EL OXÍGENO…¿UN TÓXICO?. PERCY ZAPATA MENDO.
EL
OXÍGENO…¿UN TÓXICO?
Poner
en duda las necesidades vitales del oxígeno sería descabellado, sin embargo,
cuando dentro de los tejidos produce "radicales libres", puede
ocurrir que en vez de beneficio ocasione serios ataques a la estructura
celular. Incluso la vejez no es otra cosa que la lenta oxidación del organismo.
El
oxígeno, tan fundamental para la vida de los organismos aeróbicos, a tal punto
que sin él la vida en el planeta sería imposible, no es todo lo beneficioso
para nuestras células como podríamos suponer. A partir de la información
científica recopilable en los últimos treinta o cuarenta años, se ha acumulado
una gran cantidad de datos referentes a la toxicidad celular del oxígeno y sus
consecuencias para la supervivencia de los organismos. En otras palabras, el
oxígeno -paradójicamente permite la vida, pero también la destruye.
El
oxígeno es utilizado por los organismos aeróbicos como un agente oxidante, ya
que la energía necesaria para la supervivencia, crecimiento y multiplicación de
éstos proviene de aquellos procesos donde se queman combustibles metabólicos
tales como los hidratos de carbono, lípidos y proteínas, convirtiéndose
principalmente en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). De esta manera, el
carbono al estado reducido, presente por ejemplo en un hidrato de carbono, se
transforma en CO2, liberando una apreciable cantidad de energía al mismo tiempo
que el oxígeno, en su forma oxidada O2, se reduce a O2-4. Este proceso de
oxidación del combustible metabólico no se realiza en una sola etapa dentro de
nuestras células, por una razón muy simple y lógica: si esta transformación
ocurriera así, la mayor parte de la energía, que es justamente el elemento que
necesita la célula, se perdería en forma de calor produciendo sólo un aumento de
la temperatura del sistema. La solución de este problema termodinámico,
ocurrida probablemente en los primeros estados de la evolución de los
organismos aeróbicos, consistió en realizar el proceso de oxidación de los
combustibles metabólicos de una manera cuantizada, esto es, etapa por etapa,
logrando una máxima recuperación de la energía en forma química y
desperdiciando un mínimo como calor.
Del
mismo modo que la oxidación de los hidratos de carbono, lípidos y proteínas se
realiza poco a poco, en los últimos años se ha descubierto que el oxígeno
molecular también se va reduciendo en etapas, formándose en cada una de ellas
productos bien definidos cuyas propiedades físicas y químicas han preocupado a
los investigadores del área. Estos intermediarios de reducción permiten no sólo
que se realicen muchas funciones celulares, sino también revisten un peligro
potencial para la célula. El oxígeno molecular para transformarse en agua
necesita recibir cuatro electrones, pero no puede hacerlo en forma simultánea debido
a barreras energéticas que debe vencer cada electrón para ser incorporado a la
molécula. De este modo, se forman diferentes intermediarios de reducción
transitorios, algunos de los cuales presentan características de radicales
libres.
Radicales libres y trastornos celulares
Radical
libre es todo átomo o molécula que posee electrones libres, sin aparear. Como
de acuerdo a las leyes de la estructura atómica la estabilidad de un átomo o
molécula requiere de un apareamiento electrónico, resulta fácil deducir que
estas formas moleculares o atómicas serán muy inestables y por lo tanto,
altamente reactivas. Los radicales libres más característicos que se forman
durante la reducción biológica del oxígeno son el radical superóxido (O2-), el
radical peróxido (O2-2) y el radical hidroxilo (OH). De todos ellos el radical
peróxido es el que se estabiliza con mayor facilidad, ya que rápidamente se
asocia con el hidrógeno y forma el peróxido de hidrógeno, H2O, más conocido
como agua oxigenada. Los otros dos, el superóxido y el hidroxilo, son altamente
reactivos y pueden ocasionar graves trastornos a la estructura y función
celulares si su formación y reactividad no son debidamente controladas por la
célula.
Estos
radicales libres pueden atacar a los componentes de la estructura celular,
especialmente a las proteínas, a quienes les ocasionan rupturas de los enlaces
de unión entre sus aminoácidos o entre cruzamiento de enlaces; a los ácidos
nucleicos, que sufren también ruptura de enlaces con las consecuencias informacionales
y genéticas que esto significa, y a los lípidos cuyos ácidos grasos
constituyentes sufren un proceso de oxidación no controlado conocido como
lipoperoxidación.
El
daño al nivel de los lípidos es quizás el más caracterizado desde un punto de
vista experimental y el más fácil de apreciar en términos prácticos. Los
lípidos (en la forma de triglicéridos o fosfoglicéridos) son junto con las
proteínas los principales constituyentes de las membranas celulares. Estas no
son sólo una barrera entre el contenido celular y su medio. La membrana celular
cumple muchas funciones activas y altamente especializadas, tales como el
transporte selectivo de nutrientes celulares, que constituye un sistema de
defensa, ya que impide el paso de muchas drogas o toxinas que pueden dañar la
función celular. Además, en su superficie están alojadas muchas enzimas y
moléculas relacionadas con la respuesta inmune (antigénica), hormonal, además
de otras moléculas relacionadas con el control de la función celular.
La
membrana celular sufre el ataque de radicales libres del oxígeno, los que
inician la lipoperoxidación en su estructura, dando la partida de este modo a
un lento proceso de solubilización de sus ácidos grasos, que finalmente termina
con su ruptura. De hecho, este mecanismo es responsable de muchos tipos de
anemias. Por ejemplo, cuando los glóbulos rojos están expuestos a drogas se
generan radicales libres, lo que acarrea su destrucción, liberando su
hemoglobina; las células del tejido pulmonar también son seriamente afectadas
por concentraciones de oxígeno superiores a las normales (concentraciones
hiperbáricas). En el caso del recién nacido, especialmente en los prematuros,
el exceso de oxígeno proporcionado por las incubadoras produjo en el pasado
numerosos casos de ceguera debido al daño lipoperoxidativo de un sistema
ocular. Así, los casos de sensibilidad y de toxicidad del oxígeno son
numerosos, todos derivados de la formación de radicales libres.
Defensa celular
La
formación de los radicales libres de oxígeno dentro de las células de un
organismo no es un accidente biológico ya que estas formas activas son
requeridas y utilizadas por la célula para realizar muchas de sus funciones.
Por ejemplo, intervienen en las síntesis de moléculas tales como el colágeno,
componente proteico que proporciona resistencia a los tejidos; en la formación
del colesterol; en la síntesis de las prostaglandinas, hormonas que actúan en
pequeñísimas cantidades y que regulan funciones tan variadas como la
temperatura corporal, la coagulación de la sangre o el trabajo del parto. Los
radicales libres también son importantes en la formación de los ácidos
nucleicos y en los sistemas enzimáticos que permiten metabolizar drogas o
tóxicos como el alcohol, por ejemplo. De todos los mecanismos en los que
intervienen de alguna manera los radicales libres, quizás el mejor conocido es
el que se relaciona con el proceso bactericida de los leucocitos
polimorfonucleares, es decir, las células pertenecientes al grupo de los
glóbulos blancos que se encargan de destruir a las bacterias u otros agresores
de la célula. Los leucocitos o glóbulos blancos forman en sus interiores
radicales libres que se difunden al medio extracelular dañando la función
bioquímica de las bacterias al mismo tiempo que los fagocitan, incorporándolos
a su célula y finalmente destruyéndolos mediante enzimas de gran actividad.
Desde
este punto de vista se puede pensar que la eficiencia de la función celular va
a depender del perfecto equilibrio que deba mantener entre la tasa de formación
de radicales libres necesaria para sus funciones y la cantidad de éstos que por
falta de control produzca efectos tóxicos. Este perfecto equilibrio depende en
buena medida de la existencia de un complejo mecanismo intracelular contra la
toxicidad del oxígeno. Este mecanismo controla la formación y el destino de los
radicales generados por la misma célula o por sustancias tóxicas. El mecanismo
de protección está constituido por dos tipos de componentes; enzimáticos y no
enzimáticos. Dentro de los primeros, las enzimas superóxido dismutasa (SOD),
catalasa (CAT) y glutation peroxidasa (GSH-Px) son las más importantes. Estas
enzimas, que están presentes en el citoplasma (SOD) en las membranas (GSH-Px) o
en organelos celulares especializados (CAT), actúan atrapando los radicales
superóxidos e hidroxilos (SOD y CAT) o destruyendo los peróxidos orgánicos
producidos por la destrucción de los ácidos grasos durante el proceso
lipoperoxidativo (GSH-Px).
Los
componentes no enzimáticos más importantes son el glutatión (GSH) y la vitamina
E. El glutatión es un tripeptido de gran reactividad que se encuentra en todas
las células y que tiene importantes características como "atrapador"
de radicales libres. Puede actuar como un antioxidante celular, y así como se
ha demostrado que diferentes drogas, que disminuyen la concentración
intracelular de glutatión favorecen el daño lipoperoxidativo principalmente al
nivel de la membrana celular. Tal es el caso del efecto de sobredosis de
paracetamol, un analgésico de uso muy difundido, pero que en dosis muy altas
induce daño hepático de tipo lipoperoxidativo y una gran disminución de la
concentración de glutatión de este tejido. Un ejemplo similar lo constituye el
consumo excesivo de alcohol, que originaría daño hepático a través de un mecanismo
similar.
La
vitamina E es otro de los componentes no enzimáticos del sistema de defensa
celular. Por el hecho de no ser sintetizada por los organismos animales, éstos
la deben adquirir a través de la alimentación de aceites y grasas vegetales.
Esta vitamina tiene un gran historial de investigación, ya que por los años
treinta, cuando fue descubierta, se la relacionó con la fertilidad, la
virilidad e incluso la longevidad. En definitiva, constituye un poderoso
antioxidante, esto es, un atrapador de radicales libres y de ahí su importancia
en el metabolismo celular. La vitamina E ha sido utilizada con fines
terapéuticos, especialmente en pediatría y también se la ha introducido en el
mercado cosmético, atribuyéndosele características rejuvenecedoras de la piel,
que si bien no están del todo comprobadas, su efecto puede guardar estrecha
relación con sus características protectoras de la estructura celular.
La vejez
En
la actualidad son cada vez más numerosas las enfermedades que guardan alguna
relación con la toxicidad del oxígeno o con la deficiencia de los sistemas de
protección. La anemia que se produce en los recién nacidos y especialmente en
los prematuros presenta un importante componente peroxidativo. Algunos tipos de
artritis reumatoideas de tipo inflamatorio se complican debido a la actividad
de defensa de los leucocitos. Estos generan radicales libres no sólo cuando se
enfrentan a bacterias, sino ante todo tipo de partículas que resulten extrañas
al organismo (incluso partículas microscópicas de látex han sido utilizadas
para estimular la generación de radicales libres). Los leucocitos, al invadir
el lugar inflamado, producen estos radicales que dañan la estructura molecular
del medio, como es el caso del líquido sinovial de las articulaciones. Este
líquido, al perder sus características lubricantes, complica la crisis
inflamatoria.
Algunos
tipos de cánceres (especialmente de la piel) han sido relacionados con la
toxicidad del oxígeno y a este respecto el problema de la contaminación
ambiental adquiere importancia significativa. En nuestra atmósfera normalmente
se producen todo tipo de radicales libres, ya sea a través de la radiación
cósmica, por efecto de la luz solar o por la contaminación ambiental.
Normalmente estos radicales libres tienen una vida media escasa y son
rápidamente destruidos, pero en atmósferas muy contaminadas no sólo se acelera
su formación, sino que además se produce un fenómeno de estabilización y un
aumento de la reactividad de éstos. De ahí que la tasa de contaminación
ambiental guarda mucha relación con diversos tipos de cánceres del tracto
respiratorio, especialmente del pulmón y de ciertas zonas de la piel que
normalmente están expuestas a la luz ultravioleta del sol (la radiación más
dañina) y a los contaminantes ambientales tales como metales, compuestos
orgánicos derivados de la combustión o productos de reacción de los radicales
libres. El Ozono (O3) es uno de estos productos y es altamente tóxico para las
células en concentraciones levemente superiores a las que se encuentran en la
parte alta de nuestra atmósfera.
Un
fenómeno biológico que cada vez se encuentra más relacionado con la
citotoxicidad del oxígeno es el de la vejez. La vejez no es un proceso derivado
de una enfermedad o de alguna anomalía funcional; muy por el contrario, es un
fenómeno altamente programado desde el punto de vista celular. Esto es, una
célula, un tejido o un organismo deben envejecer como consecuencia natural de
su función. No es entonces la consecuencia de un solo proceso; toda la
maquinaria celular pierde su capacidad de regeneración y de reparación, todo se
hace más lento e inexacto hasta que se produce la catástrofe final, que no es
otra cosa que la resultante de muchos errores metabólicos y genéticos
acumulados durante la vida de un individuo desde el momento mismo en que es
gestado.
Sí
bien son muchos los mecanismos involucrados en este proceso de deterioro, cada
vez se acumulan más antecedentes que implican la citotoxicidad del oxígeno,
expresada en la forma de radicales libres, como uno de los componentes más
importantes del proceso. En otras palabras, envejecemos porque nos oxidamos
lentamente, de una manera no controlada, o porque lentamente perdemos el
control del proceso. En los tejidos y órganos envejecidos se van acumulando
pigmentaciones derivadas de la lipoperoxidación del material celular. Estas
aparecen en órganos como el corazón, los pulmones, testículos y especialmente
en la piel donde son fácilmente observables en gran cantidad en los individuos
ancianos y a veces prematuramente en aquellos que no lo son tanto. Estas
manchas, llamadas lipofunccinas, son el resultado de un proceso peroxidativo
derivado probablemente por una disminución de los mecanismos de defensa celular
contra la citotoxidad del oxígeno.
Aún
nos queda mucho por aprender sobre estos mecanismos y no cabe duda que todo
esfuerzo que se realice para conocer sus efectos biológicos redundará en un
beneficio para la naturaleza humana. El mejor conocimiento de nuestros
mecanismos de defensa contra la toxicidad nos permitirá entender y tratar
muchas enfermedades, y por qué no decir que en un futuro cercano se logre no
sólo un aumento significativo en la expectativa de vida, sino también de la
duración de ésta, permitiéndonos alcanzar la longevidad que tanto deseamos.
Doctor Percy, agradezco su interesantísimo aporte. Me gustaría saber si el desarrollo de un tumor maligno que se asocia a hipoxia crónica (entiendo que afectando por esta via la producción ezimática), puede afectarse por el suministro de oxígeno líquido tipo comercial basado en sulfato de deuterio. No entiendo mucho de esto pero estoy buscando todas las alternativas posible para ayudar a un ser querido. Mil gracias. Diana M.
ResponderEliminarSeñorita Diana, escuché hace algún tiempo sobre las bondades terapéuticas del “oxígeno líquido”, mas luego de revisar (incluido la página de la casa que lo produce), permítame referirle que las peculiaridades químicas de un compuesto vienen determinadas por su estructura electrónica y no por su estructura nuclear (los electrones y sus enlaces). El deuterio (D) al que se hace mención, tiene un núcleo que no es más que un protón (núcleo de protio) con un neutrón, es decir es un isótopo de H, por tanto el D2O (agua pesada) y el H2O (agua "convencional") poseen las mismas propiedades químicas (reactividad, estabilidad de los enlaces, etc.) mas no así las físicas (punto de ebullición, estabilidad nuclear, etc.).
EliminarPuesto que son las propiedades químicas las que permiten a las moléculas interaccionar entre sí a escala celular, el D2SO4 (sulfato de deuterio) y el H2SO4 (ácido sulfúrico) son desde el punto de vista de la reactividad química, idénticos entre sí. Por lo que no veo cómo a partir de ácido sulfúrico se puede obtener oxígeno e hidrógeno. El anión sulfato (SO4) es totalmente estable y en caso de reaccionar lo haría para precipitar como sal (no para liberar oxígeno), en cuanto al H2 (hidrógeno molecular) sólo podría provenir de los H+ (protones) liberados por el ácido mediante una reacción redox (reducción-oxidación).
En el caso de que estos gases se produjeran en el torrente sanguíneo, burbujearían en la sangre hasta ascender (son menos densos) lo que paralizaría o reduciría el caudal sanguíneo pudiendo producir la muerte (esto sucede cuando se bucea con N2 y se asciende sin hacer descompresión).
Señorita Diana, no deseo desilusionarla, pero este producto es tan eficaz como los “Factores de Transferencia”, que no curan en absoluto el cáncer ni el colon irritable u otras afecciones. Perdóneme si apago ese atisbo de esperanza que tiene, pero si tiene interés en especial por darle mayor calidad de vida a su familiar y usar un método probado pero no farmacológico, le sugeriría los anti-oxidantes, que están presentes en la chirimoya, guanábana, tomate, repollo, espinacas, uvas, paltas, pepinillo, brócoli.
Espero y ruego haberle sido de utilidad, señorita Diana.