NENAVAOGIA. Vol. XVIII. Suplemento 1. 1998 E. FROL Disfunción del endotelio, riñón e hipertensión arterial E. Nava Departamento de Fisiología. Facultad de Medicina. Universidad de Murcia. RESUMEN El óxido nítrico (NO) controla la presión sanguínea fundamentalmente por medio de dos mecanismos: dilatando los vasos sanguíneos y favoreciendo la diuresis y natriuresis en el riñón. El papel del NO en la hipertensión es bastante complejo ya que existen importantes diferencias dependiendo del modelo de hipertensión estudiado. En la hipertensión genética, la producción de NO está aumentada tanto en el sistema cardiovascular como en el riñón, probablemente como un mecanismo compensatorio contra la hipertensión. Aunque el NO se libera en mayor cantidad, su bioactividad parece estar disminuida. En la hipertensión renovascular la producción de NO también estaría aumentada. En contraste con la hipertensión genética y renal, en la hipertensión sal-sensible la generación de NO es deficitaria. En la hipertensión esencial humana el mecanismo vasodilatador dependiente de NO está alterado. Palabras clave: óxido nítrico (NO), hipertensión esencial, tono vascular, salsensibilidad. ENDOTHELIAL DYSFUNCTION, KIDNEY AND HYPERTENSION SUMMARY Nitric oxide (NO) regulates blood pressure by two main mechanisms: dilating blood vessels and favouring renal diuresis and natriuresis. The role of NO in hypertension is quite complex, as there are important differences depending on the model of hypertension studied. In genetic hypertension, the production of NO is increased both in the cardiovascular and renal systems, probably as a counterregulatory mechanism against hypertension. However, although NO is released in higher amounts, its bioactivity seems to be diminished. In renovascular hypertension the production of NO is also augmented. In contrast with genetic and renal hypertension, in salt-sensitive hypertension the generation of NO is decreased. In human essential hypertension NO-dependent vasodilatation is altered. Key words: Nitric oxide (NO), hypertension, salt-sensitivity. OXIDO NITRICO Y REGULACION DE LA PRESION ARTERIAL Endotelio El óxido nítrico (NO) se sintetiza a partir del aminoácido L-arginina por una familia de enzimas llaCorrespondencia: E. Nava Departamento de Fisiología Facultad de Medicina Universidad de Murcia Campus Universitario de Espinardo 30100 Espinardo (Murcia) madas NO sintasas (NOS). Una isoforma de estos es un enzima Ca++-dependiente: NOS endotelial (eNOS) que está expresado constitutivamente en las células endoteliales de los vasos sanguíneos 1 y participa en la regulación de la presión arterial 2. El NO liberado por la célula endotelial activa en la célula muscular lisa una guanilato ciclasa que cataliza la formación de GMP cíclico que determina la relajación de la fibra lisa. Los inhibidores de la producción de NO inducen una hipertensión pronunciada y mantenida cuando son administrados in vivo 2, indicando que el sistema cardiovascular está expuesto a un continuo tono vasodilatador producido por la liberación basal de 84 DISFUNCION DEL ENDOTELIO, RIÑON E HIPERTENSION ARTERIAL NO. La actividad de la eNOS está modulada por el shear stress o estrés de rozamiento de la sangre sobre la superficie endotelial que a su vez depende del flujo y la viscosidad sanguíneas 3. Las variaciones en la presión arterial también afectan a la liberación endotelial de NO. En nuestro laboratorio hemos observado que cuando reducimos agudamente la presión arterial en ratas anestesiadas, la producción de NO (medida como nitrato plasmático) disminuye y, por el contrario, las elevaciones en la presión se acompañan de una producción aumentada de NO. Esto sugiere que en la hipertensión se produce una regulación al alza (upregulation) de la producción de NO y lo contrario sucede con la hipotensión 4, 5. Riñón La NOS también se expresa en el riñón y parece tener un importante papel en el control de la presión sanguínea. En el riñón no sólo se expresa la isoforma endotelial de la NOS, sino también las isoformas neuronal (nNOS) e inducible (iNOS). Estas dos últimas son más conocidas por su presencia en el sistema nervioso y en el sistema inmune, respectivamente. La tabla 1 muestra la distribución de las NO sintasas en diferentes estructuras del riñón. La administración de dosis muy bajas de inhibidores de la NOS, que no llegan a tener efectos hemodinámicos, son capaces de reducir la excreción de agua y sodio 11. Por lo tanto, el riñón es un órgano particularmente sensible a la pérdida de NO. Además los inhibidores de la NOS administrados a pequeñas dosis producen una hipertensión volumen-dependiente ya que conducen a un aumento de la presión arterial cuando, al mismo tiempo, se somete al animal a una sobrecarga de sodio 12. En este sentido, la médula renal tiene una especial importancia ya que regula los procesos de natriuresis inducida por presión. El mecanismo subyacente no está muy claro, pero parece estar relacionado con la circulación san- guínea medular y con la particularidad de que el flujo medular no está tan autorregulado como en la corteza 13. Se da la circunstancia de que el NO tiene un importante papel en el control del flujo sanguíneo medular y su bloqueo da lugar a retención de sodio, hipertensión, desplazamiento de la curva presión-natriuresis y, finalmente este flujo se torna anormalmente autorregulable 14, 15 (fig. 1). Madrid y cols. han demostrado que, en comparación con el flujo en la corteza renal, el flujo sanguíneo medular está fundamentalmente regulado por el NO, teniendo muy poca influencia sobre éste los factores vasoconstrictores como la angiotensina y los nervios renales 16. Además la actividad enzimática de la NOS es manifiestamente más alta en la médula renal que en otros tejidos relacionados con la regulación de la presión arterial tales como la propia corteza renal, el corazón o los vasos sanguíneos (fig. 2) 17. Mattson y Bellehumeur destacaron la particular importancia funcional de la isoforma neuronal de la NOS en el control renomedular de la presión arterial 18. Sus hallazgos sugieren que la médula renal tiene una gran capacidad para producir NO y que éste debe cumplir una misión relevante en esta región del riñón. Concretamente se sabe que el NO regula el transporte de Na en la célula epitelial tubular posiblemente inhibiendo la actividad de la bomba ATPasa Na/K 19. Así, el NO disminuiría la excreción de agua y facilitaría la reducción de la presión arterial. EL OXIDO NITRICO EN LA HIPERTENSION ESPONTANEA Endotelio La función endotelial de los vasos de la rata espontáneamente hipertensa (SHR) ha sido un motivo de controversia incluso antes de que se conociera la existencia del factor relajante derivado del endotelio (EDRF). Ya en 1966 Spector y cols. mostraron que los Tabla I. Expresión de las diferentes isoformas de la NO sintasa: endotelial (eNOS), neuronal (nNOS) e inducible (iNOS). cNOS = NOS constitutiva (eNOS + iNOS). Las discrepancias entre autores podrían explicarse por diferencias metodológicas y de sensibilidad. En la cita 10 sólo se analizó iNOS, mientras que los otros trabajos se focalizaron en eNOS y nNOS. Aferente eNOS eNOS eNOS Glomérulo eNOS cNOS eNOS eNOS Eferente eNOS nNOS eNOS Vasa Capilares recta peritubulares eNOS cNOS eNOS eNOS eNOS nNOS iNOS iNOS iNOS Cápsula de Bowman nNOS Túbulo proximal Asa de Henle nNOS cNOS eNOS nNOS Túbulo distal nNOS Mácula densa nNOS cNOS eNOS nNOS iNOS Túbulo colector Ref. 6 7 8 9 10 85 E. NAVA 500 450 Cortical blood flow (U) 400 350 300 250 200 150 100 40 300 Papillary blood flow (U) 275 250 225 200 175 150 125 100 40 60 80 100 120 140 160 Mean arterial pressure (mmHg) Control NAME 60 80 100 120 140 160 Ca2+-dependent NOS activity (pmol/min/g) 700 600 500 400 300 200 100 0 Control NAME 800 a * Renal medulla 200 b 100 0 Heart * Renal cortex Aorta Fig. 1.--Relación entre el flujo sanguíneo cortical y papilar (medular) con la presión arterial media en presencia o ausencia del inhibidor de la síntesis de NO nitroarginina metiléster (NAME) véase como el flujo cortical está autorregulado, es decir, se mantiene casi constante al variar la presión arterial, mientras que el flujo sanguíneo medular no autorregula excepto si falta el NO (de la ref. 15, con autorización). Fig. 2.--Actividad de la NO sintasa (NOS) constitutiva (eNOS + iNOS) en el riñón (a) y el corazón y aorta (b) de ratas normotensas Wistar-Kyoto (WKY, barras blancas) y ratas espontáneamente hipertensas (SHR, barras negras). En ambos tipos de ratas la actividad es mucho mayor en la médula renal. En la médula y el corazón de la SHR la actividad es significativamente mayor que en los mismos tejidos de la rata WKY. *p < 0,05 comparado con el mismo tipo de tejido de la rata WKY (De la ref. 17, con autorización). vasos de la SHR relajan mejor que los de ratas normotensas 20 pero posteriormente se describió lo contrario 21. Tras el descubrimiento del EDRF, la respuesta vasodilatadora endotelio-dependiente de vasos de SHR ha demostrado ser defectuosa 22, 23. Se ha sugerido que este deterioro sería debido a una capacidad disminuida del músculo liso vascular para relajar 21, 22 o a una producción excesiva de factores contráctiles 23. Respecto a la biología del NO en la hipertensión genética, nuestros estudios apuntan a que la actividad y (o) la expresión de la NOS estaría aumentada en arterias de resistencia 24 (fig. 3), corazón 24, 25 (fig. 4), y riñón 9, 17 (fig. 2). Además, la concentración del producto de oxidación del NO, el nitrato, es más alta en ratas SHR que en las controles normotensas 24 (fig. 3). Sin embargo, la acumulación de GMP cíclico en vasos de resistencia es similar en ratas nor86 motensas e hipertensas 24 (fig. 3). Por último, el tono vasodilatador dependiente de NO, (evaluado por los efectos hipertensores de la administración de inhibidores de la NOS) también es similar en hiper- y normotensión 24. Por consiguiente, el NO producido endógenamente estaría aumentado en la SHR, pero sus efectos biológicos están disminuidos posiblemente por un exceso de radicales libres tal y como sugieren los resultados de Nakazono y cols. 26. Corazón El corazón es un órgano diana importante en la hipertensión. La expresión y actividad enzimática de eNOS es más alta en endotelio de corazones de SHR adultas 24, 25 (fig. 4). Ratas SHR muy jóvenes, que no han tenido tiempo de desarrollar hipertensión, no presentan este aumento de actividad 25. Por otro lado, la actividad aumentada de cNOS ocurre a expensas del ventrículo izquierdo que es el que ha de DISFUNCION DEL ENDOTELIO, RIÑON E HIPERTENSION ARTERIAL NOS activity (pmol/g/min) ** Plasma nitrate (umol/L) 80 60 40 20 0 WKY SHR 36 34 32 30 28 26 24 WKY * 160 cGMP (pmol/g) 120 80 40 0 WKY SHR SHR Fig. 3.--De izquierda a derecha: actividad enzimática de la NO sintasa constitutiva (eNOS + iNOS) en arterias de resistencia, nitrato plasmático (índice de producción de NO) y niveles de GMP cíclico en arterias de resistencia de ratas normotensas (WKY) e hipertensas (SHR). Véase que, así como la actividad enzimática y la producción real de NO está incrementada en la rata SHR, la bioactividad de este NO es relativamente menor que en la rata normotensa ya que no es capaz de aumentar adecuadamente los niveles de GMP cíclico (de la ref. 24, con autorización). eNOS 140 KDa menos patentes. Resulta interesante que, mientras que en el sistema cardiovascular la hipertensión conduce a un aumento de la isoforma endotelial, en el riñón aumenta fundamentalmente el enzima neuronal. Dado que el control medular de la presión arterial mediado por NO parece ser de origen nNOS 18, es posible que el riñón se intente adaptar a la hipertensión sobreexpresando nNOS y el sistema cardiovascular por medio de eNOS. EL OXIDO NITRICO EN LA HIPERTENSION RENOVASCULAR En la hipertensión renal la función endotelial está alterada 27 lo que en principio sugiere una producción disminuida de NO. Sin embargo, se ha demostrado que el tratamiento de ratas hipertensas renovasculares con un inhibidor de la síntesis de NO afecta similarmente al flujo sanguíneo de los riñones con reducción de su diámetro arterial y a los contralaterales así como también a los riñones controles normotensos 28. En este trabajo se concluyó que en este modelo de hipertensión, el endotelio, no sólo no es disfuncional, sino que es un componente crítico en la adaptación a la presión arterial elevada 28. Interesantemente, Pucci y cols. han demostrado que la función vasodilatadora endotelial en la hipertensión inducida por coartación aórtica está mediada por NO mientras que en la hipertensión sal-sensible, no es así 29 (ver apartado 4). Estudios recientes han puesto de manifiesto que ratas hipertensas 1K1C acumulan mayor cantidad de GMP cíclico y de metabolitos de NO en comparación con ratas controles 30. Por lo tanto, en la hipertensión renovascular la producción de NO aumentaría para compensar la presión arterial elevada de forma similar a lo que ocurre en la hipertensión genética. 87 Fig. 4.--Expresión de NO sintasa endotelial (eNOS) en corazón de ratas normotensas (WKY) e hipertensas (SHR) (De la ref. 24, con autorización). soportar la presión arterial aumentada en la rata SHR 25. Estas observaciones sugieren una vez más que es la presión arterial elevada la que condiciona el incremento de la actividad NOS. Riñón Estudios realizados en nuestro laboratorio muestran que la actividad de la NOS constitutiva Ca2+dependiente en la médula renal (importante en el control renal de la presión arterial, ver apartado 1.2) es más alta en ratas SHR que en ratas normotensas (fig. 2) 17. En un trabajo aún no publicado realizado en colaboración con Rodrigo y cols., hemos observado que la actividad aumentada de la NOS en la médula de la SHR ocurre fundamentalmente a expensas de la isoforma neuronal y menos de la isoforma endotelial 9. Los riñones de ratas SHR presentan una llamativa inmunotinción para nNOS en los túbulos colectores medulares y en las fibras nerviosas. En los riñones de ratas normotensas esta tinción es menos intensa. Las diferencias en la inmunotinción para eNOS entre ratas normo e hipertensas son H um an en do th el ia lc el ls E. NAVA EL OXIDO NITRICO EN LA HIPERTENSION SAL-SENSIBLE Las ratas Dahl sal-sensibles sufren alteraciones en la función endotelial, aunque en ellas no se detecta una mayor liberación de prostanoides vasoconstrictores como ocurre en la rata SHR31. La inhibición de la síntesis de NO da lugar a un aumento de presión arterial que es más alto en ratas normotensas que en ratas Dahl sal-sensibles, sugiriendo que la síntesis de NO es menor en estos animales 32. En esta línea, Ikeda y cols. han encontrado que la actividad enzimática de la nNOS (la isoforma aparentemente más importante en el control renal de la presión arterial) es menor en riñones de ratas Dahl sal-sensibles en comparación con las ratas sal-resistentes33 (fig. 5). Curiosamente, la producción de NO es más acusada cuando se incrementa el aporte de NaCl a las ratas sal-resistentes que en las ratas hipertensas salsensibles, sugiriendo que las ratas sal-resistentes responden con un aumento en la producción de NO al aumentar la ingesta de sal, mientras que las sal-sensibles no serían capaces de incrementar su formación de NO. Finalmente, la administración de L-arginina es capaz de disminuir la presión arterial en las ratas salsensibles pero no en las sal-resistentes32. Resultados obtenidos en otros modelos de hipertensión sal-sensible, tales como la rata DOCA sal-sensible34 o la rata Sabra sal-sensible35, apuntan en el mismo sentido. EL OXIDO NITRICO EN LA HIPERTENSION HUMANA La experimentación en humanos ha revelado hasta ahora una producción disminuida de NO 36-39. Sin em- bargo, la mayoría de los estudios se han realizado midiendo los cambios en el flujo de sangre del antebrazo en respuesta a inhibidores o estimuladores de la NOS y, desgraciadamente, muy pocos trabajos han medido el NO o sus metabolitos. Vallance y cols. han demostrado la existencia de una relación inversa entre la presión arterial y la caída en el flujo de sangre en la arteria braquial en respuesta a un inhibidor de la NOS (en relación a la respuesta a norepinefrina) de forma que a mayor presión arterial, menor es la producción de NO y viceversa 36. Estudios efectuados por Taddei y cols. 37 han demostrado que la hipertensión esencial se asocia a una producción aumentada de una sustancia vasoconstrictora ciclooxigenasa-dependiente derivada de endotelio, que podría suprimir la funcionalidad del NO de las células endoteliales de forma similar a lo observado hace años en la SHR 23. Este grupo también ha mostrado que la vasodilatación antebraquial producida por acetilcolina está reducida en normotensos descendientes de pacientes hipertensos, demostrando así que la disfunción endotelial puede preceder a la aparición de la hipertensión 38. Finalmente, se ha sugerido que la disfunción endotelial de la hipertensión esencial no sería más que una aceleración del proceso degenerativo endotelial que ocurre normalmente durante el envejecimiento 39. Aunque algunos estudios en animales muestran efectos beneficiosos de la administración de L-arginina en la hipertensión sal-sensible 32, 34, en pacientes sal-sensibles los efectos beneficiosos de este sustrato no son tan claros ya que la capacidad de la L-arginina para producir NO está disminuida cuando los enfermos sufren una sobrecarga de sal 40. Parte de los resultados expuestos en esta revisión han sido financiados con el proyecto FIS 96/1329. Endothelial type NOS 200 n.s. NOS activity (dpm/ug) 150 NOS activity (dpm/ug) 100 60 40 20 0 Salt-Sensitive Salt-Resistant 120 Neural type NOS p < 0,01 100 50 0 Salt-Sensitive Salt-Resistant Fig. 5.--Actividad enzimática de endotelial y neuronal NOS (eNOS y nNOS) en riñón de ratas Dahl sal-sensibles y sal-resistentes. Véase como la actividad de nNOS, pero no la de eNOS es menor en la rata hipertensa sal-sensible comparada con la normotensa sal-resistente (De la ref. 33, con autorización). 88 DISFUNCION DEL ENDOTELIO, RIÑON E HIPERTENSION ARTERIAL Bibliografía 1. Busse R, Mülsch A: Calcium-dependent nitric oxide synthesis in endothelial cytosol is mediated by calmodulin. FEBS letts 265: 133-136, 1990. 2. Rees DD, Palmer RMJ, Moncada S: Role of endothelium-derived nitric oxide in the regulation of blood pressure. Proc Natl Acad Sci USA. 86: 3375-3378, 1989. 3. Buga GM, Gold ME, Fukuto, JM, Ignarro L: Shear stress-induced release of nitric oxide from endothelial cells grown on beads. Hypertension 17: 187-193, 1991. 4. Nava E, Wiklund NP, Salazar FJ: Changes in nitric oxide release in vivo in response to vasoactive substances. Br J Pharmacol 119: 1211-1216, 1996. 5. Nava E, Leone AM, Wiklund NP, Moncada S: Detection of release of nitric oxide by vasoactive substances in the anaesthesized rat. 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