Impactul Stress Ului Oxidativ Asupra Disfunctiei Vasculare Si a Hipertensiunii Arteriale din Preeclampsie

Bolile hipertensive ale sarcinii complică aproape 7-10% din sarcini. Hipertensiunea arterială și proteinuria, care definesc preeclampsia (PE), probabil, reprezintă stadiul tardiv al unei patologii care ȋncepe foarte devreme ȋn timpul sarcinii.

Clinic, PE este clasificată ca PE ușoară sau severă ȋn funcție de severitatea semnelor și simptomelor, precum și prezența complicațiilor materne și fetale. O altă clasificare utilizată în mod obișnuit, împarte PE ȋn PE cu debut tardiv și PE cu debut precoce, această clasificare bazându-se pe vârsta gestațională ȋn momentul diagnosticului sau naSterii. Această abordare are o valoare prognostică , deoarece un debut precoce al PE are un risc semnificativ mai mare de complicații materne și fetale (1).

Este recunoscut faptul că stress-ul oxidativ (SO) joacă un rol central în fiziopatologia multor boli, inclusiv complicații ale sarcinii ca preeclampsia.

Dezvoltarea anormală a placentei se consideră ca ar fi implicată ȋn fiziopatologia preeclampsiei. Malperfuzia placentară rezultată poate fi asociată cu fluctuații ale nivelului de oxigen, ceea ce duce la apariția SO. În contrapondere, mai multe sisteme antioxidante s-a dovedit că sunt stimulate sau subexprimate în placentă și/sau circulația maternă în timpul PE. Un astfel de răspuns alterat antioxidant poate duce la creșterea peroxidării lipidice. Consecințele schimbărilor de statut antioxidant pot afecta transmiterea semnalului căilor enzimatice legate de sinteza eicosanoizilor (4).

Toate aceste probe, oferă o puternică rațiune ȋn a considera antioxidanții ca o potențială terapie ȋn preeclampsie. Din păcate, studii recente asupra vitaminei C și E într-un număr de setări diferite, nu au dovedit că terapia antioxidantă ar fi de succes (22). Acest eșec contrastează izbitor cu efectele benefice observate in vitro, asupra căilor specifice de transducție a semnalului și a rezultatelor placentare la provocarea oxidativă (7). Diferența poate rezulta din incapacitatea vitaminelor de a accesa compartimentul celulelor trofoblastice în concentrația necesară, în vivo. În schimb, este de remarcat faptul că utilizarea multivitaminelor în perioada periconcepțională este asociată cu un risc redus de preeclampsie la femeile slabe sau cu greutate normală. De asemenea, la femeile cu un aport scazut de vitamina C a fost raportată o tendință de risc crescut a preeclampsiei (14).

Oxigenul este adesea menționat ca gazul Janus, deoarece are atât beneficii pozitive cât și efecte secundare potențial dăunătoare pentru sistemele biologice. Reactivitatea permite oxigenului să participe la transferurile de electroni de mare energie și prin urmare, să sprijine generarea de cantități mari de ATP prin fosforilarea oxidativă. Acest lucru este necesar pentru a permite evoluția organismelor multicelulare complexe, dar și atacarea oricărei molecule biologice, de tip proteine, lipide sau ADN. Prin urmare, organismele se găsesc sub un atac constant oxidativ al speciilor reactive de oxigen (ROS). Pentru menținerea acestui atac ȋn echilibru, a evoluat un sistem complex de apărare antioxidantă, perturbarea acestui echilibru ducând la instalarea stress-ului oxidativ (8).

Stress-ul oxidativ apare atunci când producția celulară de specii reactive de oxigen, inclusiv cele asociate cu metabolismul normal oxidativ, depășește capacitatea de protecție a apărării antioxidante. Speciile reactive de oxigen intracelulare sunt produse în mitocondrii ca un produs secundar al metabolismului celular normal și în citoplasmă prin actiunea xantin-oxidazei și activității NADPH oxidazei (12).

Termenul “specii reactive de oxigen” se aplică atât radicalilor liberi cât și intermediarilor lor non-radicali. Radicalii liberi sunt definiți ca specii care conțin unul sau mai mulți electroni nepereche și pot fi generați din mai multe elemente, dar în sistemele biologice cele mai importante sunt cele care se refera la oxigen și azot. În condiții fiziologice, cel mai frecvent radical liber este anionul superoxid (O2•−), a cărei sursă principală sunt mitocondriile (6).

Disfuncția endotelială, stress-ul oxidativ și remodelarea placentară

Disfuncția endotelială este esențială pentru riscul asociat al preeclampsiei și se consideră că ar fi produsă de factori circulanți eliberați ca urmare a ischemiei/hipoxiei placentare. Disfuncția endotelială maternă duce la creșterea rezistenței sistemice, ceea ce reduce perfuzia pentru toate organele, inclusiv placenta, propagându-se în continuare ischemia placentară și promovarea unui ciclu distructiv. Neconcordanța dintre producția de factori pro- și antiangiogenici, inflamația excesivă și inducerea stress-ului oxidativ în endoteliu, determină importante disfuncții endoteliale (5).

Deteriorarea endoteliului vascular, care rezultă din generarea de radicali liberi poate apare de la 20 de săptămâni de sarcină și se poate agrava odată cu creșterea cererii de oxigen din circulația maternă de către placenta ȋn creștere (2).

Unele specii reactive de oxigen și azot pot acționa chiar ca mesageri: la un nivel scăzut, ele sunt molecule de semnalizare, iar la niveluri ridicate ele pot deteriora organite, în special mitocondriile. Daunele oxidative și disfuncția mitocondrială asociată poate duce la epuizare energetică, acumularea de mediatori citotoxici și moartea celulelor (20).

Unul dintre rezultatele injuriei endoteliale este creșterea permeabilității vasculare cu pierderea concomitentă de micronutrienți, care sunt esențiali pentru făt, printre acești micronutrienți fiind aminoacizii care acționează ca factori de creștere fetali (19).

Isoprostanii sunt produși biologic activi, funcționând ca vasoconstrictori atât în placentă, cât și în alte organe materne, pentru stimularea producerii de endotelina-1 din celulele endoteliale și pentru declanșarea activării trombocitelor. Mai mulți cercetători au emis ipoteza că, la femeile cu risc de preeclampsie, placenta produce un exces de specii reactive de oxigen, astfel că este posibil ca un dezechilibru între isoprostani și alți prooxidanți și funcțiile antioxidante, poate face parte din mecanismul care stă la baza dezvoltării preeclampsiei (21).

Placenta umană este unică, deoarece vilozitățile coriale se formeaza inițial pe întreaga suprafață a sacului corionic. În prezent, este recunoscut faptul că stress-ul oxidativ joacă un rol central în acest proces și așa cum se întâmplă în toate sarcinile, acest lucru poate fi considerat fiziologic.

Aprecierea asupra mediul intrauterin în timpul sarcinii umane a suferit o revizuire radicală în ultimele două decenii. Acum este acceptat faptul că dezvoltarea placentei se produce într-o concentrație relativ scăzută de oxigen, susținută de secreții ale glandelor endometriale, mai degrabă decât de circulația maternă. Acest mediu protejează embrionul ȋn curs de dezvoltare de radicalii liberi de oxigen, care mediază teratogeneza. Sângele arterial matern este împiedicat să intre în spațiul intervilos al placentei prin obstruarea cu celule citotrofoblastice extraviloase a emergenței arterelor spiralate uterine, ca parte a procesului de conversie fiziologică. Circulația maternă intraplacentară este pe deplin stabilită la sfârșitul primului trimestru, când aceste obstrucții sunt dislocate printr-un mecanism care în prezent este necunoscut (11).

Mulți investigatori au demonstrat că invazia insuficientă a trofoblastului extravilos în țesutul matern și diferențierea depreciată, a condus la apariția disfuncției placentare și la o perfuzie placentară redusă, asociate cu preeclampsie și restricție de creștere intrauterină (15).

Aceste evenimente descrise ca “placentație săracă”, se caracterizează prin invazie interstițială insuficientă și înlocuirea endovasculară cu trofoblast extravilos. Acest fenomen este probabil legat de factori multipli, inclusiv aberații imunologice și stress oxidativ (17).

Stress-ul oxidativ se manifestă la nivelul interfeței materno-fetale începând devreme ȋn sarcină. Acesta joacă un rol atât în dezvoltarea normală a placentei, cât și în fiziopatologia complicațiilor, cum ar fi avortul spontan, preeclampsia, restricția intrauterină de creștere și ruperea prematură a membranelor (10).

Placenta are un rol important în timpul sarcinii, ca interfață între mamă și făt, referindu-ne la faptul ca oferă o interfață pentru schimbul de substanțe nutritive și gaze, sintetizează și secretă o serie de hormoni steroizi și peptide, ca și furnizarea unei bariere imunitare ȋntre mamă și fătul semi-alogen. Măsurători ale markerilor de stress oxidativ în sângele matern și urină, arată că sarcina în sine este o stare de stress oxidativ, datorită activității metabolice mari a placentei și metabolismului matern din timpul sarcinii. Producția de 8-iso-PGF2α este crescută ȋn țesutul placentar incubat provenit de la femeile cu preeclampsie, comparativ cu țesutul de la o sarcină normală (18).

Placenta a fost descrisă ca fiind oglinda mortalității și morbidității perinatale. Dovezile indică placenta ca o sursă cheie de factori care conduc la disfuncția celulelor endoteliale materne în preeclampsie. Acest lucru este evidentiat prin faptul că semnele clinice și leziunile specifice preeclampsiei se remit în termen de zile de la încetarea sarcinii.

Pentru a vedea care ar putea fi leziunile induse placentar la femeile preeclamptice, în contextul stress-ului oxidativ prezent în preeclampsie și pentru a determina prevalența rezultatelor histologice sugestive pentru perfuzia deficitară maternă a placentei, am efectuat un studiu histologic al placentei, care a fost recoltată imediat în postpartum, dupa nastere, la cazurile cu PE.

Într-un studiu efectuat asupra placentelor provenite din sarcinile cu PE am ȋntâlnit leziuni caracteristice unui debut treptat de durată medie, caracterizat prin aparitia în 51,8% din cazurile cu PE ușoară a depozitelor fibrinoide intervilozitare și în 56,2% a infiltratului inflamator. În cazul PE severe, incidența depozitelor fibrinoide intervilozitare a fost de 74,4% și a infiltratelor inflamatorii, de 76,4%. Leziunile caracteristice unui debut treptat cu durată prelungită, leziuni mai vechi, caracteristice PE cu debut precoce, au fost reprezentate de vilozități stem cu vase dilatate trombozate (35,94% ȋn PE ușoară vs 63.16% ȋn PE severă), vilozități intermediare mature mici de aspect pseudoangiomatos (67.19% ȋn PE ușoară vs 89.47% ȋn PE severă), vilozități stem cu zone întinse de material intens eozinofilic deci impregnare calcară (57.81% ȋn PE ușoară vs 84.21% ȋn PE severă).

În mod specific, vilozitățile pot prezenta un aspect de maturitate accelerat, cu dimensiuni mai mici și aspect pseudoangiomatos, modificări care măresc suprafața și schimbul de oxigen.

Caracteristica leziunilor placentare microscopice ȋn studiul nostrum, au fost vilozitățile hipoplazice cu aspect pseudoangiomatos, la cazurile care au prezentat un status de creștere a stress-ului oxidativ, demonstrat prin dozarea izoprostanului. La aceste cazuri, prin corelarea statistică a leziunii specific placentare cu tipul PE la toate cazurile investigate, sarcina normala, sarcina cu HTAG, sarcina cu PE ușoară și severă, am ȋntâlnit o corelare înalt semnificativă statistic în cadrul vilozităților hipoplazice cu aspect pseudoangiomatos (p Chi patrat < 0.0001).

Evaluarea stress-ului oxidativ

Peroxidarea lipidică duce la formarea de produși intermediari ai leziunii celulare extrem de reactivi, la alterarea funcției celulare și la producerea de compuși bioactivi. Abundența produșilor generați de peroxidarea lipidică, face ca aceștia să reprezinte markeri adecvați ai stress-ului oxidativ crescut, permițând astfel o introspecție în mecanismele injuriei vasculare (16). Există o serie de abordări analitice, care permit cuantificarea peroxidării lipidice sau a radicalilor liberi catalizați care induc injuria ADN sau a proteinelor. Cu toate acestea, multe dintre aceste tehnici suferă din cauza lipsei de sensibilitate și specificitate. Într-un studiu din 2005, numit Biomarkers of Oxidative Stress Study (BOSS), sponsorizat de National Institutes of Health, s-a constatat că o cuantificare a F2-IsoPs reprezintă metoda cea mai precisă pentru a evalua starea de stress oxidativ in vivo (13).

Isoprostanii sunt membri ai unei familii complexe de lipide, izomeri ai prostaglandinelor convenționale derivate enzimatic, care sunt produse in vivo în primul rând, dacă nu exclusiv, de peroxidarea radicalilor liberi, reacție catalizată de acizi grași polinesaturați. Majoritatea lucrărilor au fost concentrate pe un grup de izomeri ai derivaților enzimatici PGF2α, numiti F2-isoprostani. Datorită :

-mecanismului lor de formare,

-stabilității chimice și

-dezvoltării rapide a metodelor sensibile pentru măsurarea lor,

aceștia sunt folosiți ca indicatori neinvazivi ai stress-ului oxidativ in vivo.

Isoprostanii au fost propuși ca markeri ai degradării oxidative, dar ei exercită, de asemenea, acțiuni biologice. Isoprostanii sunt vasoconstrictori puternici ȋn rinichi, plămâni, inimă, creier și placentă. Placenta umană conține, produce și secretă isoprostani, isoprostanul fiind unul dintre factorii responsabili de vasoconstricția placentară.

Au fost definite nivelurile normale de F2-IsoPs la oamenii sănătoși. Isoprostanul F2 liber și estrificat este printre formele mai abundente in vivo cu niveluri cuprinse între 40 și 170 pg/ml în plasma umană ȋn mod normal (3).

Într-un studiu prospectiv efectuat pe 156 gravide care au reprezentat 114 gravide cu preeclampsie și un lot de 42 gravide cu o evoluție normală a sarcinii, considerat ca lot martor, am cercetat implicarea stress-ului oxidativ din preeclampsie, prin evaluarea 8-isoprostanului (8-iso-PG F2α) ȋn trimestrul III de sarcina.

Clasificarea pacientelor cu preeclampsie s-a realizat pe baza criteriilor Societatii Internaționale pentru Studiul Hipertensiunii în timpul sarcinii (ISSHP – International Society for the Study of Hypertension in Pregnancy).

Am cuantificat valorile plasmatice ale 8-iso-PG F2α, cu tipul de preeclampsie și am constatat că în PE severă valoarea medie a 8-iso-PG F2α, a fost de 2670.53 pg/ml, comparativ cu o valoare medie de 1112.98 pg/ml, ȋn PE ușoară.

Am găsit o diferență semnificativă statistic ȋntre PE severă și toate celelalte tipuri de PE, cu o corelare statistică înalt semnificativă, p < 0.0001, rezultatele noastre confirmând prezența unei corelații pozitive între biomarkeri ai stress-ului oxidativ și severitatea sindromului de preeclampsie.

Am încercat sa stabilim o valoare cut-off pentru 8-iso-PG F2α la ambele tipuri de preeclampsie, pentru a diferenția pacintele cu preeclampsie severă de restul pacientelor, în ceea ce privește evoluția complicațiilor în funcție de valoarea 8-iso-PG F2α.

Această diferențiere este importantă, deoarece o valoare prag ne poate suspiciona o sarcină care evoluează către preeclampsie, sau și mai important, către ce tip de preeclampsie, severă sau ușoară. Pe baza valorilor cut-off calculate am luat ȋn calcul indicatorii statistici care ne pot da relații asupra implicarii creșterii 8-iso-PG F2α în evoluția complicațiilor preeclampsiei severe.

În cazul PE severe, oricare dintre valorile 8-iso-PG F2α, ar putea constitui un prag viabil pentru a discerne ȋntre pacientele cu preeclamsie severă și restul pacientelor, deoarece atât senzitivitatea câtșsi specificitatea au valori ridicate, de aproape 70%, ȋnsă recomandăm folosirea valorii de 780 pg/ml ca prag, deoarece la valoarea 782 avem suma maxima ȋntre Sn (73,68%) și Sp (71.22%).

Ca aplicabilitate practică, valoarea predictiv pozitivă de 25,93%, la o valoare de 782 pg/ml, arată faptul că în cazul unor valori mari, există o probabilitate de peste 25% să avem o evoluție spre o preeclampsie severă. Valoarea predictiv negativă de 95,19%, la aceeași valoare prag, arată că, dacă nu avem aceste valori, probabilitatea de a evolua fără complicații majore ale preeclampsiei, este de peste 95%, deci, probabilitatea de PE severă este de aproximativ 5%.

Bazându-ne pe aceleași criterii, recomandăm folosirea valorii de 435 pg/ml ca prag, pentru PE ușoară, deoarece pentru această valoare avem suma maxima ȋntre Sn (86,75%) și Sp (64.00%).

Ca aplicabilitate practică ȋn cazul PE ușoare, valoarea predictiv pozitivă de 72,73%, la o valoare de 435 pg/ml, arată că dacă avem valori mai mari, avem și o probabilitate de peste 72% pentru evoluția spre preeclampsie. Valoarea predictiv negativă de 81,36%, arată că ȋn peste 81% din cazuri nu vom avea o PE, altfel spus, probabilitatea de PE ușoară este de aproximativ 29%, deci totuși destul de ridicată.

Stress-ul oxidativ este un fenomen normal în sarcina normotensivă (9), găsit la valori medii de 478,93 pg/ml la sarcinile din lotul martor ȋn studiul nostru, dar, în preeclampsie, stress-ul oxidativ este exagerat și poate duce la un potențial mai mare de injurie oxidativă endotelială.

Aceste rezultate indică faptul că stress-ul oxidativ exista înainte de debutul clinic din preeclampsie, sugerând în plus că dozarea F₂-isoprostanilor poate fi utilizată ca un ghid pentru reducerea riscului și/sau severității preeclampsiei.

Cercetările noastre sprijină ipoteza că excreția mare de isoprostan împreună cu producția scăzută de antioxidant, determină un dezechilibru al stress-ului oxidativ și poate precede recunoașterea clinic a instalării preeclampsiei.

Concluzii

Cauza stress-ului oxidativ este considerată ca fiind vasculară, deoarece debutul precoce al PE este asociat cu conversia deficitară a arterelor spiralate.

Exista o corelație pozitivă între biomarkeri ai stress-ului oxidativ și severitatea sindromului de preeclampsie, Isoprostanul fiind unul dintre factorii responsabili de vasoconstricția placentară.

Disfuncția endotelială maternă duce la instalarea unei rezistențe sistemice crescute, care reduce perfuzia tuturor organelor, inclusiv a placentei, determinând propagarea în continuare a ischemiei placentare și promovarea unui ciclu distructiv.

Până în prezent, nu a fost identificat un singur factor care poate fi implicat pentru toate cazurile de preeclampsie. Aceasta indica faptul că adevărata cauzalitate nu a fost încă descoperită și că sindromul poate fi inițiat de o varietate de stimuli.

Se pare ca medicația antioxidantă nu poate regla modificările instalate ȋntr-o sarcină cu risc de preeclampsie. In schimb, terapia antioxidantă din perioada periconcepțională ar reduce riscul de preeclampsie.

S-a stabilit că măsurarea 8-iso-PG F2α este abordarea cea mai de încredere pentru a evalua starea de stress oxidativ in vivo, oferind un instrument important de explorare a rolului stress-ului oxidativ în patogenia oricărei boli umane. In plus, produșii căii de formare a isoprostanilor ar exercita acțiuni biologice puternice și pot reprezenta, prin urmare, mediatori fiziopatologici ai acestei patologii specifice sarcinii.

Bibliografie

ACOG practice bulletin, Diagnosis and management of preeclampsia and eclampsia. Obstet Gynecol. 2002; 99(33):159–67

Atiba AS, Abbiyesuku FM, Niran-atiba TA, Oparinde DP, Ajose OA, Akindele RA, Free radical attack on membrane lipid and antioxidant vitamins in the course of pre-eclamptic pregnancy, Ethiop J Health Sci. 2014;24(1):35-42

Bastani NE, Gundersen TE, Blomhoff R, Determination of 8-epi PGF(2alpha) concentrations as a biomarker of oxidative stress using triple-stage liquid chromatography/tandem mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2009;23: 2885–2890

Bilodeau JF, Review: maternal and placental antioxidant response to preeclampsia – impact on vasoactive eicosanoids, Placenta. 2014;35 Suppl:S32-8

Brennan LJ, Morton JS, Davidge ST, Vascular dysfunction in preeclampsia. Microcirculation, 2014; 21: 4–14

Cadenas E, Davies KJA, Mitochondrial free radical generation, oxidative stress, and aging. Free Rad Biol Med. 2000;29:222–230

Cindrova-Davies T, Spasic-Boskovic O, Jauniaux E, Nuclear factor-kappa B, p38, and stress-activated protein kinase mitogen-activated protein kinase signaling pathways regulate proinflammatory cytokines and apoptosis in human placental explants in response to oxidative stress: effects of antioxidant vitamins. Am J Pathol. 2007;170:1511–1520

Halliwell B, Gutteridge JMC, 3rd ed. Oxford Science Publications; Oxford: 1999. Free radicals in biology and medicine,187-188

Idonije OB, Festus O, Okhiai O, Akpamu U, A Comparative Study of the Status of Oxidative Stress in Pregnant Nigerian Women, Research Journal of Obstetrics and Gynecology, 2011;4: 28-36

Jauniaux E, Poston L, Burton GJ, Placental-related diseases of pregnancy: involvement of oxidative stress and implications in human evolution. Hum Reprod Update. 2006;12:747–755

Jauniaux E, Watson AL, Hempstock J, Onset of maternal arterial bloodflow and placental oxidative stress; a possible factor in human early pregnancy failure. Am J Pathol. 2000;157:2111–2122

Jones ML, Mark PJ, Lewis JL, Mori TA, Keelan JA, Waddell BJ, Antioxidant defenses in the rat placenta in late gestation: increased labyrinthine expression of superoxide dismutases, glutathione peroxidase 3, and uncoupling protein 2, Biol Reprod. 2010;83(2):254-60

Kadiiska MB, Gladen BC, Baird DD, Germolec D, Graham LB, Parker CE, et al. Biomarkers of Oxidative Stress Study II: Are oxidation products of lipids, proteins, and DNA markers of CCl4 poisoning? Free Radic Biol Med. 2005; 38:698–710

Klemmensen A, Tabor A, Osterdal ML, Intake of vitamin C and E in pregnancy and risk of pre-eclampsia: prospective study among 57 346 women. BJOG. 2009;116:964–974

Lash GE, Otun HA, Innes BA, Percival K, Searle RF, Searle RF, Robson SC, Bulmer JN. Regulation of extravillous trophoblast invasion by uterine natural killer cells is dependent on gestational age. Hum Reprod 2010; 25: 1137–1145

Minuz P, Fava C, Lechi A, Lipid peroxidation, isoprostanes and vascular damage, Pharmacol Rep. 2006;58 Suppl:57-68

Murata M, Fukushima K, Takao T, Seki H, Takeda S, Wake N, Oxidative stress produced by xanthine oxidase induces apoptosis in human extravillous trophoblast cells, J Reprod Dev. 2013;59(1):7-13

Palm M, Axelsson O, Wernroth L, Basu S, F(2)-isoprostanes, tocopherols and normal pregnancy. Free Radic Res 2009;43(6):546–52

Pramono BA, Kristanto H, Serum 8-isoprostane increased in pre-eclampsia, Univ Med 2012;31:43-51

Rudov A, Balduini W, Carloni S, Perrone S, Buonocore G, Albertini MC, Involvement of miRNAs in placental alterations mediated by oxidative stress, Oxid Med Cell Longev. 2014;2014:103068, doi: 10.1155/2014/103068.

Scholl TO, Leskiw M, Chen X, Sims M, Stein TP,, Oxidative stress, diet, and the etiology of preeclampsia, Am J Clin Nutr. 2005;81(6):1390-6

Xu H, Perez-Cuevas R, Xiong X, An international trial of antioxidants in the prevention of preeclampsia (INTAPP) Am J Obstet Gynecol.2010;202:239.e1–239.e10