiva.(1,2)
El ON tiene efectos adicionales a nivel de las terminaciones nerviosas postganglionares parasimpáticas que juegan un papel importante en el corazón. La acetilcolina liberada por estas fibras generan liberación de ON del endotelio coronario que a su vez causan vasodilatación e inhibición colinérgica de los canales de calcio del tipo-L, en las células del marcapaso intrínseco.(11-15) Otros reflejos cardioprotectores como el reflejo de Bezold-Jarisch puede ser aumentado localmente mediante el mecanismo anteriormente descrito.
Por último, se ha observado que el ON inhibe la liberación de noradrenalina de los nervios simpáticos cardíacos. Esta acción puede atenuar la vasocontricción coronaria mediada por el simpático, pero especialmente a altas concentraciones reduce los efectos inotrópicos y arritmogénicos de la estimulación simpática.(1) En general la mayoría de los estudios actuales sugieren efectos cardio-protectores de la liberación de ON en el corazón. Sin embargo, el efecto benéfico o deletéreo de las concentraciones más altas de ON generadas de manera crónica por la insuficiencia cardíaca es menos clara.
Mecanismos intracelulares de acción del ON en las células musculares cardiacas
El ON intracelular tiene efectos relacionados con dos mecanismos; 1) dependientes de la formación de GMP cíclico (GMPc) por activación de la guanilil-ciclasa, y 2) independientes de GMPc. La activación de las dos vías de manera simultánea es otro mecanismo de acción intracelular del ON.
1) Mecanismos dependientes de GMPc
Estimulación de la respuesta -adrenérgica Los miocitos cardíacos de la mayoría de mamíferos, incluyendo al hombre, expresan isoformas del tipo 3 de la fosfodiesterasa o PDE3, las cuales son inhibidas alostéricamente por el GMPc. Algunos estudios han indicado que la PDE3 media los incrementos inducidos por ON en AMP cíclico (AMPc) y la activación subsecuente de canales de calcio tipo L (Ica-L) induciendo inotropismo en cardiomiocitos aislados de las aurículas en ratones y humanos. (11-12)
Teóricamente, los niveles de AMPc podrían ser también regulados por la sobre regulación de las fosfodiesterasas mediante regulación directa de la actividad de la adenil ciclasa o su acoplamiento a los adrenoreceptores mediante la estimulación de la proteina G excitatoria s (2). Por otra parte, incrementos en los niveles de GMPc dependientes de ON han demostrado incrementos en la contractilidad cardiaca por mecanismos independientes del AMPc(2). {mospagebreak title=Inhibición Respuesta-adrenérgica}
Inhibición de la respuesta -adrenérgica
Los miocitos cardíacos de una variedad de especies también expresan los receptores de fosfodiesterasa activada -GMPc, o PDE2. Una isoforma de PDE2 ha sido recientemente identificada como un nucleótido primordial en las células de nodo sinusal del conejo, en donde el efecto de "antagonismo acentuado" colinérgico muscarínico modulado por canales de calcio tipo-L, fue completamente abolida mediante un inhibudor específico de la PDE2.(2) La estimulación inducida por ON de la PDE2, con posterior producción de GMPc disminuye la contractilidad del miocito por activación de la protein kinasa dependiente de GMPc (PKG) (13,14). Al parecer, la existencia de activación de estos dos tipos de fosfodiesterasa mediadas por GMPc proveen una explicación para el efecto bidireccional de la estimulación por ON o GMPc en respuesta a estimulación de los receptores -adrenérgicos de los canales de calcio tipo L de conducción y contracción(15,16).
2) Mecanismos independientes de GMPc
Varios investigadores han demostrado que la oxidación de residuos críticos de thiol sobre proteínas reguladoras de ON o peroxinitritos entre las cuales está el receptor para la liberación de calcio cardiaco y los canales de calcio tipo L, pueden estar relacionados a los efectos del ON sobre varios parámetros de contracción cardiaca ejerciendo un efecto bimodal a este nivel (2). Estos efectos son más probablemente obsevados durante altas concentraciones de ON y aniones superóxidos en el contexto de la estimulación de citoquinas inflamatorias que llevan a la inducción de iNOS y estrés oxidativo.
Dentro de las proteínas contractiles reguladoras sensibles a la oxidación, el canal de calcio cardíaco que libera calcio (receptor de rianodina) y el canal tipo-L, tiene una respuesta bimodal durante la poli-S-nitrisilación progresiva. Igualmente, el ON y/o los peroxinitritos pueden potencialmente regular las enzimas indispensables para la regulación del consumo de oxígeno y la generación de ATP dentro del músculo cardíaco, incluyendo la creatinin kinasa y la citocromo C oxidasa.
Estas observaciones promueven la necesidad de integrar los múltiples efectos bi-direccionales del ON sobre el acoplamiento de la excito-contracción y la necesidad de verificar de manera sistemática que cualquier efecto farmacológico de las concentraciones de donantes de ON es representativo de la acción del ON producido por una isoforma NOS específica dirigida a los compartimientos subcelulares. Vía -adrenérgica Los -agonistas incrementan tanto la fuerza como la frecuencia de contracción y elevan la frecuencia de relajación del músculo cardiaco.
En general, el incremento de la fuerza de contracción temprana está relacionada con el incremento en el flujo transmembrana de calcio mediante la fosforilación de los canales tipo-L de calcio, con la subsecuente liberación de calcio inducida por el calcio almacenado en el retículo sarcoplásmico.(2,3) El efecto inotrópico sostenido es consecuencia de la entrada de calcio y la movilización elevada del calcio intracelular. El incremento de la frecuencia de relajación está relacionado con la terminación rápida de la entrada de calcio, incremento en la frecuencia de recaptación y secuestro del calcio en el retículo sarcoplásmico, fosforilación, incremento de la expulsión de calcio mediante intercambio sodio/calcio y disociación de calcio de la troponina luego de la contracción. Las isoformas de la ONS (nONS, eONS, iONS) ejercen un papel importante en la regulación de la vía -adrenérgica dependiendo del tipo de ONS estimulada.
nNOS
Las nNOS han sido identificadas tanto en las terminaciones nerviosas colinérgicas, no-adrenérgicas, no-colinérgicas y en tejido especializado de conducción y en terminales simpáticas del corazón.(2,18) Los miocitos cardíacos al parecer no expresan las nNOS, o la isoforma específica del músculo de nNOS. eNOS Las células endoteliales del endocardio y de los capilares arteriales y venas expresan eNOS en una variedad de especies incluyendo al hombre. De la misma manera, existe evidencia equívoca acerca de la evidencia que los eNOS se expresen en cardiomiocitos de la aurícula, atrio-ventricular, nodal y tejido ventricular en la mayoría de las especies de mamíferos. La presencia de dominios específicos de acoplamiento a la caveolina con eNOS permite la interacción directa de proteínas entre la enzima y la isoforma específica de caveolina respectiva. La demostración reciente que la caveolina 3 se expresa en el sistema T-tubular del músculo cardíaco sugiere un papel potencial de las eNOS en el acoplamiento de la excito-contracción miocárdica.
INOS
Virtualmente todos los tipos celulares dentro del miocardio tienen la capacidad de expresar las iNOS, dependiendo del estímulo apropiado con combinaciones específicas de citoquinas inflamatorias. Estas incluyen a las células endoteliales microvasculares cardíacas, miocitos cardíacas, neuronas, células del músculo liso vascular, y células infiltradas inflamatorias.(2) En corazones humanos que padecen cardiomiopatía dilatada las proteínas iNOS han sido colocalizadas con el factor de necrosis tumoral (TNF) al igual que con otros mediadores inflamatorios como las interleukinas. El hallazgo que los niveles circulantes de citoquinas inflamatorias estan elevados en la falla cardíaca sugieren que el papel de la expresión de iNOS puede ser una respuesta de adaptación o mala adaptación a la respuesta inmune generada por la falla cardíaca, y pone de manifiesto los múltiples papeles fisiológicos además de la regulación autonómica de las iNOS. .(17,18) Regulación de la vía adrenérgica por la nONS En modelos experimentales, la nONS ha sido identificada tanto en terminales nerviosas colinérgicas, no-adrenérgicas no-colinérgicas (NANC), en tejido de conducción y en las terminales nerviosas simpáticas del corazón.(17,18)
Diferentes estudios han confirmado el papel del ON liberado endógenamente por las terminales nerviosas y su papel en el control de la liberación de catecolaminas durante la estimulación eléctrica del nervio simpático al parecer inhibiendo la recaptación o incrementando la liberación de catecolaminas a nivel presináptico(2). Modulación de la respuesta -adrenérgica por el eONS La eONS está expresada en las células endoteliales del endocardio, de los capilares arteriales y venosos además de los cardiomiocitos del atrio, nodo auriculo-ventricular y tejido ventricular en la mayoría de los mamíferos así como en el humano. La eONS es activada por los receptores 1, 2, y 3.
La eONS desempeña múltiples funciones a nivel miocardio teniendo que ver con la modulación del efecto inotrópico, lusitrópico, la generación de arritmias y mediación en el mecanismo del antagonismo acentuado. eONS y retroalimentación negativa para el efecto -adrenérgico inotrópico El efecto de la eONS sobre el inotropismo es dual, y se ha observado incremento en la contractilidad cardiaca con la estimulación de la expresión de esta enzima, sin embargo, la mayoría de los estudios demuestran al ON expresado por la eONS produce atenuación de la respuesta contráctil mediada por catecolaminas(2). La explicación a este fenómeno podría ser dada en razón de estimulación de los diversos receptores -adrenérgicos.
Esto fue demostrado al encontrarse asociación de activación de los receptores 3 con activación de la ONS en tejido ventricular humano produciendo atenuación de la fuerza contráctil, contrastando fuertemente a la respuesta inotrópica mediada por catecolaminas resultante de la activación de los receptores 1 y 2(2, 19) eONS e inducción de arritmias La producción de ON por eONS desencadena un efecto protector contra la génesis de arritmias cardiacas. Esta hipótesis es demostrada en diversos estudios en los que se observa que la inhibición de la síntesis de ON aplicando L-N-mono-metil-arginina en preparaciones atriales humanas estimuladas eléctricamente, se potenció el efecto arritmogénico del isoproterenol a concentraciones submáximas(20), por otra parte se ha observado que la administración de L-arginina intrapericardica protege el miocardio contra la ocurrencia de fibrilación ventricular(21).
Estos hallazgos sugieren la existencia de un papel de las eNOS del miocito en controlar el umbral arritmogénico en las circunstancias en las cuales la expresión de eNOS está disminuida su regulación. El conocimiento que la expresión de eNOS esta mal regulada en el miocardio en falla puede explicar el potencial arritmogénico de los inotrópicos positivos en pacientes con insuficiencia cardíaca.
Efectos Lusitrópicos de la eONS
Actualmente, no hay una evidencia clara del efecto de la eNOS sobre el lusitropismo, al parecer la probable potenciación de este fenómeno en el contexto de pre-estimulación con agonistas -adrenérgicos ha sido propuesto como resultado de la activación de la protein kinasa A dependiente de GMPc y estimulación que llevaría a desensibilizar los miofilamentos contráctiles del estímulo dado por el calcio.(2) {mospagebreak title=Mediación de la Respuesta}
Mediación de la eONS del "mecanismo acentuado"
El mecanismo acentuado está definido como una vía indirecta la cual media la atenuación por vía muscarínica colinérgica de la estimulación adrenérgica a través de incrementos en el GMP cíclico (GMPc). La acción del ON sobre este mecanismo está dada por el hecho que el ON es el principal activador de las isoformas de la guanilil-ciclasa en muchos tipos celulares(2). Diversos estudios realizados en animales(22-25), han llevado a que se presente cierta controversia en la acción del ON sobre este mecanismo, al parecer en los estudios que han usado tejido atrial aparentemente existen efectos funcionales opuestos del ON sobre el control de la frecuencia cardiaca debido a la interacción de éste con múltiples corrientes eléctricas como por ejemplo, la interacción con canales de calcio tipo L (ICa-L) pero no con los canales potasio-acetilcolina (Ik-Ach), probablemente explica en la aurícula los resultados contradictorios reportados por diversos laboratorios, dependiendo de la preparación y protocolo empleado (estimulación del nervio vago intacto versus aplicación directa de Ach, presencia o ausencia de estimulación adrenérgica inicial, además de las diferencias en las especies usadas.
En muestras de origen humano se ha demostrado una deplección del mecanismo acentuado por inhibidores de la ONS en preparaciones de aurícula estimuladas eléctricamente expuestas a Ach luego de estimulación submáxima con isoproterenol.(20)
Modulación de la respuesta -adrenérgica por iONS
Es conocido que prácticamente todos los tipos celulares del miocardio pueden expresar esta enzima, incluyendo células endoteliales de la microvasculatura, miocitos, neuronas, células musculares lisas de la vasculatura y células inflamatorias. La expresión de la iONS junto con otros mediadores inflamatorios resulta en la inhibición de la respuesta -adrenérgica sin afectar la acción de los receptores 1, probablemente compartiendo los mismos mecanismos usados para la producción de ON endógenamente por medio de la eONS.
Control Neural de los Vasos Sanguíneos
El tono del músculo liso vascular está influenciado por diversos factores tanto adrenérgicos, miogénicos y/o hormonales, donde la participación de cada uno de estos componente ayuda al adecuado mantenimiento del mismo. Ha sido claramente evidenciado que la producción de ON reduce el tono efector vasoconstrictor mediado por el tono simpático del mismo. Al parecer este efecto contra regulador del ON está influenciado por los siguientes mecanismos. En primera instancia, el ON podría influenciar la liberación de noradrenalina en las terminaciones postganglionares. El otro posible mecanismo consistiría en una inhibición de la vía de transducción de la señal noradrenérgica (simpática) intracelular(1,26).
El control del tono vasomotor y de presión arterial por este balance ha sido demostrado en diversos estudios realizados inicialmente en modelos animales. En estudios realizados en humanos, Vita y cols(27) encontraron que en pacientes con disfunción endotelial coronaria evaluada mediante la respuesta vasomotora coronaria a la infusión de Ach presentaban un marcado incremento en la sensibilidad al efecto vasoconstrictor de las catecolaminas, probablemente por la acción antagónica del ON al efecto constrictor del sistema nervioso simpático.
Este mismo efecto fue corroborado mediante la prueba vasodilatadora ante el estrés mental (aumento del tono simpático) en pacientes con y sin disfunción endotelial(28). En sujetos sanos el bloqueo previo de la sintésis de ON, utilizando L-NMMA ha mostrado un incremento mayor en el tono vasomotor ante pruebas que estimulan el sistema nervioso simpático (handgrip), adicionalmente, se ha observado una elevación en el tráfico simpático mediante registro microneurográfíco del nervio peroneo, posterior a la administración de este agente, sugiriendo, que la inhibición de la sintasa de ON tiene un efecto simpatoexcitatorio en humanos(29).
Estudios realizados en animales han documentado una mayor respuesta a la estimulación con norepinefrina cuando se realiza inhibición previa de la sintasa de ON aplicando L-NMMA reflejando un mayor compromiso hemodinámico a nivel intrarrenal(30). Adicionalmente, estudios realizados en arterias mesentéricas y renales en modelos animales, observándose que el estrés de fricción de pared produce liberación de ON induciendo supresión de la vasoconstricción mediada por sistema nervioso simpático, además supresión de la vasoconstricción simpática a nivel espinal.(31,32)
Existen estudios contradictorios en los cuales se demuestra una función simpatoexcitatoria del ON. Mostrada en estudios experimentales tanto en modelos animales como en humanos, en los cuales donde posterior a denervación simpática, la subsecuente vasoconstricción secundaria a la infusión de LNMMA está incrementada, fenómeno que explicaría un posible papel simpatoexcitatorio del ON(33), de igual manera, trabajos recientes han mostrado como la infusión de LNMMA a bajas dosis induce un comportamiento simpatoinhibitorio, mientras que en dosis altas su efecto es simpatoexcitatorio(34). De igual manera otros investigadores demuestran la carencia de asociación entre el SNA y la vía L-arginina-ON(35).
Las posibles razones que podrían causar las contradiccionesdescritas son las siguientes:
1) diferencias en los modelos empleados,
2) diferencias en la forma de evaluación de la función endotelial.
3) el lecho vascular empleado para los estudios puede por sí mismo explicar algunas de las diferencias, debido a que los vasos de resistencia presentan un comportamiento diferente al observado en los vasos de conductancia.
Finalmente algunos autores han propuesto, un papel dual del ON en la regulación del control autonómico del control cardiovascular, mostrando efectos simpatoexcitatorios y simpatoinhibitorios en diferentes circunstancias, secundario tal vez, a diferencias tanto en las dosis empleadas de agonista y/o antagonistas de ON como en el sitio de acción de estos compuestos a diversos niveles del SNA(2, 26, 36).
La existencia de la interacción ON con la actividad vasomotora simpática cumple un papel importante en el mantenimiento de una adecuada perfusión hacia los órganos metabólicamente activos bajo una activación simpática generalizada mediada por ejercicio o estrés. Por otra parte, cuando hay incrementos en la fricción de las paredes vasculares, el endotelio libera ON cuya función es inhibir tanto la liberación como el efecto vasoconstrictor de la noradrenalina(1).
Conclusión
En la presente década se ha logrado conocer la interacción de la vía L-arginina-ON con el SNA, en donde se ha documentado que ejerce un papel importante en el control de la función cardiovascular no sólo por su acción en el sistema nervioso central como en el periférico donde ayuda a establecer un mecanismo contra regulador para garantizar la adecuada perfusión a todos los niveles del organismo, a pesar de los grandes e interesantes avances realizados, no están completamente establecidas las interacciones entre el ON y el SNA. Un mejor conocimiento de esta interacción abre un interesante campo de investigación en la fisiopatología de las enfermedades cardiovasculares además de ofrecer en el futuro nuevas alternativas terapeúticas para el manejo de estas.
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