Osteoartrosis: Mecanismos Moleculares
Escrito por Dr. Nicolás Rubio García   

 

Congreso de la Sociedad Española de Oxigeno-Ozonoterapia (Tenerife)

La osteoartrosis se puede definir de muchas formas, dependiendo desde que punto de vista: como ser clínico, inmunológico, bioquímico, etc.… En general la salud comienza en cada una de nuestras células, que están constantemente en un proceso de renovación, reparación, reproducción y autodestrucción. Y lo mismo sucede con la enfermedad, que siempre tiene un comienzo celular, y por supuesto la osteoartrosis no es distinta a las demás patologías crónicas.


Prácticamente es unánime, la opinión de que el condrocito es la célula más importante que encontramos en el cartílago articular. Tiene escasa actividad mitótica y una capacidad de síntesis relativamente baja (1). Es la responsable de mantener la matriz cartilaginosa en un estado de equilibrio de bajo “turnover” (2). Los cultivos de condrocitos humanos y animales son modelos muy útiles para el estudio de los mecanismos fisiopatológicos de la artrosis, en ingeniería de tejidos y en terapias génicas (3).

Desde el comienzo de la actividad articular, la célula condrocítica, está sometida constantemente a estímulos de tipo mecánico, biológico (infecciones), etc. Ello hace que aparezcan una secuencia de acontecimientos inmunológicos, con la aparición de proteínas solubles, llamadas citoquinas, que tienen una vida media corta, por lo que tienen tendencia a actuar sobre células  que se encuentran en el área adyacente al lugar donde son sintetizadas (acción paracrina). Otra característica muy importante es el pleiotrofismo, o la capacidad que tienen de activar simultáneamente múltiples receptores celulares. Al mismo tiempo es el efecto redundancia, o la característica que tienen estas citoquinas de ejercer la misma acción en diversos receptores.

Las citoquinas  que se producen son : IL-1, IL-17 y TNF-alfa (4), y son las responsables de la activación en otras células, los fibroblastos,  de la aparición de NO, como recientemente demuestran un grupo de investigadores japoneses, mediante técnicas  de inmunohistoquimica (5), que a su vez estimulan los receptores específicos de membrana de los condrocitos,  que expresan un RNAm, que es una proteína,  responsable de la comunicación celular, que son sistemas en cascada en las que cabe distinguir un proceso de detección de un mensajero por  un receptor, seguida de un proceso de transducción o de transformación de esa señal extracelular en una intracelular, es el llamado 2º mensajero

 

NOS liberado

 

Este NOS  liberado representa una diana futura en el tratamiento de la enfermedad inflamatoria articular. Incluso tenemos fármacos, como el A.A.S en concentraciones elevadas, o las tetraciclinas que pueden inhibir su acción. Los NOS son radicales libres gaseosos muy inestables, con una vida media entre 3 y 5 segundos, que se difunden rápidamente y que tienen una actividad biológica intracelular, como 2º mensajero. En presencia de oxigeno se metaboliza rápidamente, transformándose en nitritos y nitratos perfectamente cuantificable. Dentro de los condrocitos los NOS producidos por la estimulación de citocinas, generan la activación de las proteasas, que son las enzimas claves en la degradación de la matriz cartilaginosa. Las más comunes son las metaloproteasas, que están bastante bien estudiadas, de las que existen 18 tipos, y que son las responsables de:

  • Destrucción del colágeno en la matriz extracelular (MEC)
  • Destrucción de proteoglicanos en MEC.
  • Hipocelularidad.
  • Aumento de apoptosis de los condrocitos.

Finalmente aparecen los signos clínicos, que son aquellos en los cuales nos basamos para diagnosticar y tratar la osteoartrosis.

Estas cuatro fases: la química, biológica, morfológica y funcional, se dan en todos los procesos crónicos, como vías respiratorias, digestiva, etc.  Aunque con distinta celularidad y dinámica inmunológica y bioquímica. Estas fases se realizan con el fin de producir una ampliación de respuesta. En la que partiendo de  pequeño grupo de celulas, la cascada finaliza en una situación clínica.

El problema que se nos plantea es porqué esta secuencia de acontecimientos que acontece desde que prácticamente nacemos, a partir de una determinada edad estos estímulos mecánicos, biológicos, etc. generan enfermedad, y para ello tenemos que retroceder y ver  lo que acontece de nuevo en los condrocito, que no es distinto de lo que sucede en el resto de las células.

Durante la respiración celular, un combustible (glucosa y ácidos grasos), se transforman en energía. Esta transformación se realiza en el interior de la célula, y más concretamente en la mitocondria, y exactamente se produce ATP, o acido adenosin trifosfato, la molécula clave para la síntesis de los componentes celulares y para la mayoría de los procesos celulares, y que se conoce como “la moneda energética de la célula”. Esta respiración consume oxigeno, genera ATP y deja como residuo dióxido de carbono (CO2)  y agua.  Pero este proceso no es perfecto ya que se producen también otras moléculas contaminantes. Se producen continuamente especies reactivas derivadas del oxigeno (ROS), en la que todos los seres vivos nos encontramos inmersos,  Estos radicales como ser: el radical superóxido, el peróxido de hidrogeno y  el radical hidroxilo. (ROS), atacan continuamente a todos los tipos de macromoléculas biológicas.  Aunque la producción de ROS puede aumentar mucho en varias situaciones patológicas; en el individuo sano hay una producción celular baja pero continua del mismo. La mayor parte de dicha producción procede de la cadena respiratoria mitocondrial y se debe a que estos orgánulos son responsables de más del 90 % del consumo de oxigeno celular y a que los radicales libres en los sistemas biológicos proceden siempre, en último término, del metabolismo del oxigeno por vía univalente.

Cuantitativamente, la segunda fuente principal de radicales libres, son los fagocitos del sistema inmune que son los responsables de la destrucción o inactivación de los agentes infecciosos fagocitados. Lo que significa que cuando los niveles de radicales libres se controlan adecuadamente, intervienen en procesos útiles para los organismos.

 

Radicales oxidativos

 

Los radicales libres son átomos o moléculas que tiene un electrón desapareado en su orbital más terminal, en capacidad para aparearse, por lo que son muy reactivos, Estos radicales recorren nuestro organismo intentando robar un electrón de las moléculas estables, con el fin de alcanzar su estabilidad electroquímica. Una vez que el radical libre ha conseguido robar el electrón que necesita para aparear su electrón libre, la molécula estable que se lo cede se convierte a su vez en un radical libre, por quedar con un electrón desapareado. Iniciándose así una verdadera reacción en cadena que destruye nuestras celulas. La vida biológica media del radical libre es de microsegundos, pero tiene la capacidad de reaccionar con todo lo que esté a su alrededor provocando un gran daño a las moléculas y sobre todo a las membranas celulares este es uno de los parámetros relacionado con el llamado estrés oxidativo, con afectación de la instauración de los ácidos grasos presentes en las membranas celulares de los órganos vitales.  En las membranas celulares hay integrado un gran grupo de proteínas que dictan funciones muy importantes. Son las responsables de la existencia de un tráfico regulado dentro de las celulas y fuera de ellas .Estas proteínas que regulan el traslado, importación y exportación de la señal, son el centro de atención actual de la investigación biomédica, Son de tal importancia, que en caso de no realizar bien su trabajo, aparecen  procesos que desembocan en el desarrollo de enfermedades. De hecho, lo importante no es la membrana en sí, sino sus componentes, o sea las proteínas. El daño oxidativo a los lípidos de membrana  constituye un factor muy importante en la disminución de la fluidez que se observa en el envejecimiento. Es lo que llamamos peroxidación lipídica,  que no solo es destructiva para los lípidos. Los productos de la peroxidación lipídica también pueden modificar covalentemente otros tipos de macromoléculas como las proteínas, causando alteraciones en su estructura y función. Otra efecto del daño oxidativo, es el que se realiza por parte de los radicales libres contra alguno de los componentes del ADN mitocondrial preferentemente.  Pero el organismo posee una alta actividad de reparación de este ADN. Lo realiza con unas proteínas llamadas chaperonas o carabinas moleculares que se comportan como verdaderos reguladores de la homeostasis. Se mide como 8-oxo-7’8-dihydro-2´deoxyguanosina  (8-oxodG). Sabemos que este daño oxidativo es más acentuado con la edad, y que se invierte el cociente ataque/reparación.

Estos daños presentados en las secciones anteriores muestran que: siempre existe un cierto nivel de daño oxidativo. En general el estrés oxidativo tiene lugar como consecuencia de una generación elevada de especies reactivas de oxigeno (ROS). Pueden detectarse elevaciones de ROS en celulas expuestas a diversos estímulos, como luz UV, concentraciones de peroxido de hidrogeno, presencia de citoquinas inflamatorias (TNF alfa, IL-1), etc. Las ROS, además de su  papel citotóxico cuando su producción es excesiva, a concentraciones moderadas actúan como segundos mensajeros en diferentes mecanismos de transducción de señales. Recientemente ha sido descrito por Maria Canales que frente a esta agresión oxidativa, propone que las HSP (proteínas del estrés)  representan una clase original de proteínas con capacidad antioxidante. Lo que supone que una fracción de los radicales libres generados en el organismo, son capaces de alcanzar sus dianas moleculares, antes de que puedan ser eliminados por mecanismos antioxidantes.  De hecho el mantenimiento de la homeostasis redox del tejido solo es posible entre un equilibrio entre la intensidad de generación y la intensidad de eliminación de radicales libres. Cuando el equilibrio entre generación y destrucción se altera la célula entra en un proceso degradativo patológico.

ANTIOXIDANTES: Son sustancias que tienen la propiedad de inhibir el estrés oxidativo causado por los radicales libres. Unos actuan a nivel intracelular y otros en la membrana de las células, siempre en conjunto para  proteger a los diferentes órganos y sistemas. Son clasificados de acuerdo con su trabajo y su localización. Pueden ser enzimas naturales, antioxidantes obtenidos en la dieta (restricción calórica) o antioxidantes farmacológicos.  Todos los mamíferos sometidos experimentalmente a restricción calórica, comparten una característica común: tienen una producción más lenta de ROS  en su sistema mitocondrial, y como consecuencia tienen un menor daño oxidativo al  ADN  menor peroxidación lipídica y menor daño oxidativo secundario de tipo proteico.


Ante una producción continua de radicales libres, se necesitan mecanismos que minimicen el daño oxidativo. La producción de radicales libres está contrarrestada, aunque solo parcialmente por los antioxidantes endógenos celulares, para producir un equilibrio en el estrés oxidativo compatible con la viabilidad celular. La mayoría de los estudios sobre longevidad animal realizados inicialmente se centraron en los factores antioxidantes, más que en los prooxidantes, ya que los primeros eran mucho más fáciles de medir. Una de las primeras hipótesis que se plantearon fue que el envejecimiento podría deberse a un descenso en los niveles de antioxidantes, conforme el individuo envejece. Esta idea se descartó, en cuanto se observó que las variaciones en las concentraciones de antioxidantes celulares en función de la edad no seguía un patrón uniforme, ya que disminuían, aumentaban o no variaban en los animales viejos dependiendo del antioxidante medido, el órgano estudiado o el animal elegido.


La suplementación de dieta, la inducción farmacológica, o ambas al mismo tiempo, es una posibilidad a estudiar en el futuro. Pero no solo en estudio sobre longevidad, que son muy importantes, sino en determinadas patologías de tipo crónico.
Las especies reactivas de oxigeno constituyen átomos, iones y moléculas, con uno o más electrones, siempre impar, no apareados en el ultimo orbital. Así como las moléculas derivadas del oxigeno que tengan alta capacidad reactiva. Que como hemos visto pueden interactuar con las moléculas de diferentes tejidos, de gran importancia biológica. Ello es posible solo de forma parcial, gracias a los antioxidantes.
 
El ciclo redox del sistema glutatión, es el sistema antioxidante más importante del organismo, ya que se trata de un sistema químico de transferencia de electrones, pudiéndose comportar como oxidante o reductor, sin modificar sus características electroquímica, siendo esa la mas importante característica de los antioxidantes El sistema glutatión peroxidasa/glutatión reductasa, en la que la glutatión reductasa (GRd), que es una flavoenzima dependiente del nicotinamin adenin dinucleotido forfato reducido (NADPH), que cataliza la reducción del glutatión oxidado(GSSH),  a glutatión reducido (GSH),, lo cual  será utilizado por la glutatión peroxidasa (GPx),  para la reducción del peroxido de hidrogeno (H2O2) y de lipoperóxidos (L-OOH), los cuales son elementos tóxicos. Como vemos se trata de una función de pivoteo en el estrés oxidativo. Todo ello gracias al ciclo redox, en la que una especie química reductora cede electrones al medio se convierte en una especie oxidada, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un par redox. Análogamente, se dice que cuando una especie capta electrones del medio se convierte en una especie reducida e igualmente forma un par redox, con su precursor reducido.

La tendencia a reducir u oxidar a otras especies se cuantifica por el potencial de reducción, también llamado potencial redox. Una titilación redox es un indicador químico que indica el cambio en el porcentaje de las reacciones redox mediante el viraje de color entre el oxidante y el reductor.

Por tanto vemos que la GRd permite mantener concentraciones de GSH en la célula, no solo para ser utilizado por la GPx, en la eliminación del H2O2, sino que es de utilidad en la recuperación de de las vitaminas C y E, lego de participar en la eliminación de radicales libres generados in situ o a distancia. Por tanto esta claro que una alteración en la actividad de la GRd provocará disminución en las concentraciones de GSH, dando lugar a un aumento de especies reactivas.

Existe un conjunto de fármacos que se utilizan con el objetivo de regular los niveles del GSH, al margen de que tenga o no actividad propia antioxidante, como ser la N-acetilcisteina, que además de poseer una acción barredora de radicales libres, es un precursor del glutatión.

El ozono, gas compuesto por tres átomos de oxigeno, formando una estructura cíclica, inestable, que no puede almacenarse, no es un radical libre, ni es un antioxidante, pero se comporta como tal, ya que es capaz de donar seis electrones de los orbitales mas distantes de los átomos de oxigeno y neutralizar los radicales libres.  Al final se obtiene agua y energía.

Finalmente exponer que después de un tratamiento de ozonoterapia, en el proceso inflamatorio articular que consideremos necesario, y sin entrar en las vías de administración, ni en las concentraciones, consideramos que el proceso no ha finalizado, ni muchísimo menos. Es por lo que recomendamos:

  1. Es imprescindible una restricción calórica, ya que sabemos que genera una marcada disminución de radicales libres.
  2. Ejercicio diario y moderado.
  3. Aporte de alimentos ricos en antioxidantes, sobre todo frutas frescas y variadas.
  4. Aporte de vitaminas antioxidantes, como ser Vit. E,  Vit. C, Carotenos, a pequeñas dosis.
  5. Oligoelementos, tipo Selenio y Cinc, como activador a nivel hepático del tripéptido g-glutamil-L-cistenil-glicina, que es el verdadero inductor a nivel celular de incrementar los niveles prooxidantes del sistema glutatión.
  6. La administración de N-acetilcisteina, a la dosis que tendrá que ser estudiada y evitando  administración de excipientes.


El tipo de paciente a estudiar, es el afectado por artrosis de rodilla, grado II-III, con presencia de líquido intraarticular, que una vez extraído, nos puede ser útil, mediante citometria de flujo, para cuantificar la presencia de NOS y ROS.

Al mismo tiempo y dado que una técnica muy utilizada por los traumatólogos, es el lavado intraarticular con suero y al mismo tiempo cepillado de la superficie articular, utilizar este con el fin de realizar un cultivo de condrocitos utilizando la técnica publicada en la Revista Reumatología Clínica, en Marzo-Abril 2006, por el Dr. J. Monfort-Faure, con el fin de estudiar el ciclo redox del componente glutación intracelular.

A los tres meses, se realizan la misma operación y se evalúa.

Dr. Nicolás Rubio García

Especialista en Medicina Interna

Alergólogo y Neumólogo

Master en Medicina Antienvejecimiento

Vicepresidente de la Sociedad Española de Oxigeno-Ozonoterapia