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ACTA MËDICA PORTUGUESA 1992; 5:87-90 ARTIGO DE REVISÃO ENVELHECIMENTO E RADICAIS LIVRES* CARLOS MANSO instituto de Química Fisiológica. Faculdade de Medicina. Lisboa. RESUMO...

ACTA MËDICA PORTUGUESA 1992; 5:87-90 ARTIGO DE REVISÃO ENVELHECIMENTO E RADICAIS LIVRES* CARLOS MANSO instituto de Química Fisiológica. Faculdade de Medicina. Lisboa. RESUMO Apresentam-se diversas teorias do envelhecimento. Realça-se o facto de todas elas contribuirem para o esclarecimento do problema, porém nenhuma engloba todos os seus aspectos. Descreve-se o modo como os radicais de oxigénio produzidos na combustão celular, contribuem para o envelheci mento através de microlesões cumulativas ao longo da vida. Analisa-se a importância da glucose através da formação de compostos de Maillard precoces e tardios. Discutem-se outras causas de envelhecimento. SUMMARY Aging and free radicais Several theories on aging are presented. AlI of them give important contributions but none explains ali the aspects of the problem. Oxygen radicaIs produced during cellular combustion contribute to aging through multiple cumuiative microlesions throughout life. The importance of glucose is emphazised; it forms early and late Maillard compounds. Other causes of aging are discussed. etapas estariam programadas e resultariam da desrepressão sucessiva dos genes, causando uma transição fenotípica. ENVELHECIMENTO E RADICAIS LIVRES O declínio progressivo resultaria da menor produção de energia para a diferenciação celular e para a manutenção da Em 1950 havia na Terra 214.106 indivíduos com mais de homeostase, da acumulação de produtos tóxicos resultantes 60 anos. Espera-se no ano 2025 esse número atinja 1112.10 ~ de combustão dependentes do oxigénio e de outras origens, Estes números dão uma ideia da importância do fenómeno que causariam pequenas lesões cumulativas ao longo da do envelhecimento na espécie humana. vida. Convém definir duas expressões: esperança de vida e dura Teorias dos radicais livres A produção de energia ção máxima de vida. Esperança de vida é o número médio depende de combustíveis (glucose, lípidos, aminoácidos) que de anos de vida que atingem os indivíduos de uma dada são oxidados na presença de oxigénio. Cerca de um a três espécie. Para os seres humanos ela era de 45 anos em 1990, por cento do oxigénio consumido pelo organismo humano mas em 1983 atingiu os 71 anos para os homens e os 78 para em condições normais é transformado em radicais livres. A as mulheres. Duração máxima de vida é a idade máxima percentagem será maior se o consumo for excessivo. Estes alcançada por um membro de uma espécie. Para a espécie radicais livres de oxigénio irão produzir pequenas lesões, humana ela é de 115 anos. Neste século a esperança de vida insignificantes por si, mas que ao longo dos anos se irão tem vindo a aumentar, mas a duração máxima permanece acumular, substituindo os parenquimas normais por tecido constante. cicatricial. As defesas antioxidantes diminuem com o tempo, de TEORIAS DO ENVELHECIMENTO modo que com a evolução da vida há uma mudança do potencial redox, no sentido da oxidação. Teoria da degradação contínua Esta hipótese admite Outros compostos intervêm na geração de radicais livres; que em qualquer ser biológico, a taxa de reparação é menor em primeiro lugar os açúcares que espontaneamente se auto que a taxa de degradação. xidam ou reagem com proteinas formando compostos de Em resultado haveria alterações quantitativas (perda de Amadori, geradores de radical superóxido. Os ácidos gordos ADN, de ARN) e alterações quantitativas de que resulta reagem com oxigénio activado gerando lipoperóxidos agres perda de informação que origina mutações em células somá sivos, que se clivam gerando malonil dialdeido, formador de ticas, deficiências dos mecanismos reguladores da síntese ligações cruzadas. Há que contar também com os inúmeros proteíca aparição de agentes que induzem ligações cruzadas metais do organismo, em especial ferro e cobre, sempre cui (MDA, FF1, etc). Orgel em 1963 admitia que o envelheci dadosamente quelatados por porfirinas ou por proteínas, mento consiste na perda de especificidade de tradução na pois logo que libertados, têm a capacidade de gerar radicais síntese proteíca, de que resultava a formação de proteínas livres de oxigénio, em especial hidroxilo. alteradas. Teoria dos tóxicos ambientais e outros No ambiente Teoria da programação prévia Segundo os seus apoian existem numerosos tóxicos que connosco interactuam, tes o envelhecimento seria uma etapa da programação, com pouco podendo ser feito para o evitar. Os raios UV que a expressão genética, tal como qualquer outra. Haveria uma camada de ozono impedia de afectarem a superfície da terra primeira fase do ciclo de vida, caracterizada por diferencia em doses elevadas, vão aumentando progressivamente. O ção celular, crescimento, até alcançar a maturidade sexual, aumento de calor resultante do efeito estufa coloca o homem seguida de uma segunda fase de declínio progressivo da efi numa temperatura a que não está habituado. Os poluentes ciência fisiológica, até se atingir o momento de incapacidade atmosféricos, clorofluorocarbonados, óxidos de azoto, herbi de manter a homeostase, que define a morte. Todas estas cidas, afectam cada vez mais o ambiente. Os alimentos são cozinhados de modos diferentes; o calor do fogo é substi * Comunicação apresentada no III Encontro Nacional de Investigação em tuido pelo microondas, de que resultam transformações dife Saúde. Faculdade de Medicina de Lisboa. 8 a li de Maio de 1991. Recebido para publicação: 3 de Junho de 1991. 87  RADICAIS LIVRES rentes das proteínas e sabores diferentes das comidas; estes OS AÇÚCARES COMO CAUSA DE ENVELHECIMENTO efeitos ainda são difíceis de avaliar. Finalmente a ingestão desmedida de compostos vários, Em 1912 Louis Camille Maillard fez a seguinte experiên gordura não saturada, vitamina E em doses elevadas, bebi cia: aqueceu 1 parte de glicina com 4 partes de glucose em das alcoólicas (geradoras de radicais livres) alimentos ricos água. Passados 10 minutos a mistura tornava-se amarela e em açúcares autoxidáveis, o fumo do tabaco (contém radi depois castanha, libertando-se anidrido carbónico. Outros cais de azoto, de alcatrões, radicais hidroxilo) vem contribuir aminoácidos reagiam do mesmo modo e a alanina era o mais para uma modificação negativa da esperança de vida. activo. Experimentou outros sacáridos e verificou que a xilose e arabinose reagem instantaneamente; a frutose, galac FORMAS ACTIVAS DE OXIGÉNIO tose, glucose e manose reagem depressa; a lactose e maltose lentamente e a sacarose não reage durante várias horas. Este Podemos considerar três grupos de formas activas de Autor apresentou a hipótese de que os açucares destroem os oxigénio. - aminoácidos com que reagem. Esta reacção passou a Formas fisiológicas O radical superóxido (0~) e o peró denominar-se reacção de Maillard, e ocorre in vivo durante a xido de hidrogénio são gerados normalmente no metabo glicosilação não enzimática de proteínas (hemoglobina, albu lismo intermediário. A sua toxicidade é diminuta. Existem mina, etc). potentes sistemas para a sua neutralização: a superóxido dis Quando as proteínas de alimentos são armazenadas na mutase, a catalase e a peroxidase do glutatião. presença de açúcares redutores, elas sofrem um processo de Formas patológicas primárias O radical hidroxilo envelhecimento, caracterizado pela aparecimento de cor cas (HO) e o oxigénio singleto (‘02) são muito tóxicos. Como tanho escura e ligações cruzadas que afectam a actividade não são formados habitualmente, não há enzimas neutraliza biológica das proteínas. dores. A protecção é endógena por compostos neutralizado Alterações semelhantes ocorrem em proteínas de longa res como o ácido úrico ou exógena através das vitaminas E, duração como as cristalinas e o colagénio, quando incubadas C e A e ainda dos carotenoides. com hexoses. Formas patológicas secundárias Radicais alcoxi (R Diversas observações implicam a reacção de Maillard nos -C:O) e peroxi (R-C:0:0) resultam da acção de HO e ‘02 processos de envelhecimento: sobre ácidos gordos não saturados, que são clivados em 1. as alterações que ocorrem com a idade são mais inten aldeidos tóxicos e malonil dialdeido (MDA). Este forma sas em tecidos não renováveis (SNC, cristalino). ligações cruzadas com grupos amina de proteínas, fosfolípi 2. a existência de diabetes acelera a tendência para o dos, ácidos nulceícos, etc: envelhecimento. 3. estas alterações são retardadas por restrição alimentar. RN, RN 4. tanto a diabetes como a restrição alimentar actuam em 0= CH-CH2 -CH = O __________R-N-0-C-C-C-N-R sentido contrário sobre a glicemia e afectam a concentração MDA ligação cruzada intracelular de açúcares redutores. FORMAÇÃO NORMAL DE RADICAIS DE OXIGÉNIO NO ORGANISMO ALTERAÇÕES RELACIONADAS COM A IDADE EM O ser humano produz radicais de oxigénio em condições TECIDOS NÃO RENOVÁVEIS normais de vários modos: reacções enzimáticas mais de 100 reacções. A mais conhecida é a reacção catalizada pela As proteínas do cristalino tornam-se menos solúveis, apre xantina oxidase, que gera, superóxido e peróxido de sentam cromóforos amarelos e fluoróforos, resultantes de hidrogénio. alteração de diversos aminoácidos, em especial tirosina e triptofano. Aparecem ligações cruzadas que resultam na x0 perda da acomodação e mais tarde na formação de xantina+ H20+02 1 ____________ ác. úrico+ H 202+02 cataratas. O colagénio é menos solúvel e extensível, apresenta liga ções cruzadas e acumula cromóforos e fluoróforos. Com o tempo diminui a capacidade das células imunes penetrarem Transporte de oxigénio na mitocondria cerca de 2 a 3% no tecido. O resultado é a perda de elasticidade da pele, pul do oxigénio transportado na cadeia de oxidação redução é mões, articulações, artérias; estas tornam-se rígidas e daí transformado em radicais livres. resulta aumento da pressão arterial. As células T sofrem Citocrómio P450 este enzima intervem em numerosos perda de capacidade funcional, com menor resposta mitogé mecanismos de destoxificação e gera radical superóxido nica à fitohemaglutinina, menor produção da interleucina-2, como intermediário. menor actividade das células assassinas. O doente tem sus Transporte de O 2 pela hemoglobina cerca de dois por ceptibilidade ao cancro, infecções e doenças autoimunes com cento do oxigénio transportado é reduzido a superóxido por a idade. cedência de um electrão pelo ferro. Mobilização e activação de fagocitos na inflamação os Estes processos são acelarados na diabetes. As cataratas fagocitos, em especial neutrófilos, são células especializadas surgem 10 a 15 anos antes. Também são mais precoces a na geração de radical superóxido, peróxido de hidrogénio e artrite, a aterosclerose, infarto do miócardio, acidentes vas hipoclorito. Estes compostos são utilizados na morte de bac culares cerebrais e hipertensão. Aumenta a susceptibilidade térias fagocitadas. Há a acrescentar que o hipoclorito reage às infecções, o espessamento das membranas capilares. A com oxigénio formando oxigénio singleto. deficiente função das células é especialmente notada em dia Stress as catecolaminas libertadas são sujeitas a uma béticos dependentes da insulina. A restrição de alimentos em oxidação lenta. Porém, na presença de metais de transição murganhos é acompanhada de melhor capacidade de apren (ferro, cobre) a autoxidação é rápida, acompanhada da for dizagem, baixa a glicemia, e atrasa o aparecimento de defi mação de superóxido, peróxido e de radical hidroxilo. ciências do sistema imune. 88  RADICAIS LIVRES prot~ir~a ~r~t~na -~ O OH usina li3jr.~ - C-C--R llszna PROTEIN H H OHOHOH ~ NUCLEIC ACID REDUCING SUGAR.~ OH LI -~ AMINE (1 N ITIATOR) H~ ~o ~ OH ~ OH 01rc~i LH j1~ OH 0H LDH ~ON EARLY STAGE (INITIATION) ~ NCH_~H_R H a +1 o R AMADOI~ PRODUCT FFj Fig. 2—Esquema da formação do FFi (furoil-furanil-imidazol) a partir de duas moléculas de glucose ligadas a lisinas de duas INTERMEDIATE -.. proteínas. STAGE (PROPAGATION) NH, REACTIVE DICARBONYLS (PROPAGATORS) ) Ribose LATE STAGE ~ — ~NH_XLNH4 Arginina (TERMlNATlON)~~~ X NH2 (CH2) 7 H (CH J3ROWING PRODUCTS ( (END PRODUCTS) 2 ~ Lisina Fig. 1—Esquema geral da reacção de Maillard. CH CQOH NH7 N 2 CCOH Fig. 3—Estrutura da pentosidina, formada por ligação cruzada de MECANISMO DA REACÇÃO DE MAILLARD ribose com arginina e lisina. Esta reacção procede por várias etapas: Início: condensa ção de um grupo aldeído ou acetona com um grupo amina livre, formando uma base de Schiff, reversível. Rearranjo de Recentemente isolou-se um fluoróforo, a pentosidina, que Amadori: forma-se uma cetoamina, irreversível. Propagação: surge por formação de ligação cruzada entre lisina e arginina a degradação da cetoamina origina desoxiglucosonas que através de uma pentose, que provavelmente é ribose liber contem dicarbonilos muito reactivos, susceptíveis de gerar tada do ácido ribonucleíco após a morte celular. Este facto radicais livres e de reagir com oxigénio, gerando superóxido. faz pensar na hipótese de surgirem ligações do mesmo tipo A sua fragmentação resulta em produtos diversos autoxidá entre ADN e histonas ricas em arginina nos linfócitos T, veis. Formação de ligações cruzadas: a reacção de dicarboni afectando a sua duração e actividade. Além disso demonstra- los com aminoácidos gera ligações cruzadas. Estas depois -se a implicação da ribose como agente capaz de fazer liga separam-se e formam-se compostos diversos como o FF1 ção cruzadas. Estudos feitos na dura-mater humana (frutoil-furanil-imidazol) gerador de radicais de oxigénio e permitem demonstrar a acumulação de pentosidina nesta que pode ser fagocitado por macrófagos. A continuação de estrutura com a idade. reacções deste tipo leva à polimerização com formação de compostos castanhos, as melanoidinas, que se depositam nas AS LESõES CELULARES paredes vasculares. Os alvos da reacção de Maillard são quaisquer moléculas Lesão das membranas — Formam-se ligações cruzadas com grupos amina livres (proteínas, ácidos nucléicos, fosfolí entre proteínas e fosfolípidos através do MDA ou de produ pidos, aminas). Existem produtos de Amadori em proteínas tos de degradação de açúcares. Dá-se a clivagem dos ácidos intra e extracelulares, em maior quantidade nos diabéticos. gordos, aumenta o conteúdo em colesterol. Há menor per São iniciadores da reacção de Maillard açúcares redutores, meabilidade à água e ao potássio, de que resulta condensa tanto aldoses como cetoses e ainda compostos relacionados, ção do citoplasma. As reacções enzimáticas lentas e a célula com o ácido ascórbico, hexosaminas, etc. A glucose é lenta é mais rígida. na ligação a proteínas, a frutose e as pentoses são reactantes Lesão dos ácidos núcleicos — As lesões do ARN são tran muito mais potentes. Talvez por esta razão foi a glucose sitórias, ao passo que as do ADN são permanentes. Afectam seleccionada como metabolito fundamental dos seres vivos. as células reprodutoras originando mutações e as células 89 RADICAIS LIVRES somáticas, induzindo transformação neoplásica. Descrevem- Com o decorrer do tempo começou a surgir um outro -se defeitos da reparação do ADN com idade. aspecto: o problema do combustível. Este terá que ser uma Lesão das mitocondrias O ADN mitocondrial não pos substância instável, susceptível às oxidações pois tem de ser sui enzimas reparadores, pelo que as alterações se mantém e oxidado instantaneamente quando a energia é precisa. A glu levam à sua destruição O exercício intenso é acompanhado cose tornou-se o principal combustível dos seres vivos por de divisão mitocondrial nos jovens, mas nos idosos as mito ser suficientemente estável para não causar destruição exces condrias aumentam de volume, mas não se dividem. siva. Açúcares como a frutose ou diversas pentoses, dema Pigmentos da idade A lipofuscina e o ceroide são pig siado instáveis e agressivos não podiam desempenhar esse mentos que aumentam com a idade. Resultam da formação papel. de ligações cruzadas entre compostos com aminas livres Aos radicais de oxigénio vem juntar-se os radicais de açú (proteínas, ADN, fosfolípidos) e MDA ou produtos deriva cares, os radicais de lípidos, os produtos de degradação de dos dos açúcares. A lipofuscina resulta de autofagocitose nos ambos, com dois ou mais pontos de reacção. Dos lípidos lisosomas. O ceroide provem de heterofagocitose pelos surge o MDA, dos glúcidos o FF1 e a pentosidina. macrófagos. A acumulação destes pigmentos no coração, no Característica importante do envelhecimento são as liga cérebro, etc. cresce progressivamente com a idade. ções cruzadas em que estes compostos altamente reactivos intervêm. Assim se formam os pigmentos da idade, assim se retiram as bases aos ácidos nucleícos e se degradam os ami noácidos das proteínas pela perda de grupos amina. Este esquema do envelhecimento é perfeitamente lógico e ao DISCUSSÃO - longo dos anos condui o indivíduo à situação imcompatível com a manutenção da homeos se. acompanhada da falência O aumento excessivo do número de indivíduos de idade sucessiva dos diversos órgãos. avançada ao longo do século XX teve como consequência a Poderá este envelhecimento ser acelerado? Sem dúvida. formação de um novo equilíbrio social em que os idosos têm Basta um exagero no consumo energético para que a produ um significado importante em diversos aspectos da socie ção de radicais se acelere. Ou então adicionar ao organismo dade, incluindo o aspecto médico. Uma população com cer tóxicos geradores de radicais livres, como o álcool, o tabaco, tas capacidades fisícas diminuidas (capacidade de esforço, a cocaína, etc, que produzirão o memso grau de desgaste capacidade imunológica, degradação geral das diversas fun num número mais reduzido de anos. ções) requer cuidados médicos em maior quantidade. Criou- Surge um problema prático: como tratar? -se uma nova ciência, a geriatria, com fisiopatologia própria, Primeiro a profilaxia: a redução de peso com ligeira baixa métodos de diagnóstico e terapêutica específicos. de glicemia e menor consumo de oxigénio. Resultados ao O desenvolvimento da fisiopatologia geriátrica exigia res que parece seguros. Depois a terapêutica vitamínica, acom posta a questões como: o que é um idoso, como surge um panhada de uma boa dieta variada e equilibrada. O uso de idoso. Esta última questão ainda hoje não está suficiente medicamentos redutores parece ter mais vantagens na redu mente elucidada. As diversas teorias do envelhecimento têm ção do peso do que pela acção redox, pois os redutores sem dúvida razão de ser; em todas elas há alguma verdade, exógenos tendem a ficar em equilíbrio com os redutores mas nenhuma delas explica cabalmente o que é e como é que endógenos, não afectando assim o estado de oxidação- se dá o envelhecimento. É certo que existe uma degradação -redução do organismo. contínua após se atingir o período da maturação sexual. E Evitar estados de stress físico ou psicológico, tratar as provável que este facto se deva em parte a uma programação infecções precocemente, dada a menor resistência do idoso. genética que abandona o indivíduo após a era da reprodu Evitar a ingestão de carcinogénios alimentares. Eis algumas ção, diminuindo progressivamente a sua capacidade de pro sugestões que julgamos serem aconselháveis na terapêutica duzir meios de defesa, que vão escasseando com o tempo. E do idoso. certo que aparecem erros devidos a mutações somáticas. Situações hereditárias com defeitos dos mecanismos de repa ração ou de defesa são acompanhadas de envelhecimento BIBLIOGRAFIA precoce. A teoria dos radicais livres do envelhecimento, traz-nos (Principais obras consultadas) um novo ponto de vista: a máquina humana é de duração 1. 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