Hiperoxia perinatal e hipoxia crónica como modelos experimentales para el estudio de la transducción hipóxica

Zusammenfassung

Introducción: La hipoxia se define como una disminución de la presión de oxígeno arterial y está asociada con la ascensión a grandes alturas (denominándose a esta situación hipoxia fisiológica) o bien con patología pulmonar o coronaria. En el organismo existen varios tipos de células especializadas que detectan la hipoxia con una sensibilidad mayor que el resto del cuerpo. En este trabajo nos hemos centrado en dos de estos tipos de células: las células quimiorreceptoras del cuerpo carotídeo (CQCC) que desencadenan una hiperventilación refleja utilizando como efectores al sistema respiratorio y cardiovascular provocando un aumento de la presión de oxígeno alveolar y las células musculares lisas de las arterias pulmonares (CMLAP) que desarrollan una respuesta vasoconstrictora en el pulmón conocida como vasoconstricción pulmonar hipóxica, que redirige el flujo sanguíneo hacia las áreas mejor ventiladas y mejora el cociente ventilación-perfusión. El objetivo de este trabajo ha sido el estudio de la cascada de transducción hipóxica, tratando de dilucidar los distintos componentes así como los mecanismos implicados. Para ello se han utilizado dos modelos experimentales que tratan de simular situaciones encontradas habitualmente dentro del ámbito fisiológico o la clínica humana. El primer modelo estudiado ha sido el de la hiperoxia perinatal como analogía a la situación sufrida por los niños prematuros tratados con oxígeno suplementado y expuestos por lo tanto a grandes concentraciones del mismo, mientras que el segundo modelo, la hipoxia crónica, trata de reproducir la situación fisiológica que se produce en la ascensión a grandes alturas con concentraciones de oxígeno muy pobres por la disminución de la presión barométrica. Ambos modelos se han realizado utilizando como animal ratas wistar, variando las concentraciones de oxígeno ambiental mediante el uso de una cámara hipobárica: 55-60% O2 para el modelo de hiperoxia perinatal y 10-11%O2 para el modelo de hipoxia crónica. Contenido de la investigación: El contenido de este proyecto de Tesis Doctoral se centra en los resultados obtenidos en estos dos modelos experimentales. Por un lado, los datos obtenidos en el modelo de hiperoxia perinatal se centran en el estudio del estado redox de estos animales evaluado con distintos parámetros como medidas de la actividad enzimática, biomarcadores de estrés oxidativo, potencial redox de la célula¿ realizados sobre distintos tejidos de estos animales, así como el estudio de la funcionalidad del CC y de las CMLAP. Por otra parte también se ha estudiado el efecto de una dieta suplementada con antioxidantes con el propósito de evaluar si resulta beneficiosa y minimiza de algún modo el daño sufrido por estos animales. A su vez, los datos obtenidos en el modelo de hipoxia crónica, se centran con exclusividad en el cuerpo carotídeo y están encaminados al estudio de la cascada de transducción AMPc-PKA-Epac. Conclusión: Las conclusiones relevantes para el primer modelo serían que: La hiperoxia perinatal produce una pérdida permanente de la respuesta vasoconstrictora pulmonar cuando se evalúa en el estado adulto de estos animales, así como daño oxidativo en tejido pulmonar y hepático en etapas tempranas del desarrollo. El empleo de una dieta suplementada en antioxidantes durante el tiempo que los animales están expuestos a altas concentraciones de oxígeno permite que estos animales retengan la respuesta vasoconstrictora del pulmón, lo cual tiene una gran potencialidad clínica. Las conclusiones del segundo modelo indican que: Los animales sometidos a hipoxia crónica posee una vía de señalización AMPc-Epac que está implicada en la respuesta del CC a la hipoxia, a la acidosis y a la potenciación de ambos estímulos aplicados de forma simultánea, de modo que la proteína Epac aparece como un nuevo efector en la cascada de transducción, lo cual también ha sido confirmado mediante el análisis de su expresión directamente en las CQCC. Bibliografía: Cáceres AI. 2007. Estudio de los mecanismos moleculares implicados en la respuesta adaptativa del cuerpo carotídeo a la hipoxia crónica. Tesis Doctoral. Universidad de Valladolid. Cáceres AI, Obeso A, González C, Rocher A. 2007. Molecular identification and functional role of voltage-gated sodium channels in rat carotid body chemoreceptor cells. Regulation of expression by chronic hypoxia in vivo. J Neurochem 102: 231-245. Cáceres AI, González-Obeso E, González C, Rocher A. 2009. RT-PCR and pharmacological analysis of L-and T-type calcium channels in rat carotid body. Adv Exp Med Biol 648: 105-112. González C, Sanz-Alfayate G, Agapito MT, Gómez-Nino A, Rocher A, Obeso A. 2002. Significance of ROS in oxygen sensing in cell systems with sensitivity to physiological hypoxia. Respir Physiol Neurobiol 132: 17-41. González C, Rocher A, Zapata P. 2003. [Arterial chemoreceptors: cellular and molecular mechanisms in the adaptative and homeostatic function of the carotid body]. Rev Neurol 36: 239-254. González C, Sanz-Alfayate G, Agapito MT, Obeso A. 2004. Effects of reducing agents on glutathione metabolism and the function of carotid body chemoreceptor cells. Biol Chem 385: 265-274. González C, Sanz-Alfayate G, Obeso A, Agapito MT. 2004. Role of glutathione redox state in oxygen sensing by carotid body chemoreceptor cells. Methods Enzymol 381: 40-71. González C, Agapito MT, Rocher A, González-Martin MC, Vega-Agapito V, Gómez-Nino A, Rigual R, Castañeda J, Obeso A. 2007. Chemoreception in the context of the general biology of ROS. Respir Physiol Neurobiol 157: 30-44. González C, Vaquero LM, López-López JR, Pérez-García MT. 2009. Oxygen-sensitive potassium channels in chemoreceptor cell physiology: making a virtue of necessity. Ann N Y Acad Sci 1177: 82-88. González C, Agapito MT, Rocher A, Gómez-Nino A, Rigual R, Castañeda J, Conde SV, Obeso A. 2010. A revisit to O2 sensing and transduction in the carotid body chemoreceptors in the context of reactive oxygen species biology. Respir Physiol Neurobiol 174: 317-330. González C. 2006. Respuestas fisiológicas a la hipoxia. In: Interacción cardiopulmonar y transporte gaseoso. Pino J.M, García Río F BJA eds. González Martín M. 2008. Efectos de la hipoxia crónica sostenida e intermitente. Modelos de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y del síndrome de apnea del sueño humanos. Tesis Doctoral. Universidad de Valladolid. López-Barneo J, López-López JR, Urena J, González C. 1988. Chemotransduction in the carotid body: K+ current modulated by PO2 in type I chemoreceptor cells. Science 241: 580-582. López-Barneo J, Pardal R, Ortega-Saenz P, Duran R, Villadiego J, Toledo-Aral JJ. 2009. The neurogenic niche in the carotid body and its applicability to antiparkinsonian cell therapy. J Neural Transm 116: 975-982. López-López J, González C, Urena J, López-Barneo J. 1989. Low pO2 selectively inhibits K channel activity in chemoreceptor cells of the mammalian carotid body. J Gen Physiol 93: 1001-1015. López-López JR, González C. 1992. Time course of K+ current inhibition by low oxygen in chemoreceptor cells of adult rabbit carotid body. Effects of carbon monoxide. FEBS Lett 299: 251-254. López-López JR, De Luis DA, González C. 1993. Properties of a transient K+ current in chemoreceptor cells of rabbit carotid body. J Physiol 460: 15-32. Montero O, Ramírez M, Sánchez-Guijo A, González C. 2012. Determination of lipoic acid, Trolox methyl ether and tocopherols in human plasma by liquid-chromatography and ion-trap tandem mass spectrometry. Biomed Chromatogr 26: 1228-1233. Obeso A, González C, Rocher A. 2006. Mecanismos de quimiorrecepción en el cuerpo carotídeo. In: Estudio de la función respiratoria. Pino García J, García Río F eds. Pérez-García MT, Almaraz L, González C. 1990. Effects of different types of stimulation on cyclic AMP content in the rabbit carotid body: functional significance. J Neurochem 55: 1287-1293. Pérez-García MT, Almaraz L, González C. 1991. Cyclic AMP modulates differentially the release of dopamine induced by hypoxia and other stimuli and increases dopamine synthesis in the rabbit carotid body. J Neurochem 57: 1992-2000. Pérez-García MT, Obeso A, López-López JR, Herreros B, González C. 1992. Characterization of cultured chemoreceptor cells dissociated from adult rabbit carotid body. Am J Physiol 263: C1152-C1159. Pérez-García MT, López-López JR, González C. 1999. Kvbeta1.2 subunit coexpression in HEK293 cells confers O2 sensitivity to kv4.2 but not to Shaker channels. J Gen Physiol 113: 897-907. Pérez García M, González C. 1997. Mechanisms of sensory transduction in chemoreceptor cells: The role of second messengers. In: The carotid body chemoreceptors. González C ed. New York: 79-92. Prieto-Lloret J, Cáceres AI, Obeso A, Rocher A, Rigual R, Agapito MT, Bustamante R, Castañeda J, Pérez-García MT, López-López JR, González C. 2004. Ventilatory responses and carotid body function in adult rats perinatally exposed to hyperoxia. J Physiol 554: 126-144. Prieto LLoret J. 2005. Hiperoxia perinatal y respuesta del cuerpo carotídeo y de las arterias pulmonares a la hipoxia. Función del cuerpo carotídeo en knockouts para receptores NK1 y D2.Tesis Doctoral. Universidad de Valladolid. Ramírez M, Almaraz L, González C, Rocher A. 2012. Cyclic AMP and Epac contribute to the genesis of the positive interaction between hypoxia and hypercapnia in the carotid body. Adv Exp Med Biol 758: 215-223. Rocher A, Geijo-Barrientos E, Cáceres AI, Rigual R, González C, Almaraz L. 2005. Role of voltage-dependent calcium channels in stimulus-secretion coupling in rabbit carotid body chemoreceptor cells. J Physiol 562: 407-420. Rocher A, Cáceres AI, Almaraz L, González C. 2009. EPAC signalling pathways are involved in low PO2 chemoreception in carotid body chemoreceptor cells. J Physiol 587: 4015-4027. Rocher A, Cáceres AI, Obeso A, González C. 2011. Tetrodotoxin as a tool to elucidate sensory transduction mechanisms: the case for the arterial chemoreceptors of the carotid body. Mar Drugs 9: 2683-2704.