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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA “EFECTO DE UNA DIETA SUPLEMENTADA CON AJO AL 2% EN LA NEFROTOXICIDAD INDUCIDA POR CISPLATINO” TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: QUÍMICA FARMACÉUTICA BIÓLOGA PRESENTA: ANA CAROLINA RAZO RODRÍGUEZ MÉXICO, D.F. 2008 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: Bernardo Lucas Florentino VOCAL: José Pedraza Chaverrí SECRETARIO: Perla Carolina Castañeda López 1er SUPLENTE: Carlos Pérez Muñoz 2do SUPLENTE: Iliana Elvira González Hernández SITIO DONDE SE DESARROLLO EL TEMA: Laboratorio 209, Edificio F, Facultad de Química, México D.F. Este trabajo de investigación fue apoyado por DGAPA PAPITT (Proyecto no. IN207007). ___________________ Dr. José Pedraza Chaverrí ASESOR DEL TEMA ___________________ M. En C. Yolanda Irasema Chirino López SUPERVISOR TÉCNICO ___________________ Ana Carolina Razo Rodríguez SUSTENTANTE AGRADECIMIENTOS A Dios, por guiar siempre mi camino, por cuidar a mi familia y por darme la voluntad para alcanzar cada una de mis metas. A José Luis y Malu, las personas que mas amo en el mundo, que siempre han confiado en mi y me han dado su apoyo incondicional, que siempre me han alentado y que han dado todo de si; a quienes nunca terminare de agradecerles. A Lili, mi hermana, por su continuo y cariñoso aliento, y por ser quien me contagiaba su alegría cuando se presentaban obstáculos. A Tachita y Angelita, por ser mi ejemplo de trabajo, dedicación y perseverancia, además de enseñarme que no es trabajo vivir en la vida, sino saber vivir! Al Dr. Pedraza, por orientarme para realizar este trabajo, dedicarme su tiempo e impulsarme para seguir creciendo intelectualmente. A Krrillo, por tu infinita paciencia, amor y comprensión, además de mostrarme que todo tiene un lado positivo. A mis mejores amigas las ñoñas, que por mas de una década han estado a mi lado y siempre me han escuchado, además de tratar de entenderme aunque no tenían idea de que hablaba. A mi mejor amigo Chuky, con quien siempre he podido contar en las buenas, malas y peores. A Adriana, Laurito y Fay por adoptarme en sus vidas y demostrarme su amistad además de su apoyo a pesar de la distancia y diferentes circunstancias. A Ramón, Arlene, Fer, Adriana, Monste, Sofy, Male, JC, Auro, Jessica, Angela, Ady, Chofas, Oliver y Fabi por ser excelentes amigos, por llenar estos cinco años de momentos increíbles, por toda su ayuda, por todas esas tareas, practicas y desvelos juntos. A Omar, Silvia, Susana, Noemí, Sabina, Octavio, Eva, Marisol e Irasema que siempre tuvieron la disposición para aclarar todas mis dudas, para ayudarme cuando ya no le veía solución y sobretodo porque siempre hicieron muy agradable mi estancia en el laboratorio y mas liviano el trabajo, además de su colaboración para la redacción de este trabajo. A la UNAM por ser la institución que me dio las herramientas para crecer personalmente e intelectualmente; y a todos los animales de laboratorio quienes fueron esenciales para la realización de este estudio. A la vida por ser tan generosa. Por mi raza hablará el espirítu ÍNDICE 1. RESUMEN 1 2. ANTECEDENTES 3 2.1 El riñón 3 2.1.1 Generalidades sobre el riñón 3 2.1.2 La nefrona 4 2.1.3 Insuficiencia renal aguda (IRA) 6 2.2 El cisplatino 7 2.2.1 Mecanismo de acción 7 2.2.2 Farmacocinética 8 2.2.3 Nefrotoxicidad por cisplatino 8 2.3 Estrés oxidante 9 2.3.1 Mecanismos antioxidantes de defensa 11 2.3.1.1 Sistemas antioxidantes enzimáticos 12 2.3.1.2 Sistemas antioxidantes no enzimáticos 12 2.3.2 Evidencias del estrés oxidante en la nefrotoxicidad ……………………..inducida por cisplatino 14 2.4 El ajo 17 2.4.1 Evidencias de la capacidad antioxidante del ajo 18 3. JUSTIFICACIÓN 20 4. HIPÓTESIS 20 5. OBJETIVO 20 6. MATERIALES Y MÉTODOS 21 6.1 Reactivos 21 6.2 Animales 21 6.3 Diseño experimental 22 6.4 Tratamiento de las muestras 23 6.5 Determinaciones 24 6.5.1 Evaluación de la función renal 24 6.5.1.1 Nitrógeno de urea en sangre (BUN) 24 6.5.1.2 Creatinina en suero 25 6.5.1.3 Excreción urinaria de N-acetil-β-D- ……………………………….glucosaminidasa (NAG) 25 6.5.1.4 Histología 27 6.5.2 Evaluación del estrés nitrante y oxidante 27 6.5.2.1 Cuantificación de 3-nitrotirosina (3-NT) y ……………………………….4-hidroxinonenal (4-HNE) 27 6.6 Análisis estadístico 28 7. RESULTADOS 29 7.1 Evaluación de la función renal 29 7.1.1 Nitrógeno de urea en sangre (BUN) 29 7.1.2 Creatinina en suero 29 7.1.3 Excreción urinaria de NAG 30 7.1.4 Histología 31 7.1.4.1 Cuantificación del área tubular dañada 31 7.2 Evaluación del estrés nitrante y oxidante32 8. DISCUSIÓN 36 9. CONCLUSIONES 39 10. REFERENCIAS 40 1. RESUMEN El cisplatino es un agente antineoplásico ampliamente utilizado en el tratamiento contra un gran número de tumores sólidos como en pulmón, ovario, testículo, cabeza y cuello, entre otros. Desafortunadamente, su uso clínico se ha limitado ya que entre un 25% y 35% de los pacientes presentan nefrotoxicidad. Existe evidencia experimental que sustenta que los mecanismos de daño renal implican especies reactivas de oxígeno, en particular radical hidroxilo (OH˙), anión superóxido (O2˙⎯), peroxinitrito (ONOO⎯) y peróxido de hidrógeno (H2O2). Además se ha observado que la administración de antioxidantes como la vitamina C y E disminuyen el daño renal provocado por este fármaco, asimismo el uso de atrapadores de especies reactivas de oxigeno como manitol, el ácido benzoico y superóxido dismutasa lecitinizada entre otros, también han demostrado tener efectos benéficos. Por otra parte, a lo largo de la historia se han descrito diversas propiedades medicinales del ajo, como su actividad antimicrobiana, antineoplásica y su actividad antioxidante, entre otras. Estas propiedades se han atribuido a los compuestos organosulfurados presentes en el ajo, principalmente los sulfóxidos de S- alquilcisteína y γ-glutamil-S-alquilcisteínas. Se ha reportado la capacidad de diversas preparaciones de ajo para atrapar especies reactivas de oxígeno, por ejemplo el extracto acuoso de ajo en polvo es capaz de atrapar OH˙, O2˙⎯, H2O2 y ONOO⎯; igualmente se ha descrito su capacidad para disminuir la lipoperoxidación, incrementar la concentración de glutatión reducido y la actividad de algunas enzimas antioxidantes. Con base en lo anterior, resulta interesante estudiar su efecto terapéutico en el daño renal inducido por cisplatino, utilizando una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo. En este diseño experimental se utilizaron 33 ratas hembra de la cepa Wistar, las cuales se dividieron en 4 grupos aleatoriamente: 1) Control, el cual recibió una dosis única de solución salina isotónica (SSI) vía i.p. y una dieta normal; 2) Ajo, el cual recibió una dosis única de SSI vía i.p. y una dieta suplementada con ajo en polvo al 2% durante 26 días; 3) Cisplatino, al cual se le administró una dosis única de 7.5 mg/kg de peso de cisplatino vía i.p. y una dieta normal; 4) Cisplatino+Ajo, que recibió una dosis única de 7.5 mg/kg de peso de cisplatino vía i.p. y una dieta suplementada con ajo en polvo al 2% durante 26 días. Las ratas se colocaron en jaulas metabólicas y se sacrificaron tres días después de la administración del cisplatino. Se obtuvieron orina, sangre y riñones; en los cuales se determinaron la concentración de creatinina en suero, de nitrógeno de urea en sangre y la excreción urinaria de N-acetil-β-D-glucosaminidasa; también se llevó a cabo un análisis histológico para determinar el daño tubular e inmunohistoquímica para evaluar 3- nitrotirosina y 4-hidroxinonenal como marcadores de estrés oxidante. La administración de cisplatino provocó el aumento de creatinina en suero (3.9 veces), de nitrógeno de urea en sangre (3.3 veces) y la excreción urinaria de N- acetil-β-D-glucosaminidasa (6.7 veces), asimismo el análisis histológico demostró un extenso daño tubular y la evaluación inmunohistoquímica cuantitativa demostró aumento de ambos marcadores de estrés oxidante (1.7-3.4 veces). Por el contrario, el tratamiento con una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo confiere una protección parcial tanto en los marcadores de función renal (40-59%), como en el daño tubular (33%) y en los marcadores de estrés oxidante (38-75%); probablemente debido a que el estrés oxidante no es el único mecanismo involucrado en la nefrotoxicidad por cisplatino. En conclusión, este trabajo representa el primer hallazgo en estudios in vivo en el cual se ha comprobado que el ajo es capaz de aminorar el daño nefrotóxico por la utilización de cisplatino. 2. ANTECEDENTES 2.1 El riñón 2.1.1 Generalidades sobre el riñón. El riñón es un órgano par con forma de haba, ubicados en el retroperitoneo, sobre la pared posterior del abdomen. Cada riñón pesa alrededor de 150 g y mide alrededor de 3x6x12 cm. El borde lateral es convexo y el medial es cóncavo. El riñón está rodeado por una delgada cápsula de tejido conectivo que está poco adherido y se elimina con facilidad. La cara interna de cada riñón tiene una región en forma de muesca, llamada hilio, a través de la cual pasan la arteria y la vena renal, los linfáticos, los nervios y el uréter. Éste ultimo, lleva la orina desde el riñón a la vejiga (Geneser, 2000; Guyton, 1997). En un corte transversal del riñón, se observa que el parénquima está compuesto por una corteza y una médula. La corteza presenta un aspecto rojo oscuro y granulado, y rodea por completo a la médula. La médula tiene casi el doble de espesor de la corteza y se compone de estructuras más claras con forma cónica, las pirámides renales. La base de cada pirámide nace en el límite entre la corteza y la médula y Figura 1. Diagrama del riñón (Geneser, 2000) terminan en la papila renal que penetra en el espacio de la pelvis renal, la cual es una prolongación de la parte superior del uréter que tiene forma de embudo (Geneser, 2000). Los riñones, realizan varias funciones importantes: 1) Separan la mayor parte de los productos de excreción metabólica del organismo y sustancias extrañas, 2) Participan en la regulación del volumen del líquido extracelular y de la cantidad total del agua en el organismo, 3) Controlan el equilibrio ácido-base y la concentración de la mayor parte de los componentes del organismo, 4) Tienen función endocrina, dado que secretan dos hormonas al torrente sanguíneo, la eritropoyetina, que estimula la formación de eritrocitos en la médula ósea y la renina, de importancia en la regulación de la presión arterial (Geneser, 2000), 5) Finalmente, en situaciones de ayuno prolongado los riñones sintetizan glucosa a partir de los aminoácidos y de otros precursores (Guyton, 1997). En general, los riñones se componen de un sistema filtrante y de un sistema tubular. El sistema filtrante está formado por los glomérulos y a través del proceso de filtración glomerular, se produce un ultrafiltrado del plasma sanguíneo, es decir un fluido con la misma composición que el plasma, salvo las proteínas, que son muy escasas. La composición del ultrafiltrado se modifica durante su paso a través del sistema tubular, dado que las células de los túbulos reabsorben selectivamente sustancias de la luz tubular y secretan sustancias desde la sangre capilar hacia los túbulos, la secreción tubular (Geneser, 2000). El producto final de estos procesos es la orina. 2.1.2 La nefrona. La unidad funcional del riñón es la nefrona. En el ser humano, cada riñón está formado por un millón de nefronas, aproximadamente. Cada nefrona consta de dos partes principales, el glomérulo y un largo túbulo. El glomérulo está formado por una red de capilares glomerulares que se ramifican y anastomosan entre si y que, comparados a otras redes capilares, tienen una elevada presión hidrostática. Los capilares glomerulares están recubiertos por células epiteliales y la totalidad del glomérulo está revestido por la cápsula de Bowman. El líquido que se filtra en los capilares glomerulares discurre por el interior de la cápsula de Bowman y, luego, por el túbulo proximal, que se encuentra en la corteza del riñón (Guyton, 1997). En el glomérulo se lleva a cabo la filtración depequeñas moléculas, agua o iones del plasma sanguíneo (Anderson & Cockayne, 1995). El líquido circula por el túbulo proximal y posteriormente por el interior del asa de Henle que desciende hasta la médula renal. Cada asa está formada por una rama descendente y una rama ascendente. Al final de la rama ascendente hay un segmento corto que se conoce como mácula densa. Pasada la mácula densa, el líquido atraviesa el túbulo distal que al igual que el túbulo proximal, se encuentra en la corteza renal. El túbulo distal va seguido del túbulo de conexión y del túbulo colector cortical, que termina en el conducto colector cortical (Guyton, 1997). En la porción tubular se lleva a cabo la reabsorción, que permite al organismo recuperar la mayor parte de los líquidos a través de procesos de difusión, ósmosis y transporte activo, la secreción, que permite el paso directo de la circulación a los túbulos y la excreción que consiste en la evacuación total de una sustancia del riñón (Anderson & Cockayne, 1995). En las partes iniciales, de 8 a 10 conductos colectores corticales se juntan para formar un solo conducto colector más grande que discurre hacia abajo, penetra en la médula y se convierte en el conducto colector medular. Los conductos colectores confluyen para formar conductos cada vez mayores que, finalmente, vacían su contenido en la pelvis renal. En cada riñón hay unos 250 conductos colectores muy grandes, cada uno de los cuales recoge la orina de unas 4000 nefronas (Guyton, 1997). Figura 2. Diagrama de la nefrona (Schrier et al., 2004) 2.1.3 Insuficiencia renal aguda (IRA) La IRA es un síndrome reversible, en la que los riñones dejan de funcionar por completo o casi por completo de manera brusca (Guyton, 1997); caracterizada por una rápida disminución de la capacidad de los riñones para excretar los desechos, concentrar la orina, conservar electrolitos y mantener el balance de los fluidos. Es un problema clínico muy frecuente, particularmente en la unidad de cuidados intensivos, donde es asociada con una mortalidad entre el 50% y 80% (Schrier et al., 2004). Las causas de la insuficiencia renal aguda pueden dividirse en tres grupos (Guyton, 1997): � Insuficiencia renal aguda prerrenal, aludiendo al hecho de que la alteración se produce antes del riñón; por ejemplo la disminución del volumen sanguíneo y presión arterial. � Insuficiencia renal aguda intrarrenal, refiriéndose a alteraciones al interior del riñón, en los glomérulos o túbulos; causadas por émbolos de colesterol, metales pesados y fármacos, entre otros. � Insuficiencia renal aguda posrenal, provocada por alguna obstrucción del sistema colector de la orina debida a cálculos renales por ejemplo. Asimismo, la administración de diversos medicamentos puede inducir IRA; en la tabla 1 se muestran algunos: Fármaco Uso terapéutico Referencia Rifampicina Antibiótico bactericida, útil en el tratamiento de tuberculosis y lepra. Covic et al., 1998; Paydas et al., 2005; Power et al., 1983. Sulfadiazina Antibiótico bactericida y antimicótico, utilizado principalmente para tratar infecciones urinarias. De la Prada Álvarez et al., 2007. Crespo et al., 2000. Vancomicina Antibiótico contra bacterias gram positivas Toyoguchi et al., 1997; Nakamura et al., 1999 Cisplatino Agente antineoplásico. Lu et al., 2007; Santos et al., 2007. Ciclosporina A Potente inmunosupresor utilizado después del trasplante de un órgano y en enfermedades autoinmunes. Josephine et al., 2007; Ateşşahin et al., 2007a Tabla 1. Fármacos inductores de IRA. 2.2 El cisplatino. El cisplatino (cis-diaminodicloroplatino (II)) es una molécula originalmente sintetizada y descrita por Michael Peyron en 1845, conocida como cloruro de Peyrone (Kelland L., 2007). Está molécula es un complejo orgánico formado por un átomo de platino rodeado por átomos de cloro y amonio en posición cis (Ali & Moundhri, 2006). Pt + NH NH 3 3Cl Cl- - 2 Fue hasta 1969 cuando se reportó por primera vez su actividad antineoplásica (Rosenberg et al., 1969) y hasta 1971 que fue utilizado en pacientes (Rosenberg, 1985). Actualmente el cisplatino es utilizado para el tratamiento de una variedad de tumores sólidos, como por ejemplo de testículo, ovario, cabeza y cuello, vejiga, cuello uterino, tiroides, cáncer cervical, pulmonar y de mama (Livingston, 1989; Abrams, 1990; Goodman & Gilman, 1996). Su actividad terapéutica es dependiente de la dosis, pero la explotación de su potencial terapéutico es limitada debido a sus efectos adversos, principalmente la nefrotoxicidad (Santos et al., 2007). La dosis usual se administra por vía intravenosa y es de 20 mg/m2/día durante cinco días o 100 mg/m2 una vez cada cuatro semanas (Goodman & Gilman, 1996). 2.2.1 Mecanismo de acción. Actualmente se sabe que el cisplatino puede penetrar en las células por difusión y por medio de una variedad de transportadores (Kuo et al., 2007; Hall et al., 2007). Los átomos de cloruro pueden ser desplazados directamente por reacción con nucleófilos como los tioles; el reemplazo de cloruro por agua genera una molécula con carga positiva, capaz de reaccionar con ácidos nucleicos y proteínas. Los complejos de platino reaccionan con el ADN y forman enlaces cruzados tanto intracatenarios como intercatenarios. El nitrógeno de la posición 7 de la guanina en el ADN forma también enlaces cruzados con platino. La formación de enlaces cruzados intercatenarios es un proceso más lento y que ocurre en menor magnitud. Figura 3. Estructura del cisplatino. (Ali & Moundhri, 2006) Los aductos de ADN formados por cisplatino inhiben la replicación y la transcripción del ADN (Goodman & Gilman, 1996; Kelland, 2007). 2.2.2 Farmacocinética. El cisplatino se une a proteínas plasmáticas en un 90%. Por vía intravenosa tiene una distribución bifásica, con una vida media de 0.4, 1 y 24 h. La eliminación renal es del 90% y la biliar es menor al 10%. El 75% se elimina en las primeras 24 h y el 90% restante en los primeros 5 días (Velasco et al., 2004). 2.2.3 Nefrotoxicidad por cisplatino. Aunque el cisplatino es un efectivo agente antineoplásico, un factor limitante para su uso es su nefrotoxicidad. Varios estudios clínicos han encontrado que una dosis única de 2 mg/kg o de 50 a 75 mg/m2 de este compuesto por vía intravenosa produce deterioro renal reversible de leve a moderado, mientras que a dosis mayores se observa nefrotoxicidad irreversible (Massry & Glassock, 1995). El sitio de mayor daño renal es el segmento S3 del túbulo proximal, que se encuentra en la parte externa de la médula renal (Fig. 2). Intracelularmente, las concentraciones más altas de cisplatino se encuentran en el citosol, mitocondria, núcleo y microsomas. La toxicidad por cisplatino en las células epiteliales del túbulo proximal se caracteriza por necrosis tubular, el aumento del tamaño y número de lisosomas, ausencia de microvellos y vacuolización mitocondrial (Massry & Glassock, 1995; Kuhlmann et al., 1997). Además de las alteraciones estructurales la toxicidad por cisplatino está acompañada por otros trastornos como la disminución en la función mitocondrial, la reducción en la actividad de la ATPasa, la alteración del contenido celular de cationes y del transporte de solutos, pérdida de sodio, magnesio, potasio, calcio y N7 de la guanina Figura 4. Formación de aductos por cisplatino (Kelland, 2007) agua, la disminución del flujo sanguíneo renal y del índice de filtración glomerular, así como del aumento de creatinina en suero y de nitrógeno de urea en sangre (Cornelison & Reed, 1993). También disminuyen la concentración de glutatión reducido (GSH), de nicotiamida-adenina dinucleótido fosfato (NADPH) y la actividad de enzimas antioxidantes como glutatión peroxidasa (GPx) y glutatión reductasa (GR) (Kuhlmann etal., 1997; Santos et al., 2007). Lo anterior muestra que la nefrotoxicidad inducida por cisplatino está asociada con el estrés oxidante, por lo que es necesario conocer algunos aspectos de éste. 2.3 Estrés oxidante. El estrés oxidante es un desequilibrio entre la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) y las defensas antioxidantes (Betteridge, 2000). Al presentarse está situación se presenta deterioro en las macromoléculas por el rompimiento o modificación de su estructura, generando alteración en la función o incluso, la muerte celular. Las especies reactivas de oxígeno (Tabla 2) son moléculas altamente reactivas ya que presentan un electrón no pareado. Estas especies incluyen a los radicales libres, especies químicas capaces de existir independientemente que contengan uno o más electrones desapareados, y a los no radicales (Cárdenas-Rodríguez & Pedraza-Chaverrí, 2006). Radicales No radicales Superóxido (O2˙⎯) Singulete de oxígeno (1O2) Hidroxilo (OH˙) Peróxido de hidrógeno (H2O2) Peroxilo (RO2˙) Ozono (O3) Alcoxilo (RO˙) Anión peroxinitrito (ONOO⎯) Hidroperoxilo (HO2˙) Ácido hipocloroso (HOCl) Ácido hipobromoso (HOBr) Las ERO pueden formarse por la reducción univalente del oxígeno (Fig. 5) y resultar muy reactivas y tóxicas para el organismo, pues son capaces de oxidar biomoléculas Tabla 2. Especies reactivas de oxígeno. como el ADN (Lovell & Markesbery, 2007), proteínas (Van der Vliet et al., 1995) y lípidos (Halliwell & Gutteridge, 2001). A continuación se describirán algunas de las principales ERO. � Anión superóxido. Su formación ocurre por medio de la reducción univalente del oxígeno (Fig. 5). Está especie participa en la descarga bactericida de las células fagocíticas activadas por partículas extrañas en los eventos inmunológicos. Al activarse estas células la NADPH oxidasa reduce parcialmente el oxígeno como se muestra en la figura 6 y produce anión superóxido (O2˙⎯ ), asimismo la xantina oxidasa (XO) también es capaz de reducir el oxígeno para producir anión superóxido (Fig. 7) (Cárdenas-Rodríguez & Pedraza-Chaverrí, 2006). También se produce por medio de fuentes exógenas, como por la oxidación metabólica del paracetamol, por quemaduras y exposición a la luz UV (Olinescu & Smith, 2002). � Radical hidroxilo. Esta especie es considerada una de las más oxidantes y dañinas, debido a su alta reactividad. En el organismo se produce a partir del anión superóxido y peróxido de hidrógeno (H2O2) por medio de la reacción de Haber-Weiss (Fig. 8), y también por la descomposición del peróxido de hidrógeno al calentarse o mediante radiación iónica (Cárdenas-Rodríguez & Pedraza-Chaverrí, 2006; Olinescu & Smith, 2002). O2 → O2˙⎯ → H2O2 → OH˙ → H2O +e⎯ +e⎯ +e⎯ +e⎯ Oxígeno molecular Anión superóxido Peróxido de hidrógeno Radical hidroxilo Agua Figura 5. Reducción univalente del oxígeno. 2O2 + NADPH + H+ O2˙⎯ + NADP+ + 2H+ NADPH oxidasa Figura 6. Xantina + O2 + H2O Ácido úrico + O2˙⎯ + H+ XO Figura 7. O2˙⎯ + H2O2 O2 + OH- + OH˙ Fe2+/Fe3+ Figura 8. Formación de OH˙ � Peróxido de hidrógeno. Es formado por la enzima superóxido dismutasa (SOD) (Fig. 9) y presenta una gran lipofilicidad por lo que atraviesa fácilmente la membrana celular. Es capaz de reaccionar con el anión superóxido en presencia de metales de transición, para producir radical hidroxilo (Cárdenas-Rodríguez & Pedraza- Chaverrí, 2006). La fuente celular más importante de está especie es la cadena de transporte de electrones en la mitocondria (Olinescu & Smith, 2002). � Anión Peroxinitrito. Se puede producir in vivo por la interacción de O2˙⎯ y del óxido nítrico (NO˙) (Fig. 10). Es un potente oxidante que induce nitración de tirosina, lipoperoxidación y citotoxicidad (Cárdenas-Rodríguez & Pedraza-Chaverrí, 2006). Fisiológicamente participa como defensa en contra de la invasión de microorganismos, sin embargo una sobreproducción de está especie puede provocar muerte celular y destrucción del tejido (Zou et al., 2002). 2.3.1 Mecanismos antioxidantes de defensa. Debido a que la producción de las ERO ocurre espontáneamente en los organismos aerobios, es necesario la presencia de un sistema de defensa que contrarreste los efectos oxidantes ocasionados por estas especies. Un antioxidante es cualquier sustancia que a bajas concentraciones, comparado con el sustrato oxidable, previene significativamente la oxidación de ese sustrato (Halliwell & Gutteridge, 2001). Los sistemas antioxidantes pueden dividirse en enzimáticos y no enzimáticos. 2 O2˙⎯ + 2H+ O2 + H2O2 SOD Figura 9. Formación de H2O2 O2˙⎯ + NO˙ ONOO⎯ Figura 10. Formación de ONOO⎯ 2.3.1.1 Sistemas antioxidantes enzimáticos. Existen varias enzimas que catalíticamente remueven las ERO, entre ellas se encuentran: � Superóxido dismutasa. Es una enzima que se encuentra en el citoplasma, mitocondria y en el fluido extracelular; y se encarga de la conversión de dos O2˙⎯ a peróxido de hidrógeno (como se mostró anteriormente en la figura 9) en presencia de cobre, zinc o manganeso en su centro activo (Olinescu & Smith, 2002). � Catalasa. Está presente en todas las células aeróbicas, principalmente en peroxisomas y mitocondria. Está enzima degrada el peróxido de hidrógeno a oxígeno y agua (Fig. 11). Se encuentra en mayor proporción en hígado y en eritrocitos, debido a que es aquí donde se llevan a cabo procesos metabólicos que generan grandes cantidades de peróxido de hidrógeno (Olinescu & Smith, 2002). � Glutatión peroxidasa. Es una selenoenzima presente en varias isoformas, entre las que se encuentran la GPx citosólica, la GPx plasmática y la GPx de fosfolípidos. Está enzima cataliza la degradación de peróxidos orgánicos (Fig. 12) empleando dos moléculas de GSH y dando como producto glutatión oxidado (GSSG) y agua (Cárdenas-Rodríguez & Pedraza-Chaverrí, 2006). 2.3.1.2 Sistemas antioxidantes no enzimáticos. La existencia de este tipo de antioxidantes, incrementa la capacidad del organismo para defenderse de las ERO, ya que poseen la capacidad de interaccionar directamente con ellas. Algunos de ellos se presentan a continuación: H2O2 + 2GSH GSSG + H2O ROOH + 2GSH GSSG + ROH + H2O Figura 12. Reacción llevada a cabo por la GPx 2H2O2 2H2O + O2 Figura 11. Reacción llevada a cabo por la catalasa � Glutatión. Es un tripéptido formado por ácido glutámico, glicina y cisteína. El GSH también se conoce como tiol por su grupo funcional el cual le confiere la capacidad de donar electrones. A diferencia de algunas enzimas, el GSH tiene su grupo sulfhidrilo expuesto, lo cual lo convierte en el principal blanco de las ERO pues es fácilmente atacado por éstas (Olinescu & Smith, 2002). � Vitamina C. Este compuesto interactúa directamente con las ERO, además restaura las propiedades antioxidantes de la vitamina E y del GSSG. Representa la protección más efectiva contra la lipoperoxidación en plasma. Es efectiva para atrapar especies como el O2˙⎯, H2O2 y OH˙ (Olinescu & Smith, 2002). � Vitamina E. Es el principal antioxidante liposoluble y su principal función es mantener la integridad de la membrana celular (Olinescu & Smith, 2002) pues es capaz de secuestrar radicales HO2˙ y RO2˙ lipídicos, los cuales producen la oxidación y deterioro de ésta. Está vitamina esta compuesta de varios tocoferoles, de los cuales, el α-tocoferol es el que presenta mayor capacidad atrapadora (Eberhardt, 2001). Figura 13. Estructura del glutatión. O CH CH CH CH CH OH CH CH CH 3 3 3 3 3 3 3 3 Figura 15. Estructura de la vitamina E. O O OHOH CHCHOH 2OH Figura 14. Estructura de la vitamina C. OH NHO O NH SH NH OH O O � Ácido Úrico. Se forma junto con el O2˙⎯ y H2O2, durante la oxidación de la xantina llevada acabo por la enzima XO. Es un efectivo atrapador de radicales OH˙ y peroxilo, asimismo de singulete de oxígeno y ONOO⎯. Además de actuar como antioxidante interactuando directamente con las ERO, también actúa formando complejos con metales como el hierro (Eberhardt, 2001). 2.3.2 Evidencias del estrés oxidante en la nefrotoxicidad inducida por cisplatino. Existen evidencias que implican a las ERO en el mecanismo por el cual el cisplatino causa nefrotoxicidad. Entre ellas el estudio realizado en células LLC-PK1 y en ratas, donde la administración de cisplatino (200 μg/mL y 10 mg/kg, respectivamente) provocó un aumento significativo de hierro, el cual por medio de la reacción de Haber-Weiss produce radical OH˙. Cabe resaltar que en este estudio al usar un quelante de hierro como la deferoxamina, se evitó la citotoxicidad en las células y se observó una marcada protección en la IRA originada por el cisplatino en ratas, manifestada por la prevención del aumento de nitrógeno de urea en sangre (BUN) y creatinina. De la misma manera se redujo significativamente la muerte celular y la IRA en ratas al utilizar atrapadores de radical OH˙, como el manitol, el ácido benzoico y la dimetiltiourea (Baliga et al., 1998). Por otra parte también se sabe que el cisplatino genera O2˙⎯ (Masuda et al., 1994) por lo que se ha descrito que al utilizar un atrapador de este radical, como la SOD lecitinizada en un modelo de IRA inducido por cisplatino (5 mg/kg) en ratas Sprague- Dawley, el flujo sanguíneo renal se preserva, disminuye significativamente la cncentración de creatinina en suero y atenúa la disminución de la depuración de inulina (Matsushima et al., 1998). Igualmente se ha descrito en estudios in vivo, la participación del ONOO⎯ en la nefrotoxicidad provocada por cisplatino (7.5 mg/kg), en donde se observó el aumento del nitrógeno de urea en sangre (5.5 veces), el incremento de la N H N H NH N H O O O Figura 16. Estructura del ácido úrico. concentración de creatinina en suero (4.9 veces) y de la excreción urinaria de N- acetil-β-D-glucosaminidasa (9.6 veces). Por el contrario, al administrar conjuntamente cisplatino y 5,10,15,20-tretakis-4-sulfonatofenil-porfirinato de hierro [III] (FeTPPS), un complejo capaz de catalizar la descomposición de ONOO⎯, en una dosis de 15 mg/kg cada 12 h durante 3 días, se observó que tanto el estrés nitrante y la nefrotoxicidad fueron atenuadas por este tratamiento, sugiriendo la participación del ONOO⎯ en este modelo de IRA (Chirino et al., 2004). Estudios realizados in vitro en células S3 del túbulo proximal, se evidenció una mayor producción de H2O2 durante la administración de cisplatino (100 μM) después de 48 h de tratamiento, además se observó que al tratarlas con catalasa (100 U/mL) antes y después del tratamiento con cisplatino, la producción de H2O2 disminuía hasta niveles no diferentes significativamente de los del control (Tsutsumishita et al., 1998). El efecto de la administración de vitamina C y E, en el modelo de daño renal por cisplatino fue descrito por Kadikoylu y colaboradores (2004). En dicho estudio se les administró una dosis única de cisplatino (10 mg/kg) a 75 ratas Wistar y después de 72 h describieron la disminución en la actividad de las enzimas catalasa, glutatión reductasa y SOD; por el contrario también describieron el aumento de la concentración de malondialdehído (MDA) y H2O2. Al administrarles vitamina C (100 mg/kg) y vitamina E (100 mg/kg) media hora antes del tratamiento con cisplatino, se observó que estos antioxidantes provocaron un incremento en la actividad de las enzimas antes mencionadas exceptuando la catalasa y disminuyeron la concentración de MDA y H2O2 (Kadikoylu et al., 2004). Asimismo, en otro estudio la administración de selenio (2 mg/kg) una hora antes del tratamiento con cisplatino (7 y 8 mg/kg) en ratas disminuyó la concentración de nitrógeno de urea en sangre y creatinina en comparación con el grupo tratado con cisplatino y aminoró el daño histológico presentando menor pérdida de células en el epitelio tubular (Baldew et al., 1989). En otro estudio in vivo con ratas Wistar, se estudió el papel de la terapia con oxígeno hiperbárico (2.5 atm) inmediatamente después del tratamiento con cisplatino (6 mg/kg) por 60 min durante 7 días. La terapia con oxígeno hiperbárico se considera antioxidante ya que aumenta la actividad de enzimas antioxidantes como la GPx, SOD y catalasa (Ay et al., 2007; Kudchodkar et al., 2007). En dicho estudio, se observó que el aumento en creatinina y urea en suero inducido por el cisplatino, fue prevenido por la terapia con oxígeno hiperbárico. De acuerdo a la histología, el cisplatino indujo un daño muy evidente caracterizado por zonas de necrosis y apoptosis, picnosis y descamación celular; lo cual fue prevenido por el tratamiento antioxidante (Atasoyu et al., 2005). La administración de una dosis única de 7 mg/kg de cisplatino por vía intraperitoneal a ratas Sprague-Dawley, provocó el aumento de la concentración de creatinina en plasma, de urea y de MDA, además se observó una disminución en la concentración de GSH y en la actividad de la catalasa. La anterior y posterior administración de licopeno (4 mg/kg), un carotenoide conocido por su eficaz acción antioxidante, disminuyó la concentración de creatinina en plasma, urea, MDA y GSH; asimismo incrementó la actividad de la catalasa. Histológicamente el cisplatino ocasionó una marcada necrosis en los túbulos proximales, cilindros en el lumen tubular y descamación del parénquima, lo cual fue aminorado con el tratamiento de licopeno (Atessahin et al., 2005). Otro estudio in vivo que también describió el efecto de un antioxidante de origen natural, demostró que la naringenina, una flavonona presente en las frutas cítricas, es capaz de reducir el aumento provocado por la administración con cisplatino (7 mg/kg) en la concentración de creatinina y urea sérica. Además la naringenina (20 mg/kg/día) también impidió la disminución en la actividad de la glutatión transferasa, SOD, GPx y catalasa causada por el tratamiento con cisplatino (Badary et al., 2005). Recientemente otro compuesto de origen natural ha sido estudiado, la melanina extraída del árbol del té (Thea sinensis) del cual ya se ha descrito su capacidad antioxidante. En este estudio de administro la melanina (10-40 mg/kg) dos horas antes del tratamiento con cisplatino (20 mg/kg) y se observó que este tratamiento fue capaz de revertir el aumento de BUN y creatinina ocasionado por el cisplatino, igualmente impidió la lipoperoxidación y previno la disminución de la actividad de la SOD (Hung et al., 2007). 2.4 El ajo. El ajo pertenece a la familia Alliaceae, su nombre científico es Allium sativum. Es una planta perenne y monocotiledónea originalmente encontrada en Asia (Koch & Lawson, 1996). El ajo ha sido utilizado tradicionalmente como condimento para los alimentos y también ha sido reconocido como un compuesto terapéutico ya que posee diversas propiedades como: antimicrobiano, antimicótico, antineoplásico, cardioprotector, inmunosupresor, hipoglicémico, hipolipémico y antioxidante. Estas propiedades se han atribuido a los compuestos organosulfurados presentes en el ajo, principalmente los S-alquilcisteína sulfóxidos y γ- glutamil-S-alquilcisteínas (Amagase, 2006). Además contiene grandes cantidades de selenio (0.28 μg/g de peso fresco) (Block et al., 1996), el cual contribuye a su capacidad antineoplásica y antioxidante ya que es necesario como cofactor de algunas enzimas antioxidantes como por ejemplo la GPx (Holben & Smith, 1999). Cuando el ajo es cortadoo masticado, la enzima alinasa, actúa rápidamente sobre los sulfóxidos de cisteína, principalmente sobre la alina (sulfóxido de s-alil cisteína) ya que se encuentra en mayor proporción, y forma la alicina (dialil-tiosulfinato); compuesto responsable del olor característico del ajo (De Diego et al., 2007). S S O Alicina CO H O S H N2 2 Alina Alinasa Dependiendo el proceso al cual se someta el ajo, se pueden obtener diversos compuestos, por ejemplo mediante destilación con vapor la alicina se degrada y forma una variedad de compuestos organosulfurados como: el dialil sulfuro (DAS), el Figura 17. El ajo Figura 18. Formación de alicina dialil disulfuro (DADS) y el dialil trisulfuro (DATS). Por otro lado, cuando el ajo se macera con aceite vegetal se obtiene ajoene y las vinilditinas (Koch & Lawson, 1996). Existen diversas preparaciones comerciales de los dientes de ajo como el polvo de ajo, la sal de ajo y extracto de ajo envejecido entre otros. De las preparaciones antes mencionadas, se considera que el ajo en polvo contiene los mismos ingredientes que el diente de ajo fresco, aunque un polvo de ajo adecuadamente procesado puede contener hasta 2.5 veces mayor concentración de ingredientes que el ajo fresco (Koch & Lawson, 1996). Cabe resaltar que en el polvo de ajo, la conversión de alina a alicina comienza al agregarse agua (de Diego et al., 2007). 2.4.1 Evidencias de la capacidad antioxidante del ajo. Existen diversos estudios que señalan la capacidad antioxidante del ajo (Rahman & Lowe, 2006; Rietz et al., 1993). En el caso del extracto acuoso del diente de ajo, se ha descrito su capacidad para atrapar OH˙y O2˙⎯, además de inhibir la oxidación de lipoproteínas y la formación de HO2˙ lipídicos. Asimismo, se ha demostrado que el extracto acuoso de polvo de ajo también es capaz de inhibir la oxidación de lipoproteínas y de atrapar OH˙ y O2˙⎯ (Pedraza-Chaverrí et al., 2006). Con respecto al extracto de ajo envejecido también se ha informado de su capacidad para inhibir la lipoperoxidación en células del endotelio vascular provocado por H2O2 y por lipoproteínas de baja densidad (LDL) oxidadas (Dillon et al., 2002). También hay evidencia de que los extractos acuosos de ajo, polvo de ajo y ajo encurtido son eficaces atrapando ONOO⎯ (Pedraza-Chaverrí et al., 2007a). Por otro lado en un estudio in vitro, el compuesto organosulfurado más abundante del extracto de ajo envejecido, la S-alilcisteína (SAC), presentó capacidad para atrapar singulete de oxígeno (1O2), O2˙⎯, H2O2, OH˙, HOCl y ONOO⎯. Además, se observó que la SAC es capaz de prevenir la citotoxicidad en células LLC-PK1 inducida por dicromato de potasio (K2Cr2O7), compuesto generador de ERO (Medina- Campos et al., 2007). Otro modelo de daño renal en el que se han estudiado las propiedades antioxidantes del ajo, es el que involucra la administración de gentamicina (70 mg/kg/12h/4 días). Este antibiótico provoca el incremento de la concentración de BUN y creatinina en plasma, la disminución en la actividad de la GPx, el aumento de la excreción urinaria de NAG y de proteína total, así como la necrosis de las células del túbulo proximal. En este mismo estudio, al administrar extracto de ajo envejecido (1.2 mL/kg/12h/6 días) todas las alteraciones anteriores se aminoraron y se evitó el aumento en los marcadores de estrés oxidante (Maldonado et al., 2003). Además en diversos modelos experimentales con animales de laboratorio se ha comprobado la capacidad antioxidante del ajo. En la tabla 3 se enlistan algunos ejemplos donde se han obtenido efectos benéficos cuando se incluye ajo en polvo en la dieta. Porcentaje de ajo en polvo suplementado en la dieta y duración del tratamiento. Efecto Referencia 2%, durante 84 días. Disminución del daño en el síndrome nefrótico crónico inducido por aminonucleósido de puromicina en ratas. Pedraza-Chaverrí et al., 2000b 2%, durante 20 días. Prevención del daño nefrótico provocado por la administración de gentamicina en ratas. Pedraza-Chaverrí et al., 2000a 0.5, 2 y 5%, durante 56 días. Efecto anticarcinogénico en la hepatocarcinogénesis inducida por dietilnitrosamina en ratas. Park et al., 2002 2%, durante 56 días. Disminuyó la fragilidad de la membrana eritrocitaria en ratas hipercolesterolémicas y su contenido de colesterol. Kempaiah & Srinivasan, 2002 2%, durante 30 días. Prevención de la nefrotoxicidad provocada por la administración Pedraza-Chaverrí et al., 2007b Tabla 3. Efecto del tratamiento con una dieta suplementada con ajo en polvo, en diversos modelos experimentales. de K2Cr2O7 en ratas. 3. JUSTIFICACIÓN El cisplatino es un agente antineoplásico, útil en el tratamiento de cáncer en varios tejidos. Desafortunadamente del 25 al 35% de los pacientes presentan nefrotoxicidad, donde las ERO son mediadores importantes en el daño tisular inducido por este medicamento; por lo que se justifica la búsqueda de compuestos que aminoren el efecto colateral del cisplatino. Por ello se propone evaluar la capacidad del ajo, el cual es un potente antioxidante, para prevenir los efectos secundarios en el tratamiento con cisplatino. 4. HIPÓTESIS Dado que existen evidencias de que el estrés oxidante y nitrante están involucrados en la nefrotoxicidad inducida por cisplatino, posiblemente, un antioxidante como el ajo en polvo sea capaz de prevenir el daño renal mediante la administración de una alimentación suplementada al 2% con ajo. 5. OBJETIVO Determinar si el tratamiento con una dieta suplementada con ajo en polvo al 2% es capaz de aminorar o prevenir el daño renal inducido por la administración de cisplatino. 6. MATERIALES Y METODOS 6.1 Reactivos El cisplatino (no. de catálogo P-4394), citrato trisódico (no. de catálogo C- 3434), p-nitrofenil-β-D-glucosamínido (no de catálogo N-9376), p-nitrofenol (no. de catálogo 104-8) fueron adquiridas en Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO). El carbonato de sodio (no. de catálogo 3604-01) se adquirió en J.T. Baker (México, D.F.). Las determinaciones de nitrógeno de urea en sangre se realizaron con un estuche comercial (no. de catálogo 1001325) de la marca Spinreact S.A. (España). Para las determinaciones de creatinina en suero se utilizó el kit comercial Sera-pak plus creatinine de Bayer (Tarrytown, NY). Los anticuerpos monoclonales de ratón anti-4-hidroxi-2-nonenal (no. de catálogo 24325) fueron de Oxis Internacional, Inc. (Portland, OR). Los anticuerpos monoclonales de ratón anti-3-nitrotirosina (no. de catálogo 189542) fueron de Cayman Chemical Co. (Ann Arbor, MI). Los anticuerpos secundarios de burro anti IgG de ratón acoplados a biotina SP AffiniPure (no. de catálogo) se obtuvieron de Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. (West Grove, PA). El recuperador antigénico Declere se adquirió de Cell Marque (Hot Springs, AR). El kit ABC Vectastain fue de Vector Laboratories (Orton Southgate, UK). La diaminobencidina (no. de catálogo K3466) y la hematoxilina de Mayer (modificación Lillie) (no. de catálogo S3309) se obtuvieron de DAKO Corporation (Carpinteria, CA). El polvo de ajo natural y de uso comercial (número de código 91374, fecha de caducidad 9 de Mayo, 2008) manufacturado por Tone Brothers Inc (Ankeny, IA). 6.2 Animales Se utilizaron ratas hembras de la cepa Wistar (Harlan Teklad, México D.F.; bioterio de Investigaciones Biomédicas de la UNAM) de 180 a 200 g de peso; las cuales se mantuvieron en jaulas metabólicas de acero inoxidable desde dos días antes del estudio y así permanecieron a lo largo del tratamiento con ciclos artificiales de luz/oscuridad de 12 horas, con alimentación y agua ad libitum. 6.3 Diseño experimental Se utilizaron 34 ratas las cuales se dividieron en 4 grupos de los cuales dosrecibieron una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo, mientras que los dos grupos restantes recibieron una dieta normal y de uso comercial para rata de la marca Harlan Teklad (no. de catálogo 2018S). La dieta suplementada al 2% con ajo se preparó como se ejemplifica en el esquema 1: Los animales se mantuvieron en jaulas metabólicas individuales durante 26 días con ciclos artificiales de luz/oscuridad de 12 horas. El día número 23 del protocolo se les administró una dosis única de solución salina isotónica (SSI) estéril o cisplatino por vía intraperitoneal (i.p.) como se indica a continuación en la tabla 4: Se molió Se mezcló y secó durante 18 h/55°C Esquema 1. Preparación de la dieta suplementada con 2% de ajo en polvo. Grupo Tratamiento I. Control (CT, n= 6) Dosis única de 1.4 mL de SSI vía i.p. y una dieta normal. II. Ajo (Ajo, n= 7) Dosis única de 1.4 mL de SSI vía i.p. y una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo. III. Cisplatino (Cis, n= 12) Dosis única de 7.5 mg/kg de peso de cisplatino vía i.p. y una dieta normal. IV. Cisplatino + Ajo (Cis+ajo, n= 9) Dosis única de 7.5 mg/kg de peso de cisplatino vía i.p. y una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo. Transcurridos los 26 días, los animales se sacrificaron por decapitación. Cabe mencionar que la dosis de cisplatino empleada en el presente estudio se seleccionó considerando reportes previos en los cuales se describe que la administración del compuesto en una dosis única de 7.5 mg/kg de peso, provoca daño histológico evidente, además de incrementar la concentración de creatinina en suero, de BUN y la excreción urinaria de N-acetil-β-D-glucosaminidasa; asimismo, disminuyen el volumen urinario y la depuración de creatinina (Chirino et al., 2004; Alfieri & Cubeddu, 2000) después de 72 h de su administración. El cisplatino se disolvió en SSI estéril a una concentración de 1.5 mg/mL. 6.4 Tratamiento de las muestras La orina recolectada durante 24 horas se centrifugó a 3,000 x g por 10 minutos a temperatura ambiente. El sobrenadante se colocó en alícuotas en tubos eppendorf, se congeló y almacenó a -80ºC hasta realizar las determinaciones correspondientes. La sangre se recolectó individualmente al momento del sacrificio en tubos de ensayo de vidrio de 13 x 100 mm, se dejó coagular a temperatura ambiente para después ser centrifugada a 3,000 x g por 10 minutos. Finalmente se coloco en alícuotas el suero en tubos eppendorf y se conservó congelado a -80ºC hasta su uso. Ambos riñones se extrajeron y cortaron transversalmente en aproximadamente 5 secciones, una de estas porciones se colocó en formalina al 10% para la preparación posterior de cortes histológicos y el resto se colocó en papel aluminio Tabla 4. Tratamiento y grupos del diseño experimental. para congelarlos con nitrógeno líquido e inmediatamente almacenarlos a -80ºC hasta ser utilizados. El corte de riñón almacenado en formalina al 10%, se deshidrató gradualmente para posteriormente incluirse en parafina y ser cortado con un microtomo en secciones de 3 μm de grosor. 6.5 Determinaciones 6.5.1 Evaluación de la función renal 6.5.1.1 Nitrógeno de urea en sangre (BUN) La determinación de la concentración de BUN se realizó mediante un ensayo colorimétrico con un estuche comercial de la marca Spinreact. A 510 nm, el producto de la reacción (Fig. 19) entre la urea y el ortoftaldehído absorbe la luz visible y por lo tanto puede ser determinado por métodos espectrofotométricos (Jung et al., 1975). El ensayo se llevó a cabo de la siguiente manera: Figura 19. Reacción entre la urea y el ortoftaldehído. Se agregaron 500 μL de o-ftalaldehído (4.8mM) a c/tubo 12.5 μL de suero (muestra) 12.5 μL de estándar de urea (50 mg/dL) 12.5 μL de agua destilada (blanco) Se mezclaron Se agregaron 500 μL de boratos (87 mM) a c/tubo Se mezclaron e incubaron durante 15 minutos a 37°C Se determinó la densidad óptica a 510 nm. Esquema 2. Procedimiento para determinar la concentración de BUN La concentración de BUN, se obtuvo al dividir la densidad óptica de la muestra entre la densidad óptica del estándar y multiplicar el resultado por la concentración del estándar de urea. La concentración de BUN obtenida se divide entre el factor de corrección de 2.14 para obtener la cantidad de nitrógeno de urea presente en la muestra. Ese factor de corrección se obtiene tomando en cuenta que cada molécula de urea contiene dos átomos de nitrógeno y debido a que el peso molecular de cada molécula de urea es de 60 y el peso molecular del nitrógeno es 14, el resultado de 60 entre 14 es 2.14. Los resultados se expresaron en mg/dL. 6.5.1.2 Creatinina en suero La cantidad de creatinina presente en el suero se determinó con un estuche comercial en un autoanalizador, utilizando un método colorimétrico basado en la reacción de Jaffé (Fig. 3), en la cual al reaccionar la creatinina con el ácido pícrico se forma un complejo anaranjado capaz de absorber a 492 nm. La cantidad de creatinina se expresó en mg/dL. 6.5.1.3 Excreción urinaria de N-acetil-β-D-glucosaminidasa (NAG) La actividad de la NAG se determinó mediante un ensayo basado en la conversión de p-nitrofenol-N-acetil-β-D-glucosamida a N-acetil-D-glucosamida y p- nitrofenol (Fig. 21), donde al termino de la conversión y en presencia de un medio alcalino, el p-nitrofenol pasa de su forma protonada e incolora a su forma aniónica y colorida (Fig. 22) que es capaz de absorber a 405 nm (Jung et al., 1991). Figura 20. Reacción de Jaffé. O O NO NHCOCH C OH HO 3 2 2HOH NAG 37°C pH 4.4 O OH OH C 3 2HOH + HO- p-nitrofenol-N-acetil-B-D-glucosamida N-acetil-D-glucosamida NO2 p-nitrofenol NHCOCHHO El ensayo se llevo a cabo de la siguiente manera: Figura 22. Desprotonación del p-nitrofenol Figura 21. Reacción de la NAG con el p-nitrofenol-N- acetil-β-D-glucosamida Blanco de la hidrólisis no enzimática Hidrólisis no enzimática Blanco de cada muestra Muestra Se agregaron 500 μL de amortiguador de citrato 0.1 M pH 4.4 Se agregaron 375 μL de amortiguador de citrato 0.1 M pH 4.4 Se agregaron 500 μL de agua desionizada Se agregaron 125 μL de sustrato Se incubaron a 37ºC, 15 min. Se agregaron 550 μL de Na2CO3 0.2 M pH 10.4 y se agitaron Se determinó la densidad óptica a 405 nm Esquema 3. Procedimiento para medir la actividad enzimática de la NAG 6.5.1.4 Histología Tinción de ácido periódico-Schiff (PAS). Los cortes histológicos desparafinados y rehidratados se tiñeron con ácido peryódico, el cual es capaz de oxidar a los polisacáridos no sustituidos, mucopolisacáridos neutros, mucoproteínas y glucoproteínas, fosfolípidos y glucolípidos de la membrana epitelial tubular. Se tiñeron durante 5 minutos y se lavaron con agua destilada, después se incubó el tejido con el reactivo de Schiff durante 15 minutos, se lavó con agua destilada y finalmente se tiño con hematoxilina durante 30 segundos, para contrastar. Para determinar el porcentaje de daño tubular se fotografiaron 5 campos al azar (5 ratas por grupo experimental) y se analizaron utilizando el software KS-300 (Carl Zeiss, Jena, Alemania) que selecciona las áreas dañadas como hinchazón, vacuolización citoplásmica, descamación y necrosis. Los resultados se expresaron como porcentaje de área tubular dañada. Asimismo se determinó el porcentaje de túbulos positivos a la tinción de PAS, es decir el porcentaje de cilindros tubulares presentes en el tejido renal. Con este fin se cuantificó el número total de túbulos y el número de cilindros tubulares (manifestados por una intensa coloración rosa en el lumen tubular) presentes por campo microscópico, para después calcular el porcentaje. Secuantificaron 5 campos al azar de corteza renal y 5 campos de médula renal por riñón con una amplificación de 400x. Los resultados se expresaron como porcentaje de túbulos positivos a la tinción de PAS. 6.5.2 Evaluación del estrés nitrante y oxidante 6.5.2.1 Cuantificación de 3-nitrotirosina (3-NT) y 4-hidroxinonenal (4-HNE) Los cortes renales se desparafinaron y calentaron en Declere para liberar los sitios antigénicos. Se incubaron durante hora y media, con una solución de H2O2 al 0.03% en metanol absoluto para inhibir la peroxidasa endógena. Posteriormente se incubaron durante toda la noche a 4ºC con una dilución 1:70 de anti 3-NT y una dilución 1:200 de anti 4-HNE en amortiguador salino de fosfatos (PBS). Las muestras se lavaron con PBS para remover el anticuerpo primario y después se incubaron con una dilución 1:500 de anticuerpo secundario anti-ratón-IgG biotinilado. Finalmente, se detectó el complejo con una peroxidasa acoplada a avidina-biotinina utilizando diaminobenzidina como revelador que muestra una coloración café. Después se lavaron con PBS y se tiñó con hematoxilina y eosina para contrastar. Como control negativo se sustituyó el anticuerpo primario por suero de cabra preinmune. Para realizar el análisis morfométrico, se utilizó el analizador de imágenes KS-300 (Carl Zeiss, Jena, Alemania) con el cual se seleccionan las áreas teñidas de color café (células positivas) por campo; se analizaron 5 campos al azar por riñón con una amplificación de 200x (área total de 1x106 micrones cuadrados). 6.6 Análisis estadístico Los datos se presentan como la media ± error estándar de la media. Los datos se analizaron con el programa Prism 4.0 (Graph Pad, San Diego, CA, USA) mediante ANOVA y comparaciones múltiples de Bonferroni. En el caso de los datos histológicos se utilizó una prueba de U de Mann-Whitney. Las diferencias se consideraron significativas a valores de p<0.05. 7. RESULTADOS 7.1 Evaluación de la función renal La insuficiencia renal se evaluó determinando marcadores como BUN, creatinina en suero y excreción urinaria de NAG. La administración de cisplatino provocó disfunción renal reflejada en el aumento significativo de estos parámetros. 7.1.1 Nitrógeno de urea en sangre (BUN) La administración de cisplatino indujo un incremento en la concentración de nitrógeno de urea en sangre de 3.3 veces más en comparación con el control; este efecto fue prevenido en un 40% por la ingesta de una dieta suplementada al 2% con al ajo (Fig. 23). 0 10 20 30 40 50 60 70 CT Ajo Cis Cis+Ajo a b,c n=6 n=7 n=10 n=10 B U N m g/ dL 7.1.2 Creatinina en suero La administración de cisplatino indujo un aumento de casi el cuádruple (3.9 veces) en la concentración de creatinina en suero al compararlo con el grupo control. Este efecto fue prevenido en un 46% con la ingesta de una dieta suplementada al 2% con ajo, ya que el grupo Cis+Ajo es diferente estadísticamente del control y también del grupo Cis (Fig. 24). Figura 23. Efecto del Ajo, Cis y Cis + Ajo sobre la concentración de urea en sangre. Los grupos marcados con letras distintas son significativamente diferentes ap<0.001, bp<0.05 vs CT y cp<0.001 vs Cis. 0 1 2 3 CT Ajo Cis Cis+Ajo a b,c n=6 n=5 n=12 n=10 C re at in in a en s ue ro m g/ dL 7.1.3 Excreción urinaria de NAG La excreción urinaria de NAG presentó un aumento significativo (6.7 veces) en el grupo tratado con Cis con respecto al control y este efecto fue revertido en un 59% tras la ingesta de una dieta suplementada al 2% con ajo (Fig. 25). 0.00 0.25 0.50 CT Ajo Cis Cis+Ajo a b n=5 n=5 n=5n=9 Ex cr ec ió n ur in ar ia d e N A G U /m g cr ea tin in a Figura 24. Efecto del Ajo, Cis y Cis + Ajo sobre la creatinina en suero. Los grupos marcados con letras distintas son significativamente diferentes ap<0.001, bp<0.05 vs CT y cp<0.001 vs Cis. Figura 25. Efecto del Ajo, Cis y Cis + Ajo sobre la excreción urinaria de NAG. Los grupos marcados con letras distintas son significativamente diferentes ap<0.001 vs CT y bp<0.05 vs Cis. 7.1.4 Histología En comparación con el tejido renal de los animales del grupo control, los animales tratados con cisplatino presentaron un extenso daño estructural en los túbulos proximales caracterizado por vacuolización y necrosis; en tanto que la ingesta de alimento suplementado al 2% con ajo a la que fue expuesto el grupo de Cis+Ajo previno la extensión del daño (Fig. 28 y 29). La administración exclusiva de la dieta suplementada con ajo no produjo ninguna anormalidad histológica en los riñones. 7.1.4.1 Cuantificación del área tubular dañada Como se muestra en las figuras 28 y 29, el cisplatino indujo un alto porcentaje de daño tubular; por el contrario en las muestras del grupo Cis+Ajo se obtuvo una prevención de ese daño (figura 26) lo cual demuestra que el tratamiento con ajo previno en un 33% el daño tubular. 0 10 20 30 a Cis Cis+Ajo n=5 n=5 Po rc ie nt o de d añ o tu bu la r También se determinó el porcentaje de túbulos positivos a la tinción de PAS (figura 26 y 27), donde se observó que tanto en corteza como en médula renal el cisplatino provocó una alta incidencia de cilindros tubulares, en cambio en las muestras del grupo Cis+Ajo, se evitó parcialmente la formación de éstos en un 64% y 49% para corteza y médula renal, respectivamente. Figura 26. Efecto de Cis+Ajo sobre el porcentaje de área tubular dañada. El grupo marcado con la letra es significativamente diferente ap<0.05 vs Cis. 0 10 20 30 40 Cis Cis + Ajo n= 5 n= 5 a Túbulos positivos a la tinción de PAS en médula renal % 0 5 10 Cis Cis + Ajo n= 5 n= 5 a Túbulos positivos a la tinción de PAS en corteza renal % 7.2 Evaluación del estrés nitrante y oxidante. Inmunohistoquímica. La administración de cisplatino provocó un aumento en la nitración de proteínas tanto en corteza como en médula renal lo cual se puede observar en las figuras 30 y 31, por el contrario el grupo Cis+Ajo presentó una prevención del 38% ante este marcador de estrés nitrante en médula renal; y aunque la prevención no fue estadísticamente significativa en corteza renal también se observa la misma tendencia. Por su parte, el marcador de estrés oxidante, 4-HNE, se presentó en mayor proporción en el grupo al que le fue administrado el cisplatino (Fig. 32 y 33) tanto en corteza como en médula renal; mientras que el grupo tratado con ajo presentó una prevención del 65% y 75% del daño, respectivamente (Tabla 5). CT Ajo Cis Cis+Ajo 3-NT corteza renal 9.5 ± 0.70 6.9 ± 0.72 16.9 ± 0.78a 13.1 ± 1.47 3-NT médula renal 7.9 ± 0.60 5.4 ± 0.40 14.8 ± 0.45a 12.2 ± 0. 72a,c 4-HNE corteza renal 3.2 ±0.38 2.3 ± 0.21 10.9 ± 0.80a 5.9 ± 0.68b,d 4-HNE médula renal 3.3 ± 0.51 2.2 ± 0.27 9.6 ± 0.70a 4.9 ± 0.62d Tabla 5. Análisis cuantitativo de la inmunohistoquímica (% del área). Los datos presentados son media ± EE. ap<0.001, bp<0.05 vs CT y cp<0.05, dp<0.001 vs Cis Figuras 26 y 27. Efecto de Cis+Ajo sobre el porcentaje de túbulos positivos a la tinción de PAS. El grupo marcado con la letra es significativamente diferente ap<0.05 vs Cis. Figura 28. Análisis histológico de corteza renal. Tinción de PAS. 200x CT Ajo Cis Cis+Ajo Figura 29. Análisis histológico de médula renal. Tinción de PAS. 200x CT Ajo Cis Cis+Ajo CT Ajo Cis Cis+Ajo CT Ajo Cis Cis+Ajo Figura 30. Inmunohistoquímica de 3-NT en corteza renal contrastada con hematoxilina. La coloración café muestra la señal para3-NT. 200x. Figura 31. Inmunohistoquímica de 3-NT en médula renal contrastada con hematoxilina. La coloración café muestra la señal para3-NT. 200x. CT AjoCis Cis+Ajo CT Ajo Cis Cis+Ajo Figura 32. Inmunohistoquímica de 4-HNE en corteza renal, contrastada con hematoxilina. La coloración café muestra la señal para 4-HNE. 200x. Figura 33. Inmunohistoquímica de 4-HNE en médula renal, contrastada con hematoxilina. La coloración café muestra la señal para 4-HNE. 200x. 8. DISCUSIÓN El cisplatino es un agente antineoplásico, ampliamente utilizado contra una amplia variedad de tumores. Sin embargo, la nefrotoxicidad es el principal efecto secundario que ha limitado su uso clínico. Los mecanismos por los cuales este agente quimioterapéutico provoca daño renal aun no se conocen con total claridad, aunque existe evidencia que demuestra que el estrés oxidante se encuentra implicado (Baliga et al., 1998; Matsushima et al., 1998; Chirino et al., 2004; Tsutsumishita et al., 1998; Ateşşahín et al., 2007b), y que el empleo de varios antioxidantes como el licopeno, capsaicina y el ácido cafeico (Shimeda et al., 2005; Ozen et al., 2004; Ali & Moundhri, 2006) protegen contra el daño causado por el tratamiento con este fármaco. En varios estudios se ha demostrado que la administración de 7.5 mg/kg de cisplatino (Chirino et al., 2004; Alfieri & Cubeddu, 2000) induce el aumento de la concentración de creatinina en suero, de BUN, de proteína total y la excreción urinaria de NAG, además de presentar un evidente daño histológico en las células del túbulo proximal después de 72 h de su administración. En este estudio, se corroboró que el tratamiento con cisplatino indujo una disminución en la función renal, la cual está correlacionada con el aumento en la concentración de creatinina en suero, BUN y la excreción urinaria de NAG. La creatinina es un producto de desecho muscular que se filtra libremente en el riñón por lo que es utilizado como marcador de filtración glomerular. Al administrar cisplatino se alteran los procesos de filtración renal, ya que debido al daño, los túbulos son obstruidos por fragmentos de los epitelios, por tanto se observa un incremento en este parámetro. La urea es el producto final del metabolismo del grupo amino de las proteínas y se excreta en la orina, al presentarse una alteración en la función del riñón como en este caso por el tratamiento con cisplatino, la urea se acumula en la sangre. La N-acetil-β-D-glucosaminidasa es una enzima lisosomal encontrada principalmente en los túbulos proximales (Westhuyzen et al., 2003), debido a lo anterior y a que no es filtrable se utiliza como marcador de daño tubular (De Gennaro et al., 2000). El incremento en la excreción urinaria de NAG, descrito en este trabajo, se debe a la necrosis celular que se presenta por el daño que ocasiona el cisplatino ya que se excreta el contenido celular y por consiguiente, se observa un aumento en la actividad de esta enzima. El cisplatino provoca necrosis en la porción terminal del túbulo proximal y apoptosis, principalmente en células de la nefrona distal, en los túbulos distales, proximales y en el asa de Henle (Ali & Moundhri, 2006). El análisis histológico corroboró también que el tratamiento con cisplatino daña extensamente los túbulos proximales principalmente en la unión cortico-medular, ya que como se había mencionado con anterioridad, el cisplatino se acumula principalmente en esta zona conocida como el segmento S3 de la nefrona. Mediante el análisis morfométrico también se confirmó el daño tubular, ya que se observaron extensas zonas de necrosis, vacuolización y presencia de cilindros tubulares. Los cilindros tubulares son producto de la disminución del flujo tubular que favorece la precipitación de proteínas en el lumen tubular, lo que finalmente provoca la obstrucción del túbulo (Ideura et al., 1980). Lo anterior coincide con lo reportado en diversos estudios que demuestran la formación de cilindros tubulares como parte del daño renal inducido por el cisplatino (Saad et al., 2007; Sueishi et al., 2002). Como se mencionó anteriormente, la administración de este fármaco genera ERO como el OH˙, O2˙⎯, ONOO⎯ y H2O2 (Matsushima et al., 1998; Baliga et al., 1998; Chirino et al., 2004; Tsutsumishita et al., 1998). En especial el OH˙, tienen mucha afinidad por los ácidos grasos poliinsaturados que forman parte de los fosfolípidos de la membrana celular. Durante está unión el OH˙ sustrae un hidrógeno del ácido graso para dar lugar a la formación de un nuevo radical orgánico. Seguidamente, este radical orgánico ataca el lípido vecino y da lugar a un nuevo radical, y así sucesivamente para crear una reacción en cadena que daña de manera prácticamente irreversible la membrana celular (Halliwell & Gutteridge, 2001). La lipoperoxidación genera una variedad de productos relativamente estables como el malondialdehído y el 4-hidroxi-2-nonenal (4-HNE) que son determinados para evaluar el estrés oxidante (Dalle-Donne et al., 2006). Por otro lado, el ONOO⎯ es capaz de nitrar proteínas mediante la formación de radicales tirosilo que al combinarse con dióxido de nitrógeno forman 3-nitrotirosina (3-NT), la cual se determina para evaluar el estrés nitrante (van der Vliet et al., 1995). Con base en lo anterior, se ha informado que el cisplatino provoca un aumento significativo de 4- HNE (Fujieda et al., 2006) y de 3-NT (Chirino et al., 2004, 2008a,b); lo cual se confirma con lo observado en este trabajo ya que la generación de ERO induce un incremento de 4-HNE y 3-NT tanto en corteza como en médula renal. Por otra parte, el ajo ha sido utilizado en la medicina tradicional desde hace miles de años, y se ha demostrado que varias de sus propiedades medicinales están asociadas con su capacidad antioxidante (Gorinstein et al., 2006; Gedik et al., 2005). Debido a lo anterior, se ha utilizado en diversos modelos experimentales, demostrando un efecto benéfico al prevenir el daño en corazón (Rietz et al., 1993), en hígado (Mostafa et al., 2000), en cerebro (Pérez-Severiano et al., 2004) y riñón (Pedraza-Chaverrí et al., 2000a, 2007b). En este trabajo se encontró que el consumo de una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo durante 26 días, es capaz de prevenir el 46% del aumento de creatinina en suero, 40% de BUN, y 59% en la excreción urinaria de NAG. Lo anterior concuerda con lo reportado por Pedraza-Chaverrí y colaboradores (2000), quienes encontraron que el consumo de ajo en polvo al 2% durante 14 días, también previno el estrés oxidante y el incremento de los parámetros antes mencionados en un modelo de daño renal inducido por gentamicina (Pedraza-Chaverrí et al., 2000a). El ajo en polvo utilizado evitó en un 33% el daño tubular y en un 64% la formación de cilindros tubulares en corteza renal y en un 49% en médula renal. También se observó una disminución tanto del estrés oxidante como del nitrante; lo anterior se hizo evidente por una significativa reducción de la 3-NT y del 4-HNE en los tejidos renales. Este efecto protector también se observó en la nefrotoxicidad inducida por K2Cr2O7 en la cual, se suministró una dieta suplementada al 2% con ajo en polvo durante 30 días (Pedraza-Chaverrí et al., 2007b). Como ya se ha mencionado con anterioridad, se ha reportado que el extracto acuoso de ajo en polvo es capaz de atrapar OH˙, O2˙⎯, H2O2 y ONOO⎯ (Pedraza-Chaverrí et al., 2001, 2006, 2007); por lo que es posible que su capacidad para atrapar estos radicales sea el mecanismo por medio del cual ejerce los efectos observados. Por otra parte, se ha determinado que el contenido de compuestos organosulfurados en el ajo en polvo corresponde al 3% de su composición, y que los que se encuentran en mayor proporción son la alina (10-17 mg/kg) y las γ-glutamilcisteínas (12-35 mg/kg) (Koch & Lawson, 1996). Asimismo, se ha descrito que la alina es capaz de prevenir la lipoperoxidación y la disminución en la actividad de enzimas antioxidantes como SOD, GPx y catalasa yaumentar la concentración de GSH (Sangeetha & Quine, 2006); también se ha observado su capacidad para atrapar OH˙ (Kourounakis & Rekka, 1991) y O2˙⎯ (Chung, 2006). Por su parte, la alicina previene la lipoperoxidación, la disminución de enzimas antioxidantes (Vimal & Devaki, 2004) y atrapa OH˙ (Prasad et al., 1995) y O2˙⎯ (Chung, 2006). Sin embargo, también es probable que otros compuestos derivados de los tiosulfinatos o compuestos formados después del consumo del ajo en polvo estén asociados en la protección. De hecho, se han descrito las propiedades antioxidantes del DADS y DATS (Liu et al., 2006; Fukao et al., 2004); al igual que para las γ-glutamil-S-alquilcisteínas y sus derivados (Yeh & Liu, 2001; Dong et al., 2001; Ho et al., 2001; Mizuguchi et al., 2006) A pesar de que en el presente trabajo se demostró el efecto antioxidante del ajo en polvo en el modelo de daño renal generado por cisplatino, es necesario llevar a cabo más experimentos que determinen la función de cada compuesto contenido en el ajo en polvo. Cabe resaltar que aunque en este diseño experimental se obtuvieron efectos benéficos, no se presentó protección total contra el daño renal por cisplatino; lo cual sugiere que el estrés oxidante no es el único mecanismo implicado en la nefrotoxicidad por este medicamento; de hecho se ha descrito que moduladores de NO˙ (Saleh & El-Demerdash, 2005), diuréticos (Cornelison & Reed, 1993) y agentes como el clorhidrato de procainamida (Viale et al., 2000) también disminuyen el daño renal inducido por cisplatino, aunque su mecanismo de protección aun no se ha dilucidado por completo. 9. CONCLUSIÓN El daño renal y el estrés oxidante ocasionados por el cisplatino, fueron prevenidos significativamente en ratas alimentadas con una dieta suplementada con 2% de ajo en polvo debido, al menos en parte, a su capacidad antioxidante. 10. REFERENCIAS Abrams MJ. 1990. The chemistry of platinum antitumor agents. Ed. Blakie. Nueva York. Pp 331-339. Ali BH, Al Moundhri MS. 2006. 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