Estres Oxidativo y Dieta Antienvejecimiento

Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.ESTRÉS OXIDATIVO Y SUPLEMENTACIÓN ANTIOXIDANTE DE LA DIETA EN EL ENVEJECIMIENTO… 91 ARTÍCULOS DE REVISIÓNREVIEW ARTICLESEstrés oxidativo y suplementación antioxidantede la dieta en el envejecimiento,la aterosclerosis y la disfunción inmunitariaOxidative stress and antioxidant diet supplementation in ageing,atherosclerotic and immune dysfunction processesMIQUEL J. Y RAMÍREZ-BOSCÁ A.Departamento de Biotecnología de la Universidad de Alicante. Campus de San Vicente del Raspeig, Ap.99.E-03080 Alicante. E-mail: kiri_miquel@yahoo.comRESUMENEl aumento de la longevidad en los paises industrializados requiere costosos servicios sanitarios y asistenciales, puesmuchas personas ancianas sufren un proceso de envejecimiento patológico ligado a enfermedades degenerativascrónicas y déficits funcionales de larga duración. Por otra parte, numerosos estudios sugieren que más personaspodrían evitar el envejecimiento patológico si consumieran dietas ricas en antioxidantes. Así sería posible protegermás eficazmente al organismo contra el estrés oxidativo, que contribuye al envejecimiento normal y tiene un papelaún más importante en la aterosclerosis, la inmunodepresión y otros procesos degenerativos que a menudo formanparte del envejecimiento patológico.De acuerdo con lo anterior, y según los datos revisados, la suplementación de la dieta de los sujetos de edad madurao avanzada con antioxidantes (como la tioprolina, la N-acetilcisteina y los antioxidantes fenólicos de la cúrcuma)podría aumentar las probabilidades de prevenir o frenar los mencionados procesos degenerativos, ayudando así aconseguir una mayor longevidad con adecuada preservación funcional.PALABRAS CLAVE: Envejecimiento. Aterosclerosis. Inmunodepresión. Antioxidantes. Tioprolina. N-acetilcisteina. Curcumalonga.ABSTRACTThe increase in longevity in the developed countries requires costly health and social aid programs, since many elderlypersons suffer from pathological ageing processes linked to chronic degenerative diseases and long-lasting functionaldeficiencies. However, many studies have suggested that a greater number of persons could prevent pathological ageingby consuming diets rich in antioxidants. Such diets could provide the organism with more effective protection againstthe oxidative stress that contributes to normal ageing, and have an even more important role in atherosclerosis, immunedepression and other degenerative processes that are often found in pathological ageing.In accordance with these concepts and with the data reviewed, diet supplementation in mature or advanced age subjectswith antioxidants (such as thioproline, N-acetylcysteine and the phenolic compounds of curcuma longa) could increasethe chances of preventing or retarding the above-mentioned degenerative processes, thus helping to reach greaterlongevity with the adequate preservation of functional capacity.KEY WORDS: Ageing. Oxidative stress. Atherosclerosis. Immune depression. Thioproline. N-acetylcysteine. Curcumalonga.92Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ BOSCÁ, A.INTRODUCCIÓN: DESARROLLO DELOS CONCEPTOS BÁSICOSRELACIONADOS CON LOSRADICALES LIBRES, EL ESTRÉSOXIDATIVO Y SUS EFECTOSFISIOPATOLÓGICOSSegún se resume en la anterior revisión deMiquel1, las actuales investigaciones sobre losefectos fisiopatológicos del estrés oxidativo derivande la observación del farmacéutico suecoC.W. Scheele de que, en estado puro, el oxígenoes un gas tóxico. Sin embargo el descubrimientode que el oxígeno en altas concentracionesefectivamente puede tener efectos tóxicos sobrelas células de los organismos animales se debea Paul Bert2, que describe en su tratado La PressionBarometrique los aspectos más esencialesdel envenenamiento por oxígeno, o sea la granvariedad de sus síntomas, la distinta vulnerabilidada dicho envenenamiento de las diversas especiesy la particular sensibilidad a la hiperoxiadel sistema nervioso. Más recientemente, Bean3,4investigó sistemáticamente estos temas, y el usode atmósferas con altas concentraciones de oxígenoen submarinos y vehículos espaciales de laNASA dio impulso a numerosos estudios sobrelos mecanismos fisiopatológicos de la toxicidadde este gas.El primer trabajo sobre radicales libres se debea Raab5, que mostró que algunos colorantes, inocuosen condiciones normales, se vuelven tóxicosen presencia de oxígeno y de una luz intensa.Esta observación llevó a Mulliken6 a proponerque el oxígeno puede adoptar un “estado deexcitación” o activación mediante un cambio desu estructura electrónica. Esta activación deloxígeno produce radicales libres, pues segúnexplica Michaelis7 , la molécula de este gas sereduce gradualmente, o sea gana electrones deuno en uno, con lo cual se forman fragmentosmoleculares con un electrón no apareado y muyalta reactividad. La gran importancia biomédicade esta peculiaridad de la química del oxígenoha sido resumida por Gutteridge et al.8: “La ventajade este proceso para la vida aerobia es un enlentecimientode las reacciones de oxígeno concompuestos no radicales. La desventaja es que(…) se forman especies reactivas de oxígeno.”Estas incluyen el anión superóxido, el radicalhidroxilo y otras especies relacionadas9.INTRODUCTION: THE DEVELOPMENTOF BASIC CONCEPTS RELATED TOFREE RADICALS, OXIDATIVE STRESSAND ITS RESULTINGPHYSIOPATHOLOGICAL EFFECTSAs stated in the previous revision carried outby Miquel1, the current research on the physiopathologicaleffects of oxidative stress derivesfrom the observation made by the Swedish pharmacist,C.W. Scheele, that oxygen, in its purestate, is a toxic gas. However, the discovery ofthe fact that high concentrations of oxygen mayhave toxic effects in cells in animal organisms isattributable to Paul Bert2, who described in histreatise, the Barometric Pressure, the most essentialaspects of oxygen poisoning, the greatvariety of its symptoms, the different degrees ofvulnerability to such a poisoning in different species,and the particular sensitivity of the nervoussystem to hyperoxia. In a more recent study, Bean3,4carried out systematic research on these subjects.The fact that atmospheres with high concentrationsof oxygen were used in submarines andNASA spacecraft gave rise to numerous studieson the physiopathological toxicity mechanismsof this gas.The first work on free radicals was carriedout by Raab5, who demonstrated that some foodcolourings, which are innocuous under normalconditions, become toxic in the presence of oxygenand in intense light. This observation ledMulliken6 to propose that oxygen may adopt “statesof excitation” or activation through changes inits electronic structure. Such an activation ofoxygen produces free radicals since, accordingto Michaelis7, the molecule of this gas is reducedgradually. This is to say that it gains electronsone by one, and thus fragments of moleculesare formed with a single unpaired and highlyreactive electron. The great biomedical significanceof this chemical peculiarity of oxygen wassummarised by Gutteridge et al.8: “The advantageof this process for aerobic life is the retardationof oxygen reactions with non-radical compounds.The disadvantage is that (…) oxygenreactive species are formed”. These include thesuperoxide anion, the radical hydroxyl and otherrelated species9.Oxygen radicals have an essential role in biologicalprocesses, such as those occurring in themitochondrial respiratory chain10,11, detoxifyingArs Pharm 2004; 45 (2): 91-109.OXIDATIVE STRESS AND ANTIOXIDANT DIET SUPPLEMENTATION IN AGEING, ATHEROSCLEROTIC… 93Los radicales de oxígeno tienen un papel esencialen procesos biológicos, como son las reaccionesenzimáticas que tienen lugar en la cadenarespiratoria mitocondrial10,11, las reacciones detoxificadorasdel sistema citocromo p-45012, lafagocitosis13,14, y la síntesis de prostaglandinas15.No obstante, dada la toxicidad del oxígeno, suutilización por las células de los organismosaerobios requiere que éstos dispongan de numerososmecanismos antioxidantes enzimáticos yno enzimáticos para proteger sus membranas ygenoma contra la desorganización causada porreacciones oxidativas no programadas.Ya en 1945 Dam y Granados16 habían demostradola importancia de los mecanismos antioxidantespara prevenir la excesiva peroxidación delas grasas, al observar que se acumulan peróxidosde lípido en el tejido adiposo de animalesdeficientes en vitamina E. Por otra parte, tienegran interés en relación con el papel de la peroxidaciónde grasa en el envejecimientopatológico la identificación de peróxidos de lípidoen aortas humanas ateromatosas17. Casi simultáneamenteDubouloz y Dumas18,19 demostraronque los peróxidos de lípido también seforman en la piel expuesta a agentes físicos agresivoscomo son las radiaciones X y ultravioleta,llegando a la conclusión de que estos peróxidosestán estrechamente ligados a los procesos inflamatorios,lo que explica por qué casi todos losantioxidantes muestran una marcada acción antiinflamatoria.Según nuestra anterior revisión1, numerosasinvestigaciones apoyan el concepto de que laperoxidación de los lípidos está relacionada tantocon las normales funciones fisiológicas20 comocon procesos patológicos de las membranas celularesy subcelulares, peroxisomas, lisosomas,retículo endoplasmático y mitocondrias21.Desde el punto de vista gerontológico tienegran interés que la peroxidación de los lípidos, acausa de la reacción del malonaldehido formadoen dicha peroxidación con los grupos amino delnADNA22, puede causar mutaciones del genomanuclear y procesos neoplásicos (Ames23). Porotra parte, el malonaldehido también puede causarlesiones del genoma de las mitocondrias(mtADN), lo que dificulta la regeneración deestos organelos en los organismos viejos, con elconsiguiente descenso del rendimiento bioenergéticoy funcional (Miquel24,25). Por todo ello,losmecanismos prooxidantes y antioxidantes tienenreactions in the cytochrome p-450 system12, inphagocytosis13,14, and in the synthesis of prostaglandins15.However, given that oxygen is a toxicgas, its use by cells in aerobic mechanisms requiresthese cells to have numerous enzymaticand non-enzymatic antioxidants, in order to protecttheir genome and membranes from the disorganisationcaused by non-programmed oxidativereactions.As early as 1945 Dam and Granados16 haddemonstrated the importance of antioxidant mechanismsin the prevention of excessive peroxidationin fats, on observing an accumulation oflipid peroxides in adipose tissue in vitamin Edeficient animals. Similarly, the identification oflipid peroxides in human atherosclerotic aortas17is of great interest, due to its relationship withthe role of fat peroxidation in pathological ageing.Almost simultaneously, Dubouloz and Dumas18,19demonstrated that lipid peroxides are alsoformed in skin that has been exposed to aggressivephysical agents, such as ultraviolet and Xradiation. They arrived at the conclusion that theseperoxides are closely linked with inflammatoryprocesses, which explains why almost all antioxidantsshow a marked anti-inflammatory action.In a previous revision carried out by this researchgroup1 , numerous investigations supportedthe concept that lipid peroxidation is relatedto both normal physiological functions20 and topathological processes in cellular and sub-cellularmembranes, peroxisomes, lysosomes, endoplasmaticreticulum and mitochondria21.From the point of view of gerontology, theperoxidation of lipids is of great interest, sincethe reaction of malonaldehyde, formed in peroxidation,with the nADNA22 amino acid groups22,may cause mutations in the nuclear genome andneoplasic processes (Ames23). On the other hand,malonaldehyde may also cause lesions in themitochondrial genome (mtDNA), which hampersthe regeneration of these organelles in ageingorganisms, leading to the consequent decrease inbio-energetic and functional performance (Miquel24,25).In summary, as we have already mentioned26-28 and will continue to revise below, prooxidantand anti-oxidant mechanisms are of greatimportance in ageing and related pathologicalprocesses.94Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ-BOSCÁ, A.una gran importancia en el envejecimiento yprocesos patológicos relacionados, según ya hemoscomentado26-28 y revisaremos a continuación.ENVEJECIMIENTOEstrés oxidativoLos doctores Denham Harman29,30 y RebecaGerschman31 trabajando independientemente enla Universidad de California, en Berkeley, publicaronuna serie de trabajos que implican enel envejecimiento a los radicales libres de oxígeno(que derivan del metabolismo aerobio), yal estrés oxidativo. Así, según Harman29:“La vidasurgió como resultado de reacciones de radicaleslibres, seleccionó reacciones de radicales librespara jugar un papel en el metabolismo y aseguróla evolución empleando estas reacciones paracausar las mutaciones y la muerte”. Además,Harman29,30 propuso que los radicales libres nosolo causan el envejecimiento normal (caracterizadopor una pérdida progresiva de rendimientofisiológico) sino que también están implicadosen la patogénesis de muchos procesos degenerativoscuya incidencia aumenta al envejecer.Estos conceptos han inspirado el siguientecomentario de Vijg y Müller32: “La teoría gerontológicade los radicales libres propuesta porDenham Harman en 1956 aún ofrece la explicaciónmás atractiva de un mecanismo generalresponsable del envejecimiento. La diferencia esque, mientras en 1969 sólo había cien trabajospublicados sobre radicales libre, envejecimientoy enfermedad, la cantidad aumentó a 2000 en1990 y será ahora mucho mayor”.Las ideas de Rebeca Gerschman31 sobre elpapel de los radicales libres en el envejecimientoderivan de sus estudios sobre el efecto deloxígeno en radiobiología, es decir del hecho deque los efectos nocivos de la radiación ionizanteaumentan en presencia del oxígeno, mientras quela falta de este gas tiene un efecto protector sobrelas células irradiadas. No había una explicaciónpara este fenómeno hasta que esta autora propusouna teoría general del envenenamiento poroxígeno, que mantiene que la toxicidad de estegas está ligada a un aumento en la concentraciónintracelular de radicales libres, igual que sucedeen las células irradiadas. Por lo tanto, segúnGerschman31, “las oxidaciones incontroladas queAGEINGOxidative stressThe doctors Denham Harman29,30 and RebecaGerschman31 working independently at the Universityof Califoria, in Berkeley, published a seriesversity of works in which oxygen free radicals(derived from the aerobic metabolism) andoxidative stress were considered to be involvedin the ageing process. According to Harman29:“Life emerged as a result of free radical reactions,it selected free radical reactions to play arole in the metabolism, and assured its evolutionby employing these reactions to cause mutationsand death”. Furthermore Harman29,30 proposed thatfree radicals not only caused normal ageing (characterisedby the progressive loss of physiologicalperformance), but were also involved in thepathogenesis of many degenerative processes, whichappear more increasingly with the onset ofthe ageing process.These concepts inspired the following commentsmade by Vijg and Müller32: “The free radicaltheory in gerontology, as proposed by DenhamHarman in 1956, still offers the most attractiveexplanation of the general mechanism responsiblefor the ageing process. However, the differenceis that in 1969, only one hundred works onfree radicals, ageing and disease had been published.In 1990 this figure had increased to 2000,and currently the number of articles on the subjectis much greater”.The ideas expressed by Rebecca Gerschman31on the role of free radicals in ageing were basedon her studies on the effect of oxygen in radiobiology,in which the harmful effects from ionizingradiation increase in the presence of oxygen,while its absence has a protecting effect onirradiated cells. There was no explanation forthis phenomenon until this same author proposeda general theory for oxygen poisoning, inwhich the toxicity of the gas is suggested to belinked to an increase in the intracellular concentrationof free radicals, as occurring in irradiatedcells. Therefore, according to Gerschman31, “uncontrolledoxidation deriving from a slight insufficiencyin the anti-oxidant defence system mayrepresent a crucial factor in ageing processes andlife span”.A similar idea was proposed by Sies33, whodefined oxidative stress as an alteration of theArs Pharm 2004; 45 (2): 91-109.ESTRÉS OXIDATIVO Y SUPLEMENTACIÓN ANTIOXIDANTE DE LA DIETA EN EL ENVEJECIMIENTO… 95derivan de una pequeña insuficiencia en el sistemade defensa antioxidante podrían ser un factorcrucial en el proceso del envejecimiento y en laduración de la vida”.Una idea parecida ha sido propuesto por Sies33,que define el estrés oxidativo como una alteracióndel equilibrio prooxidante/antioxidante, enfavor del primero. Y más recientemente se afirmaque el estrés oxidativo causante del envejecimientono solo deriva de los radicales de oxígenosino también de los efectos desorganizadoresde otros productos tóxicos ligados a reaccionesde oxidación, como el óxido nitrico y los aldehidosresultantes del antes mencionado procesode peroxidación de los lípidos.De acuerdo con los anteriores conceptos sobreel papel de los radicales libres y estrés oxidativoen el proceso de envejecimiento, los estudios denuestro laboratorio24-26 se han centrado en el papelde las mitocondrias como diana principal de dichoestrés. Así, nuestras observaciones por microcopíaelectrónica sugieren que el envejecimientoderiva de una desorganización progresiva de lasmitocondrias con formación del pigmento lipofuscina(a partir de membranas mitocondrialesoxidadas), que sólo alcanza niveles importantesen las células terminalmente diferenciadas24. Deacuerdo con estos datos, hemos propuesto unateoría gerontológica del estrés oxidativo-lesiónmitocondrial24,25 que ha encontrado considerableapoyo en investigaciones más recientes26-28. Segúnesta teoria la causa fundamental del envejecimientosería el estrés oxidativo de las mitocondrias.Así, desde el punto de vista de laevolución biológica27, “el oxígeno no sólo fue unfactor clave en el proceso de diferenciacióncelular sino también en el origen del envejecimiento,pues tanto las células diferenciadas comoel envejecimiento celular aparecieron simultáneamentecuando el oxígeno se acumuló en la bioesferay la vida aprendió a utilizarlo para aumentarla producción celular de energía (…). Lascélulas diferenciadas irreversiblemente contienenuna alta concentración de membranas mitocondrialesinternas, que usan oxígeno (y producenradicales de oxígeno). Esto permite la síntesis delas altas concentraciones de ATP necesarias paraapoyar las funciones fisiológicas hasta la edaden que la supervivencia de la especie se aseguraa través de la reproducción sexual. Sin embargo(…) la adquisición de la fosforilación oxidativaes un “arma de dos filos” pues los altos nivelespro-oxidant/anti-oxidant equilibrium, in favourof the former. More recently, it is claimed thatoxidative stress, as a cause of ageing, is not onlyattributable to oxygen radicals, but also to thedisorganizing effects of other toxic products thatare linked to oxidative reactions, such as nitricoxide and the resulting aldehydes arising fromthe previously mentioned lipid peroxidation process.The previously mentioned concepts concernedwith the role of free radicals and oxidativestress in the ageing process served as a basis forthe work carried out at our laboratories24-26, whichwas focused on the role of the mitochondriaas the main target of such stress. Our observations,carried out by electron microscopy, suggestedthat ageing is based on a progressive disorganisationof the mitochondria with theformation of the pigment lipofuscin (from oxidatedmitochondrial membranes), only reachingsignificant levels in terminally differentiated cells24.In accordance with this data, we have proposedan oxidative stress – mitochondrial lesion theory24,25which suggests that the fundamental cause ofageing is oxidative stress in mitochondria. Thispossibility has been corroborated to a considerabledegree by more recent research26-28. From abiological evolutionary point of view27, “oxygenwas not only a key factor in the process of cellulardifferentiation, but also in the ageing process,given that both cell differentiation and cellularageing appeared simultaneously, whenoxygen accumulated in the biosphere and lifelearnt to use it, in order to increase cellular energyproduction”(..). Irreversibly differentiated cellscontain a high concentration of internal mitochondrialmembranes, which use oxygen, andproduce oxygen radicals. This permits the synthesisof high concentrations of ATP, which isnecessary to support physiological functions, untilthe species has reached sufficient age to assureits survival through sexual reproduction. However,(…) oxidative phosphorylation acquisition isa “double edged sword”, given that high levelsof cellular respiration appear to be accompaniedby both an imperfect detoxification of oxy-radicalsand mitochondrial regeneration. Such asituation is incompatible with unlimited cell survival”.The importance of oxidative stress in theloss of genetic information, the fundamentalmechanism in ageing, has also been highlightedpreviously27: Metazoa cells (..) undergo progre96Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ BOSCÁ, A.de la respiración celular parecen acompañarsede una imperfecta detoxificación de los oxi-radicalesy de la regeneración mitocondrial, lo quees incompatible con una ilimitada supervivenciacelular.” La importancia del estrés oxidativo enla pérdida de información genética, que es elmecanismo fundamental del envejecimiento,tambien ha sido destacada anteriormente27: “Lascélulas de los metazoos (…) sufren una desorganizaciónprogresiva que deriva de la lesión genéticaque sufren sus mitocondrias a causa delestrés oxidativo crónico”. Así, la aparente insuficienciade los mecanismos antioxidantes celularesexplica la paradoja de que, según Williams34,“después del hecho milagroso de lamorfogénesis, un metazoo complejo es incapazde realizar la tarea aparentemente más fácil depreservar lo que ya está formado.”Protección antioxidanteCon objeto de mejorar la protección antioxidante,para así prevenir el envejecimiento prematuroo patológico, es digno de mención que elaumento del estrés oxidativo que tiene lugar alenvejecer se acompaña de un progresivo descensoen los niveles tisulares de glutation reducido(Miquel y Weber35). Esto es muy importante, puesel glutation reducido (GSH) es necesario para lasíntesis de ADN y proteinas, actividad de muchosenzimas, liberación de neurotransmisores ydetoxificación de compuestos carcinógenos.Además, las moléculas de GSH pueden ceder unátomo de hidrógeno a un oxidante o radical librepara formar glutation oxidado (GSSG), protegiendoasí a las lipoproteinas contra el estrés oxidativoque puede llevar a reacciones de peroxidación,con el consiguiente aumento de la permeabilidadde las membranas a los iones de calcio y probablemuerte celular. Esto justifica las investigacionespara aumentar la longevidad de animalesde laboratorio mediante la suplementación de ladieta con dos antioxidantes tiólicos precursoresde la cisteina36 o sea el ácido tiazolidin carboxílico(tioprolina, TP) y la N-acetilcisteina (NAC).Según nuestros datos, esta suplementación causa,en insectos y ratones, aumentos de la longevidadmedia de aproximadamente un 10% y retrasala involución que tiene lugar con la edaden ciertos parámetros bioquímicos y funcionales37,38.ssive disorganisation arising from the geneticlesions that occur in their mitochondria causedby chronic oxidative stress”.Therefore, it is the apparent insufficiency ofthe anti-oxidant cellular mechanisms which explainsthe paradox that, in the words of Williams34,“after the miracle of morphogenesis, acomplex metazoa is incapable of carrying outthe apparently easier task of preserving that whichhas already been formed”.Antioxidant protectionIn an attempt to improve antioxidant protection,and in so doing, prevent premature or pathologicalageing, it should be taken into accountthat an increase in oxidative stress, taking placein the ageing process, is accompanied by a progressivedecrease in tissue levels of reduced glutathione(Miquel & Weber35). This is of importantsignificance, given that reduced glutathione(GSH) is necessary for the synthesis of DNAand proteins, the activity of many enzymes, theliberation of neurotransmitters and the detoxificationof carcinogenic compounds. Furthermore,GSH molecules may cede a hydrogen atom to anoxidant or free radical, forming glutathione oxide(GSSG), and thus affording protection to thelipoproteins against oxidative stress, which couldlead to peroxidation reactions, with the consequentincrease in membrane permeability to calciumions and probable cellular death. This wouldjustify research into increasing longevity in laboratoryanimals through diet supplements withtwo thiolic antioxidant cystein precursors36 , thatis to say thiazolidin carboxylic acid (thioproline(TP)) and N-acetylcysteine (NAC). According toour data, the use of these supplements producesan average increase in life span of 10% in insectsand mice and also delays age involution in certainbiochemical and functional parameters37,38.The effects of TP & NAC have also beenstudied by other authors39-42, who confirm thatageing is accompanied by progressive oxidationof the glutathione and other thiolic compoundsin the tissues of vertebrates and invertebrates,producing changes in the oxidised glutathione/reduced glutathione quotient (much more apparentin the mitochondria than in the extramitochondrialcompartment), and oxidative lesionsin the mtDNA40.Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.OXIDATIVE STRESS AND ANTIOXIDANT DIET SUPPLEMENTATION IN AGEING, ATHEROSCLEROTIC… 97Los efectos de la TP y NAC también han sidoestudiados por otros autores39-42, que confirmanque el envejecimiento se acompaña de una progresivaoxidación del glutation y de otros compuestostiólicos en los tejidos de los vertebradose invertebrados, con cambios en el cociente glutationoxidado/glutation reducido (mucho másmarcados en las mitocondrias que en el compartimentoextramitocondrial),y lesiones oxidativasdel mtADN40.Otros antioxidantes tiólicos de composiciónsimilar protegen contra la pérdida de rendimientofuncional de ratones de laboratorio, al envejecer41,así como contra los efectos nocivos delenvejecimiento mitocondrial en lo que respectaa los descensos en el cociente GSSG/GSH y lesiónoxidativa del mtDNA42. Y también hemos observadouna preservación de la actividad de losenzimas respiratorios de mitocondrias hepáticosdel hígado de ratones que reciben una dieta suplementadacon NAC43.Desde un punto de vista práctico, con respectoa la posible aplicación clínica de la TP y elNAC en el envejecimiento acompañado de unexcesivo nivel de estrés oxidativo, es importanteque en varias enfermedades degenerativas crónicasse encuentran niveles bajos de GSH en sangre44.Por lo tanto, según Chen et al.45, “hayconsiderable justificación para estrategias deintervención terapéutica con objeto de corregirla deficiencia de GSH en tales situaciones.” Sinembargo, como el GSH tiene una limitada capacidadpara penetrar en las células, su administraciónno es adecuada para elevar los niveles tisularesde tioles45. Por ello conviene utilizarcompuestos precursores del GSH o de la cisteina,como son los ésteres de GSH o la mencionadaTP, que penetran en las células más fácilmentey por lo tanto son eficaces para elevar losniveles de grupos tiol en los tejidos46. Probablemente,así se podrían frenar los efectos delenvejecimiento sobre la pérdida de homeostasisy rendimiento funcional de diversos sistemasfisiológicos, sobre todo de los más sensibles alestrés oxidativo que incluyen el sistema circulatorioy el inmunitario.Other thiolic antioxidants of a similar compositionafford protection against the loss offunctional performance in ageing laboratory mice,as well as against the harmful effects from mitochondrialageing, with respect to decreases inthe GSSG/GSH quotient and oxidative lesions ofmtDNA42. We have also observed a preservationof respiratory enzymes in hepatic mitochondriain the liver of mice that had been receiving anNAC supplemented diet43.From a practical point of view, it is important,with regard to the possible clinical applicationof TP and NAC in ageing processes that areaccompanied by excessive oxidative stress, thatin numerous chronic degenerative diseases lowlevels of GSH in blood are present44. Therefore,according to Chen et al.45, “there is considerablejustification for strategic therapy intervention withthe objective of correcting GSH deficencies insuch situations”. However, since GSH has a limitedcellular penetration capacity, its administrationwould not be appropriate for the objectiveof increasing levels of thiol in tissue structures45.For this reason, the use of GSH or cysteine precursorcompounds would be appropriate, becauseit is the GSH esters or the previously mentionedTP, that penetrate more easily into the cells,and are therefore efficient at increasing the levelsof thiol groups in tissues46. In this way, theeffects of ageing, with regard to the loss of homeostasisand functional performance of numerousphysiological systems, could probably beretarded. This would especially be true in thecase of cells that are more sensitive to oxidativestress in the circulatory and immune systems.ATHEROSCLEROSISOxidative stressAs stated in a recent revision47, atherosclerosisis the most prevalent disease in the industrialisedworld and is fundamentally responsible forischemic syndromes. This is particularly the casewith regard to ischemic cardiopathy, which causesover 40% of all deaths in Western Europe.Furthermore, it is already well known that althoughatherosclerosis appears in young individuals,it accelerates throughout the ageing process.Consequently, although a high number ofatherosclerotic lesions are encountered in indivi98Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ-BOSCÁ, A.ATEROSCLEROSISEstrés oxidativoSegún se comenta en una reciente revisión47,la aterosclerosis es la enfermedad más prevalenteen el mundo industrializado, responsable fundamentalde los síndromes isquémicos, en particularde la cardiopatía isquémica, y causa demás del 40% de todas las muertes en la Europaoccidental. Además, es bien sabido que aunqueel proceso de aterosclerosis aparece en sujetosjóvenes, se acelera a lo largo del envejecimiento.Así, aunque se encuentran lesiones ateroscleróticasen una alta proporción de sujetos en lasegunda y tercera décadas de la vida, el 80% delos casos de enfermedad clínica cardiovascularaparece a partir de los 65 años. Estos autores47concluyen: “La aterosclerosis es, pues, un fenómenouniversal relacionado con el envejecimiento,pero en su génesis no sólo influye éste, sino quetambién existen unos factores extrínsecos (dieta,ejercicio, etc.) que, sobre una base genética determinada,producen la alteración.”Las investigaciones más recientes apoyan lahipótesis de Harman48 de que uno de los principalesfactores que desencadenan el proceso ateroscleróticoes el estrés oxidativo, mientras quelos mecanismos antioxidantes tienen un efectoprotector contra dicho proceso. Más concretamente,la hipótesis de que el estrés oxidativocrónico, a través de la acción irritante de losperóxidos de lípido sobre la pared arterial yconsiguientes procesos inflamatorios, tiene unaacción aterogénica es casi generalmente aceptada49-56. Esta hipótesis está de acuerdo con losestudios de Glavind et al.57, que muestran unaacumulación de peróxidos de lípido en las placasateroscleróticas de intensidad paralela a ladel proceso de degeneración vascular. Más recientemente,Yagi et al.58 observaron que la inyecciónintravenosa de hidroperóxidos de ácidolinolénico causa lesiones en la íntima de la aortade conejo, y Santos et al.59 mostraron niveleselevados de peróxido de lípido en el plasma depacientes que se recuperan de infarto de miocardioo angina pectoris y de sujetos con otros factoresde riesgo aterosclerótico, como tabaquismo,estrés psicológico, hipertensión diastólica yedad avanzada.Según resumen Miquel et al.60, los peróxidosde lípido son un importante factor de riesgo deduals in the second and third decades of life,80% of clinical cardiovascular disease cases appearin patients of over 65 years of age. These authors47conclude that: “atherosclerosis is thereforea universal phenomenon related to ageing.However, its genesis is not only influenced byageing, but it is also influenced by extrinsic factors(diet, exercise, etc.) which on a determinedgenetic basis produce the alterations”.The most recent research supports the Harmanhypothesis48 that one of the main factorsthat triggers the atherosclerotic process is oxidativestress, while it is the antioxidant mechanismswhich provide a protective effect against sucha process. More concretely, the hypothesis thatchronic oxidative stress, through lipid peroxideinduced arterial wall irritation and the consequentinflammatory processes, has an atherogenic action,is almost generally accepted49-56. This hypothesisis consistent with the studies carried outby Glavind et al.57, who demonstrated that anaccumulation of lipid peroxides in the atheroscleroticplaques is concurrent with degenerativevascular processes. More recently, Yagi et al58observed that the intravenous administration oflinoleic acid hydroperoxide caused lesions of theaortic intima in rabbits. Santos et al59 showedthat high levels of lipid peroxide existed in theplasma of patients recovering from myocardialinfarction or angina pectoris, as well as in individualspresenting other atherosclerotic risk factors,such as smokers, elderly patients, and patientspresenting psychological stress and diastolichypertension.As pointed out by Miquel et al60, lipid peroxidesrepresent an important risk factor in arteriosclerosis,given that these possess a greaternegative charge than the native LDL and thereforeinduce an accumulation of cholesterol estersin monocytes and macrophages. Such a processincreases the atherogenic potential of thesecells61. Additionally, O’Keef et al62 commentedthat LDL susceptibility to oxidation may be asimportant as cholesterol levels, given that thismust undergo an oxidative modification, beforeacquiring atherogenic action subsequent to beingcaptured by endothelial receptors63-64. On the otherhand, vascular tissue may produce reactive oxygenspecies (ROS), including the superoxide anion,which alters vascular tone and contributes to atherosclerosis65.A further point to take into accountis that species of NAD(P)H oxidases have beenArs Pharm 2004; 45 (2): 91-109.ESTRÉS OXIDATIVO Y SUPLEMENTACIÓN ANTIOXIDANTE DE LA DIETA EN EL ENVEJECIMIENTO… 99arteriosclerosis, puesto que tienen una mayor carganegativa que las LDL nativas y, por tanto, inducenuna acumulación de éster de colesterol enlos monocitos y macrófagos, aumentando así elpotencial aterogénico de estas células61. Además,comentan O´Keefe et al.62 que la susceptibilidadde las LDL a la oxidación puede ser tan importantecomo los niveles de colesterol, pues éstedebe sufrir una modificación oxidativa antes deadquirir una acción aterogénica tras su captaciónpor los receptores endoteliales 63-64. Por otra parte,los tejidos vasculares pueden producir especiesreactivas de oxígeno (ROS), incluido el aniónsuperóxido, que alteran el tono vascular y contribuyena la aterosclerosis65. Y además se hanidentificado NAD(P)H oxidasas que solo se encuentranen las células endoteliales, donde liberanROS que tienen una acción reguladora delcrecimiento celular y también están implicadasen la disfunción endotelial y la inflamación queacompañan la formación de ateromas66.Es tambien muy importante desde un puntode vista patogénico que, según la revisión deOfferman y Medford67, los presentes modelos deaterogénesis ligan el estrés oxidativo de la paredvascular a la reacción del sistema inmunológico,que desencadena un ciclo de inflamación localizaday reacciones de proliferación celular quellevan a la lesión aterosclerótica madura. Así,lasLDL oxidadas pueden contribuir a la aterosclerosisaumentando la producción de células espumosasen la pared arterial y estimulando la proliferaciónde las células del músculo liso, con elconsiguente aumento de espesor de dicha paredy reducción del diámetro de las arterias afectadas68.E incluso, las LDL oxidadas podrían aumentarel riesgo de trombosis, a causa del aumentoque causan en la agregación y adhesiónplaquetaria. En resumen, los presentes estudiosindican que la oxidación de las LDL contribuyea la patogénesis de la aterosclerosis, y por lotanto de los infartos de miocardio y accidentescerebro vasculares.Con respecto a los mecanismos implicados,Abizanda Soler y Luengo Márquez47 concluyenque la enfermedad aterosclerótica podría estarligada al hecho de que las LDL atrapadas subendotelialmenteestán expuestas a un medio prooxidanteque contiene radical superóxido, lipooxigenasasproducidos por las células de la placa,y metales de transición como el cobre. Esto llevaa una disfunción endotelial, con inducción oidentified that are only found in endothelial cells.These liberate ROS which exercise a regulatorygrowth function but are also involved inendothelial dysfunction and the inflammation thataccompanies the formation of atheromas66.From a pathogenic point of view, it is alsovery important, according to a revision carriedout by Offerman & Medford67, that current atherogenesismodels associate oxidative stress in thevascular wall with the reaction of the immunologicalsystem, which triggers a cycle of localisedinflammation and cell proliferation reactionswhich lead to mature atherosclerotic lesions.Consequently, oxidized LDL may contribute toatherosclerosis by inducing an increased productionof foam cells in the arterial wall and stimulatingthe proliferation of smooth muscle cells.As a result, an increase in the thickness of thewall occurs, thus reducing the diameter of thearteries affected68. Oxidized LDL may even increasethe risk of thrombosis, due to the increasein the plaque aggregation and adhesion that itcauses. In summary, the present studies indicatethat LDL oxidation contributes to the pathogenesisof atherosclerosis, and consequently tomycardial infarction and cerebral vascular accidents.With regard to the mechanisms involved,Abizanda Soler & Luengo Márquez47 concludedthat atherosclerotic disease could be linked tothe fact that LDL trapped in the subendothelialspace is exposed to a pro-oxidant medium containingradical superoxide, lipooxigenases producedby plaque cells, and transition metals suchas copper. This leads to an endothelial dysfunction,with the induction or suppression of geneexpression, changes in motility and cell adherence,attraction and immobilisation of inflammatorycells, the liberation of inflammationmediators, and the proliferation of smooth musclecells.Menopause and atherosclerosis With regardto the prevention of atherosclerosis, it is interestingthat although in human subjects oxidativestress increases with age (judging from the levelsof lipid peroxide in blood; Yagi69), the increasein peroxidation is more notable in womenthan it is in men of the same age. Similarly,according to Miquel el al.60, “ats the ages of 21-40 years the levels of final products from oxidativestress are slightly lower in women than inmen. At the ages 41-60 years they are found to100Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ BOSCÁ, A.supresión de la expresión de genes, cambios enla motilidad y adherencia celular, atracción einmovilización de células inflamatorias, liberaciónde mediadores de la inflamación y proliferaciónde las células musculares lisas.Menopausia y aterosclerosis. Es interesantepara la prevención de la aterosclerosis que, aunquecon la edad aumenta el estrés oxidativo quesufren los sujetos humanos (a juzgar por los nivelesde peróxido de lípido en sangre; Yagi69), el aumentode la peroxidación es mas marcado en lasmujeres que en los hombres de la misma edad.Así según Miquel el al.60, “A la edad de 21-40años, los niveles de los productos finales del estrésoxidativo son ligeramente inferiores en las mujeresque en los hombres, a los 41-60 son aproximadamenteiguales en los dos sexos, y a mayoredad, al igual que sucede con la tensión sanguíneay el colesterol, los efectos del envejecimientosobre la homeostasis de las lipoproteinas séricasson más marcados en las mujeres que enlos hombres (…). Unos mecanismos semejantespueden estar implicados en la pérdida progresivade protección contra las enfermedades cardiovascularesligadas a la aterosclerosis, a causa dela falta de estrógenos con la edad y el aparentedescenso del equilibrio antioxidante/pro-oxidanteen las mujeres, a diferencia de lo que ocurreen los hombres. Nuestros datos sugieren que enlos hombres este equilibrio depende de la dietay de otros factores del estilo de vida, mientrasque en las mujeres puede estar estrechamenterelacionado con cambios homeostáticos intrínsecosasociados con la edad”. Más concretamente,la hipótesis de que este aumento de la peroxidaciónde lípidos está ligado al déficit de estrógeno,y consiguiente pérdida de protección antioxidante,está de acuerdo con el hecho de que elestradiol muestra un potente efecto protector contrala oxidación de las lipoproteinas de baja densidad(LDL) in vitro e in vivo (Arteaga et al.70).Además, “durante la menopausia, el aumento delestrés oxidativo de origen plasmático influye enla degeneración ateromatosa de la aorta” (Signorelliet al.71). Por ello Subbiah72 concluye que,“aunque los efectos beneficiosos de los estrógenospara la prevención primaria de la enfermedadcoronaria se atribuían a la disminución delas LDL y al aumento de las HDL, los estudiosrecientes han demostrado que los estrógenosprotegen contra el estrés oxidativo y disminuyenla oxidación de las LDL”.an approximately equal extent. In the elderly, asalso occurs with blood pressure and cholesterol,the effects of ageing on the homeostasis of theserum lipoproteins are more marked in womenthan in men (…). Similar mechanisms may beinvolved in the progressive loss of protectionagainst atherosclerosis related cardiovasculardiseases, due to the lack of estrogens associatedwith ageing and the apparent decrease in antioxidant/pro-oxidant balance in women, in contrastto that occurring in men. Our data suggests thatequilibrium in men depends on diet and otherlifestyle factors, while in women it may be closelyrelated to intrinsic homeostatic changes associatedwith age”. More concretely, the hypothesisthat this increase in lipid peroxidation isrelated to an estrogen deficit and the consequentloss of antioxidant protection, is consistent withthe fact that stradiol presents a potent protectiveeffect against low density lipoprotein oxidation(LDL) in in vitro and in vivo trials (Arteaga etal.70). Furthermore, “during menopause, the increasein oxidative stress of plasmatic origin hasan influence to bear in the atheromatous degenerationof the aorta” (Signorelli et al.71). For thisreason Subbiah72 concludes that “although thebeneficial effects of estrogens in the primary preventionof coronary disease are attributed to adecrease in LDL and to an increase in HDL,recent studies have demonstrated that estrogensafford protection against oxidative stress anddecrease the oxidation of LDL”.From the points mentioned above, the effectsof antioxidant supplements in the diet of menopausalwomen would constitute an appropriatesubject for further research. Additionally, theadministration of antioxidants in menopausalwomen would also find justification in a studythat shows that in women of an average age of52 years, those that have higher plasmatic levelsof the biomarker of lipid peroxidation, also presenta greater atheromatous degeneration of thecommon carotid artery wall71.Antioxidant protectionAccording to a revision by Meydani73, numerousstudies have demonstrated an inverse relationshipbetween the consumption of fruit andvegetables rich in antioxidants and the risk ofmorbidity and mortality through cardiovascularArs Pharm 2004; 45 (2): 91-109.OXIDATIVE STRESS AND ANTIOXIDANT DIET SUPPLEMENTATION IN AGEING, ATHEROSCLEROTIC… 101De acuerdo con lo anterior, convendría investigarlos efectos de la suplementación de la dietade las mujeres menopáusicas con antioxidantes.Además, la administración de antioxidantes a lasmenopáusicas también podría encontrar justificaciónen un estudio que muestra que, en mujeresde una edad media de 52 años, las que tienenunos niveles plasmáticos más altos del biomarcadorde peroxidación de lípidos malondialdehidotambién muestran una mayor degeneraciónateromatosa de la pared de la arteria carótidacomún71.Protección antioxidanteSegún la revisión de Meydani73, varios estudiosmuestran una relación inversa entre el consumode frutas y verduras ricas en antioxidantsy el riesgo de morbilidad y mortalidad por enfermedadescardiovasculares. En sus palabras:“El conjunto de la evidencia de varios estudiosepidemiológicos y ensayos clínicos indica que laingesta de las vitaminas C y E a dosis mayoresque las dosis recomendadas puede disminuir elriesgo de enfermedad cardiovascular.” Tambiéncomenta Meydani que este efecto beneficioso delas vitaminas antioxidantes probablemente se debea su acción protectora contra la formación deradicales libres, agregación plaquetaria, síntesisexcesiva de citoquinas pro-inflamatorias y oxidaciónde las LDL.De acuerdo con lo anterior, evitar deficienciasde la dieta en vitaminas antioxidantes pareceesencial para proteger contra el efecto aterogénicode los peróxidos de lípido74, cuyos nivelessanguíneos aumentan con la edad60,69. Por otraparte, también pueden ser útiles otros compuestosantioxidantes, de acuerdo con la observaciónde Goudev et al.75 de que la suplementación dela dieta con una combinación de “antioxidantesnaturales” disminuye la concentración sérica delas moléculas de adhesión de origen endotelial(que son también marcadores de inflamación) enmujeres postmenopáusicas, disminuyendo así suriesgo cardiovascular.También se puede justificar la administraciónde los compuestos fenólicos liposolubles deCurcuma longa76 en los tratamientos anti-arteriocleróticos,pues, debido a su probable acción“co-antioxidante”77, pueden proteger contra laperoxidación excesiva de los lípidos de la sandiseases.In their own words: “the overall evidencefrom the numerous epidemiological studiesand clinical tests indicate that the intake ofvitamins C and E at higher dosages than thoserecommended may decrease the risk of cardiovasculardisease”. Meydani also commented thatthe beneficial effects of antioxidant vitamins areprobably attributable to their protective actionagainst the formation of free radicals, plaqueaggregation, excessive synthesis of proinflammatorycytokins and LDL oxidation.With all such factors taken into account, avoidingdietary deficiencies of antioxidant vitaminsappears to be essential in the prevention of theatherogenic effects of lipid peroxides74, whoselevels in the blood stream increase with age60,69.On the other hand, other antioxidant compoundsmay also be of value. According to observationsmade by Goudev et al.75 diet supplements with acombination of “natural antioxidants” decreasethe serum concentration of adhesion moleculesof endothelial origin (these are also inflammationmarkers) in postmenopausal women, andconsequently also decrease the risk of cardiovasculardisorders.The administration of liposoluble phenoliccompounds from Curcuma longa76 in anti arteriosclerotictreatments can also be justified, dueto a probable “co-antioxidant action” 77, whichmay afford protection against excessive lipidperoxidation in blood. Similarly, the antioxidanteffect of vitamin E, enhanced by curcumaphenolic compounds, could afford more efficientprotection against atherosclerosis thanantioxidant dietary supplements with VitaminE only78. With this possibility taken into account,we investigated the effects of a hydroalcoholicextract (ZCL4) from Curcuma longarich in phenolic antioxidants. Among the resultsobtained, the most significant finding wasthat the oral administration in laboratory animalsand human subjects brought about a decreasein levels of lipid peroxide in the bloodof mice79 and in healthy men and women thathad abnormally high values of these peroxides,before the start of the treatment80. The administrationof the extract also decreased the oxidisedconcentrations of HDL and LDL in the serumof women aged between 40 and 90 years, inwhich no toxic effect upon hepatic or renal functionwas observed81. Additionally, the extractwas found to afford protection against oxida102Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ-BOSCÁ, A.gre. Así el efecto antioxidante de la vitamina E,potenciado por el de los compuestos fenólicosde la cúrcuma, podría tener mayor eficacia paraproteger contra la aterosclerosis que la suplementaciónantioxidante de la dieta sólo con vitaminaE78. De acuerdo con lo anterior, hemosinvestigado los efectos de un extracto hidroalcohólico(ZCL4) de Curcuma longa de alto contenidoen antioxidantes fenólicos. De entre losresultados de su administración oral a animalesde laboratorio y sujetos humanos destaca el descensode los niveles de peróxido de lípido ensangre de ratón79 y de hombres y mujeres sanosque tenían valores anormalmente elevados deestos peróxidos antes de iniciarse el tratamiento80.La administración del extracto también disminuyelas concentraciones de HDL y LDLoxidadas en el suero de mujeres de edad comprendidaentre los 40 y 90 años sin ningún efectotóxico sobre la funcion hepática o renal81, yprotege contra la oxidación a las LDL séricas deconejos con aterosclerosis experimental82.La complementación del tratamiento farmacológicoanti-aterosclerótico con la administraciónde antioxidantes en la dieta estaría particularmenteindicada en la menopausia ypost-menopausia, pues como ya hemos señalado,la aterosclerosis se acelera en las mujeres apartir de la pérdida de protección antioxidanteligada a la deficiencia de estrógeno72,73.DISFUNCIÓN DEL SISTEMAINMUNITARIOEstrés oxidativoSegún la revisión de De la Fuente y Víctor83,el sistema inmunitario (S.I.) es una diana esencialdel estrés oxidativo, pues la función de algunasde sus células, como la actividad microbicidade los linfocitos y la linfoproliferacióninducida por los mitógenos, están ligadas a laproducción de especies reactivas de oxígeno(ROS), que como “efecto secundario” puedenalterar la competencia de dicho sistema debido alas reacciones oxidativas no programadas con losácidos nucleicos, los lípidos de las membranas,las proteinas y los carbohidratos.Los efectos nocivos del estrés oxidativo hansido demostrados en poblaciones envejecidas decélulas inmunitarias en las que la exposición ation in serum LDL in rabbits with experimentalatherosclerosis82.The administration of antioxidants, as a supplementin anti-atherosclerotic treatments, in thediet of menopausal and post-menopausal womenwould be particularly indicated, given that atherosclerosisin women accelerates on commencementof the loss of the antioxidant protectionassociated with estrogenic deficiency72,73.DYSFUNCTION OF THE IMMUNESYSTEMOxidative stressAccording to a revision by De la Fuente &Víctor83, the immune system is a primary targetfor oxidative stress. The function of some immunesystem cells, such as the microbicidal activityof the lymphocytes and the proliferation oflymphocytes induced by the mytogens are associatedwith the production of reactive oxygenspecies (ROS), which as a “side effect” may alterthe competence of the system. This is attributableto non-programmed oxidative reactions withnucleic acids, membrane lipids, proteins andcarbohydrates.The harmful effects of oxidative stress havebeen demonstrated in ageing populations of immunesystem cells, in which exposure to suchstress was observed to bring about a decrease inproliferation, IL-2 synthesis and the activationof nuclear transcription factors84. Given that thesesame alterations take place in normally ageingT cells, the data suggest that oxidative stressand the normal ageing of these cells share thesame pathogenic mechanisms.In another type of immune system cell, theactivated human neutrophil, ageing is accompaniedby an accumulation of hydrogen peroxide,which is linked to a decrease in the detoxifyingenzyme glutathione proxidase. This offers convincingevidence that human ageing processesare accompanied by an alteration in the defencemechanism against oxidative lesions and that thisdeficiency takes place in vivo85.On the other hand, studies on neutrophil apoptosisin human subjects confirm that in ageingprocesses, these cells are subject to a high degreeof oxidative stress, probably due to an increasein intracellular concentrations of H2O2 andArs Pharm 2004; 45 (2): 91-109.ESTRÉS OXIDATIVO Y SUPLEMENTACIÓN ANTIOXIDANTE DE LA DIETA EN EL ENVEJECIMIENTO… 103dicho estrés causa un descenso de la proliferación,de la síntesis de IL-2 y de la activación defactores de transcripción nuclear84. Puesto queestas mismas alteraciones tienen lugar en célulasT que envejecen normalmente, los datos sugierenque el estrés oxidativo y el envejecimientonormal de estas células comparten mecanismospatogénicos.En otro tipo de célula del S.I., el neutrófilohumano activado, el envejecimiento se acompañade una acumulación de peróxido de hidrógeno,ligada a un descenso en la actividad del enzimadetoxificador glutation peroxidasa, lo que “ofreceevidencia convincente de que en los sujetoshumanos se produce, al envejecer, una alteraciónde los mecanismos de defensa contra laslesiones oxidativas, y de que esta deficiencia tienelugar in vivo85.Por otra parte, los estudios sobre apoptosis delos neutrófilos de sujetos humanos confirman elalto nivel de estrés oxidativo que sufren estascélulas al envejecer, probablemente a causa deun aumento en la concentración intracelular deH2O2 y deficiencia en enzimas antioxidantes86.Estas alteraciones homeostáticas ligadas al envejecimientotienen graves consecuencias funcionales,pues el equilibrio entre la generaciónde ROS y la capacidad reductora del citoplasmade los granulocitos activados es esencial para lapreservación de una función óptima de estascélulas87, y cuando se pierde este equilibrio elestallido respiratorio de los neutrófilos puederesultar muy dañino para los tejidos del organismohuésped. Por ello, la activación incontroladadel S.I., con la consiguiente producción excesivade ROS tan tóxicas como son el radical superóxidoy el peróxido de hidrógeno, puede contribuira la patogénesis de la artritis reumatoide yde otros síndromes inflamatorios y autoimnunes21.Tambien conviene recordar que el estrés oxidativoligado a la disfunción del S.I. puede sercarcinogénico, pues las ROS que liberan losneutrófilos pueden causar mutaciones del genomanuclear en los tejidos que sufren una inflamacióncrónica.En conclusión, los efectos de los radicaleslibres de oxígeno sobre el S.I. pueden ser incompatiblescon el mantenimiento de la homeostasisy la salud en los sujetos ancianos. En efecto,según comenta De la Fuente88: “Una consecuenciade los cambios que con la edad establece elestrés oxidativo en las células inmunitarias seríaa deficiency in antioxidant enzymes86. These ageassociated homeostatic alterations have seriousfunctional consequences, given that the equilibriumbetween ROS generation and the reductioncapacity in the cytoplasm of activated granulocytesis essential for the preservation of optimalfunctioning of these cells87. When such an equilibriumhas been lost, the neutrophil respiratoryburst may be highly damaging to the hostorganism’s tissues. Consequently, the uncontrolledactivation of the immune system, with theensuing excessive production of ROS, equally astoxic as the superoxide radical and hydrogenperoxide, may contribute to the pathogenesis ofrheumatoid arthritis and other inflammatory andautoimmune syndromes21.It should also be taken into account that oxidativestress associated with immune systemdysfunction may be carcinogenic, given that ROSliberate neutrophils, which may cause mutationsin the nuclear genome of the tissues in whichchronic inflammation takes place.In conclusion, the effects of oxygen free radicalson the immune system may be incompatiblewith the maintenance of homeostasis andhealth in elderly patients. In effect, as stated byDe la Fuente88: “a consequence of the changescaused by the oxidative stress in the immunecells with age, would be an alteration in intracellularsignalling, resulting in inadequate responsesto the stimuli that reach them”.Antioxidant protectionAccording to a recent revision89, “the idealphysiological system in the study of the beneficialeffect of antioxidants has been and is stillthe immune system. The immune system, anindicator of health and a predictor of anindividual’s longevity, deteriorates with age, asa consequence of oxidation (..), but improvessignificantly with antioxidant supplementation”.On the other hand, antioxidant deficient dietsmay intensify immune system dysfunction. Anadequate consumption of micro-nutrients, thatinclude antioxidant compounds, is essential inorder to preserve system functionality throughoutmaturity and old age.As mentioned previously, the fact that highlevels of hydrogen peroxide accumulate in neutrophilsin healthy elderly persons85 supports the104Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ BOSCÁ, A.una señalización intracelular alterada en las mismas,lo que las puede hacer responder de formainadecuada a los estímulos que les llegan. Así,al envejecer, y teniendo como base el estrésoxidativo, no sólo se altera la respuesta del sistemanervioso, la del endocrino y la del inmunitario,sino también la capacidad de comunicaciónentre ellos, lo que conduce al fallohomeostático que conlleva el aumento en morbilidady mortalidad que tiene lugar con la edad”.Protección antioxidanteSegún una reciente revisión89, “Un sistemafisiológico idóneo para el estudio del efectobeneficioso de los antioxidantes ha sido y estásiendo el sistema inmunitario. Este sistema, indicadorde la salud y predictor de la longevidaddel indivíduo, se va deteriorando al envejecercomo consecuencia de la oxidación (…) y mejorasignificativamente con la suplementación conantioxidantes.” Por otra parte, dietas deficientespueden agravar la disfunción del S.I. ligada alenvejecimiento, mientras que un consumo adecuadode micronutrientes, incluidos los compuestosantioxidantes, es esencial para preservar las funcionesde dicho sistema en la madurez y en laancianidad.El hecho antes mencionado de que se acumulenniveles altos de peróxido de hidrógeno en losneutrófilos de personas mayores sanas85 apoya lahipótesis de que efectivamente se alteran con laedad los mecanismos de defensa antioxidante delas células del S.I. y justifica los estudios paraaclarar el papel que tienen en la preservación dela inmunidad los diversos antioxidantes de ladieta.De acuerdo con lo anterior, Meydani73 señalaque una ingesta insuficiente de vitamina E causaalteraciones de la membrana de las células delS.I. y aumenta la producción de inmunosupresores,como son las prostaglandinas. Según esteautor, “Hay evidencia convincente de que laadministración de antioxidantes de la dieta comola vitamina E aumenta la respuesta inmunitariaen los ancianos y puede proteger contra las infecciones,con la consiguiente mejora de la calidadde vida.” También se ha observado que laingestión de suplementos de vitaminas C y Emejora la función del S.I. de mujeres ancianas90.hypothesis that with age, immune system antioxidantdefence mechanisms are actually altered.This justifies research aimed at elucidating therole that the numerous antioxidants in the dietmay have in the preservation of immunity.Accordingly, Meydani73 indicates that an insufficientvitamin E intake causes alterationsin the membranes of the immune system cellsand increases the production of immunosuppresors,such as the prostaglandins. This author claimsthat “there is convincing evidence that the administrationof antioxidants in the diet, such as vitaminE, increases the immune response in theelderly and may protect against infections, thusresulting in an improvement in the subject’s qualityof life”. The intake of vitamin C & E supplementshas also been observed to improve immunesystem function in elderly women90.As has already been discussed in detail inprevious revisions and experimental studies91-94,thiolic antioxidants have been demonstrated tobe highly efficient in the protection of immunesystem function, which is highly sensitive tothe modulating function of the reduced thiol/oxidated thiol quotient83. For this reason, it ishardly surprising that the previously mentionedthiolic antioxidants (TP & NAC) have a beneficialeffect on the ageing of immune functionsin laboratory mice92-95. A better understandingof the normalising mechanisms that these antioxidantshave on immune system function isof great interest. According to studies revisedby De la Fuente & Victor83, vitamin E and NACnot only normalise antioxidant defence/oxidativestress equilibrium, but also demonstrate antiinflammatoryaction.Due to its possible relevance with regard tofuture clinical applications, the fact that the beneficialeffects of TP are more evident in immunodepressionmodels in prematurely aged mice,through high anxiety levels, than in control miceof the same age, which have aged normally93, isalso of importance. Given that immune dysfunctioncontributes very significantly to morbidityand mortality in elderly persons, the fact that atonly five weeks after administering TP, immunesystem functions were greatly improved in mice93is significant, and could provide the justificationfor clinical studies to test the immune stimulatingproperties of this thiolic compound in humansubjects. In such a way, an assessment couldbe carried out of the usefulness of TP diet suArsPharm 2004; 45 (2): 91-109.OXIDATIVE STRESS AND ANTIOXIDANT DIET SUPPLEMENTATION IN AGEING, ATHEROSCLEROTIC… 105Como se comenta detalladamente en revisionesy estudios experimentales anteriores91-94,losantioxidantes tiólicos han demostrado gran eficacaciapara proteger las funciones del sistemainmunitario, que es muy sensible tanto al estrésoxidativo ligado al envejecimiento como a lafuncion moduladora del cociente tiol reducido/tiol oxidado83. Por ello no puede sorprender quemuestren una acción beneficiosa los dos antioxidantestiólicos ya mencionados (la TP y la NAC)sobre el envejecimiento de las funciones inmunitariasdel ratón de laboratorio92-95. Es interesantepara comprender mejor los mecanismosnormalizadores de estos antioxidantes sobre lafunción del S.I. que, según los trabajos revisadospor De la Fuente y Victor83 la vitamina E y laNAC no sólo normalizan el equilibrio defensaantioxidante/estrés oxidativo sino que muestrantambién una acción anti-inflamatoria.También es importante, por su posible relevanciapara futuras aplicaciones clínicas de losantioxidantes tiólicos, que los efectos beneficiososde la TP son más evidentes en un modelo deinmunodepresión en ratones que envejecen prematuramente,a causa de sus altos niveles de ansiedad,que en los ratones control de la mismaedad que envejecen normalmente93. Puesto quelas disfunciones inmunitarias contribuyen muysignificativamente a la morbilidad y mortalidadde las personas mayores, el hecho de que trassólo 5 semanas de administrar TP a los ratonesya mejoraban muy eficazmente las funciones delS.I.93 podría justificar estudios clínicos para ponera prueba la eficacia inmuno-estimulante dedicho compuesto tiólico. Así se podría valorarla utilidad de la suplementación de la dieta conTP para proteger contra el envejecimiento noóptimo del S.I. que probablemente sufren lossujetos cuyos análisis de plasma sanguíneo muestranniveles altos de peróxidos de lípido, con elconsiguiente estrés oxidativo92,96.CONCLUSIONESLos conceptos sobre el papel clave que tienenen el envejecimiento los radicales libres yel estrés oxidativo encuentran una aceptación casigeneral entre los gerontólogos experimentales yotros científicos interesados en los mecanismosmoleculares del envejecimiento. Por ello tambiénse acepta que la dieta debe tener un nivelpplements in the protection against non-optimalageing of the immune system, in subjects whoseblood plasma shows high levels of lipid peroxides,and consequent oxidative stress92,96, are probablysuffering from.CONCLUSIONSApparently, the key concepts involved in therelationship between ageing, free radicals andoxidative stress are almost generally accepted byboth gerontologists and other scientists interestedin the molecular mechanisms of ageing. Ithas also been accepted that the diet should containan appropriate level of antioxidants to protectagainst the pathogenic effects of oxygen freeradicals, and to obtain a greater “functional longevity”,together with the preservation of health.Even with optimal diets, a loss of oxidant/antioxidantequilibrium takes place throughoutageing, leading to chronic oxidative stress, whichhas a pathogenic role in both normal ageingand in many other degenerative processes. Theincidence of such processes increases with age,representing a threat to the health of the elderly,from conditions such as atherosclerosis and immunedysfunction. These concepts provide thejustification for further research aimed at testingthe hypothesis that the dietary supplementationof hydro soluble antioxidants such as thioprolineand N-acetylcysteine (which have been demonstratedto be effective in the delay of pathologicalageing in laboratory animals) may help to preventpathological ageing in human subjects, whodue to factors concerning genetic inheritance orlifestyle suffer from high levels of oxidative stress.Both of these compounds, which stand out fortheir immune modulating action and mitochondrialprotection, could be useful as dietary supplements(reduced thiolic amino acid precursors),in order to prevent or retard pathologicalprocesses associated with excessive levels of suchstress occurring in disorders such as atherosclerosisand immune dysfunction.On the other hand, the liposoluble “co-antioxidants”from curcumin may also help preventthe pathological processes mentioned, thanksto the protection that they afford against theoxidation of sub-cellular membranes rich in polyunsaturatedfatty-acids.106Ars Pharm 2004; 45 (2): 91-109.MIQUEL, J. RAMÍREZ-BOSCÁ, A.adecuado de antioxidantes para proteger contralos efectos patogénicos de los radicales libres deoxígeno y conseguir una mayor “longevidadfuncional”, con preservación de la salud. Inclusocon una dieta óptima, al envejecer se pierde elequilibrio antioxidantes/oxidantes, lo cual llevaa un estrés oxidativo crónico que tiene un papelpatogénico tanto en el envejecimiento normal comoen muchos procesos degenerativos cuya incidenciaaumenta con la edad, entre los que destacan,por la amenaza que suponen para la preservaciónde la salud de las personas mayores, la aterosclerosisy la disfunción inmunitaria. Esto justificala realización de estudios para poner a pruebala hipótesis de que la suplementación de la dietacon antioxidantes hidrosolubles como la tioprolinay la N-acetilcisteina (que han mostrado eficaciapara retrasar el envejecimiento de animalesde laboratorio) puede ayudar a prevenir elenvejecimiento patológico de los sujetos humanosque por su herencia genética o estilo devida sufren altos niveles de estrés oxidativo. Estosdos compuestos, que destacan por su acción inmunomoduladoray protectora mitocondrial, podríanser útiles como suplementos dietéticos (precursoresde aminoácidos tiólicos reducidos), paraprevenir o frenar los procesos patológicos ligadosa niveles excesivos de dicho estrés, comoson la aterosclerosis y la disfunción inmunitaria.Por otra parte, los “co-antioxidantes” liposolublesde la curcuma también podrían ayudara prevenir los mencionados procesos patológicosgracias a su acción protectora contra la oxidaciónde las membranas subcelulares ricas en ácidosgrasos poli-insaturados.BIBLIOGRAFÍA/BIBLIOGRAPHY1. Miquel J. Historical introduction to free radical and antioxidant biomedical research. En: Miquel J, Quintanilha AT, WeberH. (Eds): CRC Handbook of Free Radicals and Antioxidants, vol.1. Boca Raton, FL: CRC Press; 1989. p. 3-13.2. Bert P. Barometric Pressure: Researches in Experimental Physiology, 1878, translated by Hitchcock MA y Hitchcock FA.Columbus: College Book Co; 1943.3. 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