Canales iónicos implicados en la regulación del tono...
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Universidad de Colima Facultad de Medicina Centro Universitario de Investigaciones Biomédicas Canales iónicos implicados en la regulación del tono vascular TESIS Que para obtener el grado de Maestro en Ciencias Fisiológicas PRESENTA Q.F.B. Renato Galván Orozco ASESOR Dr. Carlos G. Onetti Percello COASESOR Dr. Alejandro Manuel Elizalde Lozano Colima, Colima, Noviembre 2007
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Universidad de Colima
Facultad de Medicina
Centro Universitario de Investigaciones Biomédicas
Canales iónicos implicados en la regulación
del tono vascular
TESIS Que para obtener el grado de
Maestro en Ciencias Fisiológicas
PRESENTA Q.F.B. Renato Galván Orozco
ASESOR Dr. Carlos G. Onetti Percello
COASESOR Dr. Alejandro Manuel Elizalde Lozano
Colima, Colima, Noviembre 2007
Esta tesis se desarrollo en el laboratorio de “Biofísica de canales iónicos” del Centro Universitario de Investigaciones Biomédicas de la Universidad de Colima, bajo la dirección del Dr. Carlos G. Onetti Percello y el Dr. Alejandro M. Elizalde Lozano (coasesor), con el apoyo de CONACYT, beca número 201495
DEDICATORIA Les dedico esta tesis a mis padres José Ma. Galván Cárdenas y Romelia Orozco Rebolledo y a mis hermanos Alba N. Galván Orozco y José E. Galván Orozco, quienes me han apoyado en todo momento, por lo cual les agradezco en vida que estén a mi lado.
AGRADECIMIENTOS Al Dr. Carlos G. Onetti Percello por el todo el apoyo brindado en la realización de este trabajo. Al Dr. Alejandro M. Elizalde Lozano por su apoyo y enseñanza en la realización de un mejor trabajo. A la Dra. Irene Diaz Reval por haberme instruido en el camino de la investigación. A Carlos y Zulema por su gran amistad y apoyo incondicional. A mi tía Bertha Orozco Rebolledo por el apoyo y confianza hacia mi persona (aunque no hubo anillo esta vez). A mi abuela Marina Rebolledo (“la abuela”) por su apoyo y atención durante tantos anos y espero que dure muchos mas. A mi gran amor Mariana Irigoyen Anguiano por estar junto a mi ante toda adversidad y en todo momento. A mis amigos Luis (Alucard), Cesar (Mega) y Jesús (Hideo) por su apoyo moral. A mi amigaza Maribel Martínez Casas por que cachetes me dijo que la pusiera. A Nene (Karla Vera) por su apoyo, amistad y por habernos llevado a Guanajuato.
ÍNDICE
ÍNDICE..................................................................................................... iABREVIATURAS....................................................................................... iiÍNDICE DE FIGURAS................................................................................. ivÍNDICE DE TABLAS.................................................................................. vRESUMEN................................................................................................ viABSRTACT............................................................................................... vii 1. CARACTERÍSTICAS DEL MÚSCULO LISO............................................ 1
1.1. El músculo liso vascular.......................................................... 51.2. Activación de la contracción en el músculo liso vascular....... 9
2. CANALES IÓNICOS IMPLICADOS EN EL CONTROL DEL TONO
VASCULAR.......................................................................................... 142.1. Canales de potasio................................................................... 16
2.1.1. Canales de potasio sensibles a voltaje (KV)..................... 172.1.2. Canales de potasio sensibles a calcio (BKCa).................. 182.1.3. Canales de potasio rectificadores entrantes (Kir)........... 19 2.1.3.1 Canales de potasio sensibles a ATP (KATP)......... 202.1.4. Canales de potasio de dos poros (K2P)............................. 24
2.2. Canales de calcio..................................................................... 262.3. Canales de cloro...................................................................... 27
3. MODULACIÓN DEL TONO VASCULAR.............................................. 29
3.1. Modulación dependiente del endotelio.................................... 293.1.1. Sustancias vasodilatadoras............................................... 303.1.2. Sustancias vasoconstrictoras............................................ 32
3.2. Modulación no-dependiente del endotelio.............................. 343.3. Participación de las proteínas cinasas (PKA, PKG, PKC)...... 35
4. LA DIABETES MELLITUS Y EL TONO VASCULAR............................. 39
CONCLUSIONES....................................................................................... 43PERSPECTIVAS........................................................................................ 44REFERENCIAS......................................................................................... 45
ABREVIATURAS
AII Angiotensina II AMPc Adenosina 3,5-monofosfato cíclico
ATP Adenosina 5-trifosfato
BKCa Canales de K+ sensibles a Ca2+ de gran conductancia
CaM Calmodulina
CaV Canales de Ca2+ dependientes de voltaje
CEs Células endoteliales
ClCa Canales de Cl- sensibles a Ca2+
ClVol Canales de Cl- sensibles a volumen
DM Diabetes mellitus
EDHF Factor hiperpolarizante derivado del endotelio
EETs Ácido epoxieicostetraenoico
GMPc Guanosina 3,5-monofosfato cíclico
ICL Corriente de cloro sensible a volumen
IKN Corriente de K+ que no se inactiva
IKV Corriente rectificadora tardía nativa de K+
IP3 Inositol 1,4,5-trifosfato
KATP Canales de K+ sensibles a ATP
KCOs Abridores de canales de K+
Kir Canales de K+ rectificadores entrantes
K2P Canales de K+ de dos poros
MLAP Músculo liso de arterias pulmonares
MLCK Cinasa de la cadena ligera de la miosina
MLCP Fosfatasa de la cadena ligera de la miosina
MLV Músculo liso vascular
ML Músculo liso
NO Oxido nítrico
PDE Fosfodiesterasa
PGI2 Prostaglandina I2
PKA Proteína cinasa dependiente de AMPc
PKC Proteína cinasa C
PKG Proteína cinasa dependiente de GMPc
PLC Fosfolipasa C
PMCA Bomba Ca2+-ATPasa de la membrana plasmática
RLO Especies reactivas al oxigeno
ROK Proteína cinasa asociada a Rho
RS Retículo sarcoplásmico
SACC Canales catiónicos activados por estiramiento
SERCA Bomba Ca2+-ATPasa del retículo sarcoplásmico
SOCC Canales operados por almacenes de Ca+2
SUR Receptor sulfonilurea
TXA2 Tromboxano A2
5-HT Serotonina
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Aspecto microscópico de células del músculo liso (CML) a baja
amplificación (A) y con microscopía electrónica (B,
amplificación = 14,000X)............................................................... 1
Figura 2. Esquema de la organización del material contráctil en una célula
de ML en relajación y en contracción............................................. 2
Figura 3. Características estructurales de los principales segmentos de los
vasos sanguíneos de mamíferos.................................................... 6
Figura 4. Conformación histológica de una arteria........................................ 8
Figura 5. Fosforilación y desfosforilación de la cadena ligera de la
miosina............................................................................................ 10
Figura 6. Ciclo de puentes cruzados en el músculo liso vascular.................. 12
Figura 7. Vías de señalización moleculares envueltas en el acople
excitación- contracción del músculo liso vascular.......................... 13
Figura 8. Canales de K+ y el tono vascular................................................... 15
Figura 9. Conformación de los canales KATP................................................. 22
Figura 10. Canales de Cl- y el tono vascular.................................................... 28
Figura 11. Canales iónicos y mecanismos implicados en el tono vascular...... 38
Figura 12. Cambios bioquímicos producto de la diabetes mellitus que
alteran el funcionamiento de los KATP............................................ 42
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Características biofísicas de los canales iónicos implicados en el
control del tono vascular......................................................................
29
RESUMEN
El músculo liso vascular (MLV) expresa al menos 4 diferentes tipos de canales de
potasio: canales de K+ sensibles a Ca2+ de gran conductancia (BKCa), canales de K+
activados por voltaje (KV), canales de K+ rectificadores entrantes (Kir) y canales de
K+ de dos poros (K2P). La activación de los canales de potasio hiperpolariza a las
células del MLV, provocando el cierre de los canales de Ca2+ dependientes de voltaje
(CaV) favoreciendo así, la relajación de los vasos sanguíneos. En caso de que ocurra el
cierre de los canales de K+, las células del MLV se despolarizan favoreciendo la
activación de los CaV lo cual producirá la entrada de Ca2+ provocando la contracción
del músculo liso. Existen evidencias de que los canales KV, Kir, K2P y los canales K+
sensibles a ATP participan en la regulación del potencial de reposo del MLV. Los
canales BKCa por su parte, evitan la vasoconstricción excesiva ya que se activan por
la elevación del calcio intracelular. Los canales Kir son importantes en la dilatación
de las arterias inducida por altas concentraciones de K+ extracelular (6-15 mM). Los
canales K2P median la vasoconstricción inducida por hipoxia. Por ultimo, los KATP
median, a menos en parte la vasorelajación inducida en caso de hipoxia. Los canales
KV, Kir, KATP y K2P pueden ser activados directamente por la PKA. La PKG por su
lado puede activar directamente los canales KV, Kir, y BKCa. Lo anterior demuestra la
participación de estos canales en los mecanismos de acción de vasodilatadores como
el NO y la PGI2. Algunos vasoconstrictores como la endotelina actúan en parte,
bloqueando los canales de K+, a través de la activación de la PKC. Enfermedades
como la diabetes alteran el funcionamiento de estos canales, ya que esta enfermedad,
provoca diversos cambios bioquímicos que aumentan el estrés oxidativo, alteran el
funcionamiento de enzimas como la NADPH oxidasa (acumulación de ROS) y
sobreexcitan a proteínas cinasas como la PKC.
ABSTRACT
The vascular smooth muscle (VSM) expresses at least 4 different types of potassium
channels: big-conductance Ca2+- activated K+ (BKCa) channels, voltage-activated K+
(KV) channels, inward rectifier K+ (Kir) channels, and 2-pore domain K+ (K2P)
channels. The activation of the potassium channels hyperpolarized to the cells of the
VSM, causing the closing of the voltage-gated Ca2+ (CaV) channels, thus favouring,
the relaxation of the blood vessel. In case that it happens inactivation of the channels
of K+, the cells of the VSM has a depolarisation favouring the activation of the CaV
which will produce the entrance of Ca2+ causing the contraction of the smooth muscle.
Evidences exist in which channels KV, Kir, K2P and ATP-sensitive K+ (KATP) channels
participate in the regulation of the potential of rest of the vascular smooth muscle. The
BKCa channels on the other hand, avoid the active contraction, since they activate by
the elevation of intracellular calcium. The Kir channels are important in the dilatation
of the arteries induced by high concentrations of extracelular K+ (6-15 mM). The K2P
mediate contraction of the arteries hypoxia-induced. The KATP channels mediate, to
less in partly the vessel-relaxation in case of hypoxia. KV, Kir, KATP and K2P channels
can be activated directly by the PKA. The PKG by their side can activate the channels
KV, Kir, and BKCa directly. The previous thing demonstrates the participation of these
channels in the mechanisms of action of vessel-dilators like the NO and PGI2. Some
vessel-constrictors as the endotelina acts partly blocking the channels of K+, through
the activation of the PKC. Diseases as the diabetes mellitus alters the operation of
these channels, since this disease, causes diverse biochemical changes that increase
stress oxidative, alter the enzyme operation as the NADPH oxidase (accumulation of
ROS) and overexcite to proteins kinase like the PKC.
1. CARACTERÍSTICAS DEL MÚSCULO LISO. El músculo liso (ML) es responsable de la contractilidad de las paredes de
órganos huecos como los vasos sanguíneos, el tracto gastrointestinal, vejiga urinaria,
uréteres y bronquios.
Las células del músculo liso tienen forma de huso, un solo núcleo en posición
central y sus dimensiones varían entre 2 a 10 µm de diámetro y 50 a 400 µm de longitud.
En los cortes histológicos de ML no se observan estriaciones transversales, tampoco en
imágenes de microscopía electrónica (Figura 1 A y B).
Figura 1. Aspecto microscópico de células del músculo liso (CML) a baja
amplificación (A) y con microscopía electrónica (B, amplificación = 14,000 X).
Esquema de la organización de los miofilamentos (C) en CML, cd: cuerpos densos,
cdmp: cuerpos densos de la membrana plasmática, fi: filamentos intermedios, ct:
corte transversal de una columna. A y B modificadas de Sherwood L (2004). C
modificada de Blaustein, Kao y Matteson (2004).
1
El material contráctil del ML esta constituido por filamentos gruesos de miosina y
filamentos delgados de actina. Estos últimos contienen tropomiosina, pero carecen de la
proteína reguladora troponina que esta presente en los filamentos delgados de los
músculos esquelético y cardiaco. En el ML la relación de filamentos de actina-filamentos
de miosina es entre 12 a15:1 (esta relación es de 2:1 en el músculo esquelético de los
vertebrados). Además, contienen un tipo de filamentos denominados intermedios que no
participa en la contracción, constituidos principalmente por las proteínas del citoesqueleto
(desmina y vimentina) (Somlyo, 1980; Somlyo y Somlyo, 1992).
Los filamentos de actina se insertan en los cuerpos densos intracelulares y se
organizan alrededor de los filamentos de miosina en unidades contráctiles pequeñas,
formando en conjunto haces (o columnas) que se extienden hacia lados opuestos de la
células de manera oblicua con respecto al eje longitudinal de las células y sus extremos se
insertan en cuerpos densos asociados a la membrana plasmática (Figura 1 B y C). Los
cuerpos densos están compuestos principalmente por la proteína α-actinina, son
equivalentes a las líneas Z de los músculos esquelético y cardiaco, y se mantienen en
posición por medio de los filamentos intermedios que funcionan como un andamiaje
estructural. Los cuerpos densos asociados a la membrana plasmática pueden organizarse
en patrones cruzados o espirales por lo cual al contraerse las células parte de la fuerza se
transmite lateralmente pero predomina en sentido longitudinal (Figura 2) (Somlyo y
Somlyo, 1992; Blaustein, Kao y Matteson, 2004; Sherwood, 2004).
Figura 2. Esquema de la organización del material contráctil en una célula de ML en relajación y en contracción. cd: cuerpos densos; fi: filamento intermedio. (Modificada de Serwood L, 2004)
2
La membrana plasmática de las células de ML presenta zonas con vesículas
superficiales llamadas caveolas que incrementan aproximadamente en un 25 a 70 % la
superficie celular, otra zona de la membrana se relaciona estrechamente con la membrana
del sistema de túbulos del retículo sarcoplásmico (RS) formándose acoplamientos con
una separación de ~10-12 nm, estas regiones son equivalentes a las que se observan en
las triadas del músculo esquelético. El volumen del RS en el ML es variable entre 2%
(vena mesentérica, tenia coli) hasta 5 a 7.5 % en las arterias aorta y ramas de la pulmonar
(Somlyo, 1980). Hay evidencias de que el contenido de Ca2+ (48 mmol/kg de RS seco)
seria suficiente para producir la activación máxima de la contracción (Kowarski y cols.,
1985; Somlyo y Somlyo, 1992).
Fisiológicamente el ML se clasifica en dos tipos, el mas abundante es el unitario
(también llamado visceral), presente en los tractos digestivo y genitourinario así como en
vasos sanguíneos de pequeño calibre. Se caracteriza por que sus células se encuentran
acopladas eléctricamente por medio de uniones en hendidura (gap junctions), formando
laminas de tejido que funcionan como un cincicio; a diferencia del ML multiunitario que
se localiza característicamente en la pared de algunos vasos sanguíneos de mayor
diámetro, vías aéreas, la base de los folículos pilosos y en el ojo donde constituyen el
músculo ciliar, el músculo radial y el esfínter del iris. Ambos tipos de ML son
involuntarios y están inervados por el sistema nervioso autónomo (simpático y/o
parasimpático), aparentemente el numero de fibras nerviosas que hacen sinapsis con el
ML multiunitario es mas abundante que en el unitario.
En células de ML unitario, se ha registrado la generación espontánea de
potenciales de acción precedidos de una actividad de marcapaso o de ondas lentas
espontáneas que eventualmente pueden alcanzar un umbral de excitación provocando la
descarga de potenciales de acción, o bien presentan las ondas lentas sin actividad
autoregenerativa. Esta actividad eléctrica (potenciales de acción, ondas lentas) se propaga
al resto de las células por medio de las uniones en hendidura. En este tipo de músculo las
señales de las fibras nerviosas autónomas, por medio de la acción de sus
neurotransmisores, sirven para modular la actividad contráctil miogénica. Aparentemente
las células del ML multiunitario no exhiben actividad espontánea y la descarga de
potenciales de acción es comandada por los impulsos nerviosos (Marshall, 1974;
3
Johansson y Somlyo, 1980; Blaustein, Kao y Matteson, 2004; Sherwood, 2004).
También se ha clasificado al ML por el tipo de actividad eléctrica que presenta, el ML
fásico es el que genera potenciales de acción (espigas) de manera espontánea o en
respuesta a estímulos despolarizantes (por ejemplo: intestinal, vena porta) y el ML tónico
(por ejemplo: arteria pulmonar de conejo, tráquea) que responde graduadamente a los
agentes excitatorios con respuestas eléctricas no regenerativas (Somlyo et al, 1969,
Johansson y Somlyo, 1980). Si bién estas clasificaciones son útiles para sistematizar las
propiedades del ML, es necesario señalar que existe una diversidad en la estructura y la
función del ML en sus distintas localizaciones (por ejemplo en distintos lechos
vasculares) así como entre distintas especies, por lo que se reconoce que no se pueden
hacer generalizaciones en este respecto. No obstante el ML si posee en general al menos
ciertas propiedades funcionales típicas: 1) El ML se contrae de manera lenta y es capaz
de presentar contracciones sostenidas que pueden mantenerse con un gasto mínimo de
energía; 2) Su innervación es exclusivamente autonómica y 3) Exhibe un cierto grado de
tensión basal o de reposo (“tono”) sobre el cual se superpone la contracción (o la
relajación). (Véase: Marshal JM, 1974, Somlyo y Somlyo, 1992).
Por otra parte existen evidencias de que además del acople electromecánico para
activar la contracción o la relajación (por ejemplo. por cambios en el potencial de
membrana) existe otro mecanismo denominado acople farmacomecánico que no es
mediado por cambios en el potencial de la membrana (por ejemplo, contracción inducida
por fármacos sin que ocurra una despolarización) (Kimura y Kuriyama, 1979; Castells,
1980), sin embargo estos mecanismos no son mutuamente excluyentes y es muy probable
que coexistan en la activación de la contracción del MLV (Somlyo y Somlyo, 1992).
El objetivo del presente trabajo se centra en el análisis de la función del músculo
liso vascular, la activación de la contracción, el proceso de relajación y el papel que
juegan los canales iónicos presentes en la membrana plasmática (especialmente los de
K+), en la regulación de la contracción y el tono vascular. Por esta razón la descripción de
los mecanismos básicos relacionados con la contracción y relajación del ML se referirán
con respecto al músculo liso vascular.
4
1.1. EL MÚSCULO LISO VASCULAR. Los vasos sanguíneos son las estructuras encargadas de transportar la sangre a
través de todo el cuerpo. Están formados por una capa adventicia y una capa media
formada por células musculares lisas (Rhodin, 1980; Ross, 1992). Además, en la parte
más interna se localiza la túnica íntima formada por el endotelio de estructura variable
según el tipo de vaso. Las células endoteliales (CEs) forman una monocapa continua que
tapiza la cara luminal interna de los vasos sanguíneos (Esteller-Perez, 2005).
Los vasos sanguíneos se pueden subdividir en arterias, venas y capilares. Las
arterias o vasos que transportan sangre desde el corazón a otros órganos. Se caracterizan
por disminuir continuamente de diámetro y por subdividirse continuamente. Las venas
por su parte son los vasos que transportan la sangre desde los órganos hasta el corazón. A
diferencia de las arterias, estos vasos se van uniendo progresivamente de modo que van
aumentando progresivamente de diámetro. Las venas poseen las mismas tres capas que
las arterias, pero ha diferencia de estas no poseen fibras elásticas en su túnica intima y en
su túnica media presentan una menor cantidad de fibras musculares. De la misma manera,
poseen válvulas en forma de concha que ayudan a regular el flujo de sangre hacia el
corazón impidiendo que se reintegre al lecho capilar. Finalmente, los capilares que se
encuentran como división final de las arterias y son el inicio de las venas, están
compuestos por una capa única de células endoteliales aplanadas, con una capa
denominada lamina basal. En estos vasos se lleva a cabo el intercambio de sustancias que
contiene la sangre con otras células (Rhodin, 1980; Ross, 1992).
La organización básica de todas las arterias es similar, en un corte transversal
podemos distinguir tres capas concéntricas (Figura 4): a) túnica intima, b) túnica media, y
c) túnica adventicia. La túnica intima esta divida de la túnica media por la lamina elástica
interna, a su vez la lamina elástica externa divide a la túnica media de la adventicia (Ross,
1992). La túnica intima esta constituida básicamente por una capa fina de células
llamadas endotelio y una membrana basal de carácter fibroelástico. El endotelio hace
referencia a una capa unicelular de CEs que recubre los vasos sanguíneos (endotelio
vascular). Las CEs tienen forma elíptica y están orientadas en el sentido del flujo
sanguíneo (Ross, 1992).
5
6
Figura 3. Características estructurales de los principales segmentos de los vasos sanguíneos de mamíferos. El árbol arterial esta dividido en tres tipos de arterias que varían principalmente en su diámetro y en la composición de la túnica media. Las arterias de gran calibre (arterias elásticas) llegan a presentar diámetros de hasta 2.3 cm (aorta), las arterias elásticas poseen mayor cantidad de fibras elásticas en su capa media. La túnica media de las arterias de pequeño y mediano calibre (arterias musculares) esta compuesta principalmente de células musculares. Las arteriolas están compuestas únicamente del endotelio, la lamina basal y algunas capas de células de músculo liso. Los capilares solo están formados de endotelio y la lamina basal, a este nivel se lleva acabo el intercambio de nutrientes y productos metabólicos entre la sangre y las células. También observamos los pericitos y los esfínteres precapilares, los esfínteres precapilares están encargados de regular el flujo sanguíneo que llega a los capilares. Los pericitos están localizados a lo largo de los capilares, por dentro de la membrana basal del endotelio. Forman nexos o uniones comunicantes con las células endoteliales. Contienen proteínas contráctiles que le permiten regular flujo sanguíneo capilar. El pericito puede, después de lesiones, diferenciarse para convertirse en células de músculo liso o células endoteliales. La composición estructural de las venas elásticas, venas musculares y vénulas es similar a la de sus contrapartes arteriales. La diferencia radica principalmente en el grosor de las diferentes túnicas, la elasticidad de estas y en el numero de capas musculares lisas presentes en la túnica media a distintos niveles del árbol venoso. En venas que presentan diámetros mayores a 2mm existe la presencia de válvulas que no permiten que la sangre retroceda al lecho capilar. Tomado de Rhodin (1980).
El endotelio vascular no es simplemente una barrera que separa la sangre de la
pared vascular, sino también participa en diversas funciones (Esteller-Perez, 2005),
importantes para la función del sistema cardiovascular, ya que participan en el
mantenimiento del tono vascular y, por tanto, de la presión arterial, mediante la liberación
de sustancias vasodilatadoras como el óxido nítrico (NO) y la prostaglandina I2 (PGI2)
(Thomas y cols., 2001; Ahluwalia y Hobbs, 2005) y vasoconstrictoras como la
endotelina, y el tromboxano A2 (Spieker y cols., 2001; Ding y Murray, 2005; Honoré y
cols., 2005).
La túnica media por su parte esta formada por músculo. Esta capa muscular esta
compuesta por ML (músculo liso vascular), distribuido en forma radial y longitudinal. La
túnica media esta inervada por el sistema simpático y parasimpático, los cuales modulan
el diámetro de las arterias, factores muy importantes en el control del flujo sanguíneo y
de la presión arterial. Además, las arterias poseen un sistema de irrigación denominado
vasa vasorum, que les proporciona los nutrientes necesarios para su funcionamiento. Por
ultimo la túnica adventicia esta formada principalmente por tejido conectivo (Figura 4)
(Rhodin, 1980; Ross, 1992). El MLV provee a las arterias la capacidad para adaptarse a
los cambios de presión originados por el flujo pulsátil del corazón, promoviendo la
capacidad de amortiguación necesaria para mantener un flujo sanguíneo continuo.
7
Números agentes vasoactivos como compuestos adrenergicos, compuestos colinergicos, y
sustancias como la angiotensina II (AII) pueden modular el estado contractil del MLV, lo
cual alterara el nivel de dilatación o contracción de la arteria (Rhodin,1980; Ross, 1992).
Figura 4. Conformación histológica de una arteria. Este figura demuestra la estructura característica normal de una arteria muscular, la cual contiene tres capas: la túnica intima, formada por el endotelio y la lamina elástica interna; la túnica media, formada por músculo liso y la lamina elástica externa; y la túnica adventicia, que representa la capa más superficial de la arteria. Se observa además como la innervación (simpática y parasimpático) y los vasos sanguíneos (vasa vasorum), se internalizan en la arteria hasta alcanzar al músculo liso de la túnica media para realizar sus funciones. También se muestra, como el endotelio esta en contacto con la sangre, lo que le permite censar cambios en la presión arterial o responder a ciertas sustancias como la acetilcolina y poder liberar sustancias que afecten el estado contractil del músculo liso.
Las arterias se pueden subclasificar en tres grupos según el diámetro de la luz, el
grosor y el componente mayoritario de la túnica media: arterias elásticas (arterias de
gran calibre) cuya túnica media consiste de numerosas laminas de células musculares
lisas, cada una de las cuales esta limitada por laminas elásticas. Arterias como la aorta
pueden tener 20 o más laminas (Figura 3) (Ross, 1992). Arterias musculares (arterias de
mediano calibre), donde el principal componente de la túnica media son las células
musculares lisas, las cuales emiten prolongaciones cortas para contactar a células vecinas
8
estableciendo uniones que facilitan la coordinación en la contracción (Figura 3 y 4)
(Rhodin, 1980; Ross, 1992); por ultimo tenemos a las arteriolas, que son vasos de menor
diametro, los cuales solo están compuestos por endotelio, una membrana elástica interna
y unas pocas capas musculares. Las arteriolas son los elementos más importantes para
controlar la presión arterial (Figura 3) (Rhodin,1980). Por ultimo tenemos a los capilares,
que son los vasos que se encuentran como división final de las arterias y son el inicio de
las venas. Son vasos de muy pequeño calibre (7-9 µm de diámetro). Están compuestos
solo de una capa de células endoteliales aplanadas, y una lamina basal. Esta
conformación permite, que la sangre ceda el oxígeno y sus nutrientes a los tejidos y capte
el dióxido de carbono y otros productos de degradación del metabolismo.
1.2. ACTIVACIÓN DE LA CONTRACCIÓN EN EL MÚSCULO LISO VASCULAR. La contracción en el músculo liso vascular es iniciada por el aumento en la
concentración del calcio intracelular, el cual puede provenir de dos fuentes, el medio
extracelular o del retículo sarcoplásmico (Webb, 2003; Blaustein, Kao y Matteson, 2004;
Hilgers y Webb, 2005). El Ca2+, ya en el medio intracelular se une a la proteína
calmodulina (CaM), este complejo asu vez, se une y activa a la cinasa de la cadena ligera
de la miosina (MLCK). La enzima activada cataliza la fosforilación de la cadena ligera
reguladora de la miosina (Figura 5). La fosforilación induce a un cambio conformacional
en la miosina. Este es el interruptor que da inicio a la formación de puentes cruzados
entre la actina y miosina (Figura 6), lo que genera la fuerza y el acortamiento de las
células musculares (Gohla, Schultz, y Offermanns, 2000; Hatch y cols., 2001; Khatri y
cols, 2001; Stull, 2001; Blaustein, Kao y Matteson, 2004). Así, en el músculo liso el
interruptor que enciende el ciclo de los puentes cruzados esta localizado en el filamento
grueso de miosina y no en el filamento delgado de actina como en el músculo esquelético
o el músculo cardiaco (Webb, 2003; Blaustein, Kao y Matteson, 2004; Hilgers y Webb,
2005).
Otra enzima, la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina (MLCP) promueve la
desfosforilación de la cadena ligera reguladora de la miosina (Figura 5). Esto, detiene el
ciclo de puentes cruzados de la actina-miosina. Esta desfosforilación puede ocurrir
cuando esta o no unida la actina a la cabeza de miosina (Figura 6) (Blaustein, Kao y
9
Matteson, 2004). Mientras la cadena ligera reguladora este fosforilada el ciclo de puentes
cruzados se mantiene.
Como en el músculo esquelético, el ciclo de puentes cruzados esta relacionado
con la hidrólisis del adenosina 5-trifosfato (ATP) (Figura 6); este ATP es necesario,
además del ATP implicado en la fosforilación de la cadena ligera reguladora de la
miosina.
Figura 5. Fosforilación y desfosforilación de la cadena ligera de la miosina. El Ca2+ que inicia la contracción proviene del medio extracelular o del retículo sarcoplásmico (SR). El Ca2+ se combina con la calmodulina (CaM), el cual forma un complejo con la cinasa de la cadena ligera de miosina (Ca•CaM+MLCK). Ca•CaM-MLCK cataliza la fosforilación de la cadena ligera reguladora de la miosina. En el músculo liso la fosforilación de la cadena ligera es el interruptor que da inicio en a la interacción de la miosina-actina que genera fuerza y promueve el acortamiento. La relajación es promovida por la desfosforilación de la miosina que es catalizada por la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina (MLCP). La sensibilidad del aparato contractil al Ca2+ es regulada, en parte por la proteína cinasa dependiente de AMPc (PKA) y por la proteína cinasa asociado a Rho (ROK). MP, membrana plasmatica; FEC, fluido extracelular; SERCA, bomba Ca2+-ATPasa del retículo endoplásmico o sarcoplásmico. Modificado de Blaustein, Kao y Matteson (2004).
Si estos puentes cruzados siguen acoplados, cuando la cadena ligera de la miosina
reguladora es desfosforilada, el desacople de los puentes cruzados es lento. Se cree que
10
este desacople lento contribuye al mantenimiento de la contracción tónica y la fuerza del
músculo liso. Esta fuerza tónica (tono) y acortamiento son sostenidos con bajo consumo
de energía, por que el ciclo de puentes cruzados es muy lento, a fin de que este proceso
consuma poco ATP. El Ca2+ es requerido no solo para iniciar la contracción, sino también
para el mantenimiento del tono. Si después del incremento inicial, el calcio intracelular
declina y permanece cerca del umbral de contracción, no se forman nuevos puentes
cruzados y los puentes cruzados formados previamente se desacoplan (Blaustein, Kao y
Matteson, 2004).
Se han propuesto dos mecanismos para explicar el acople excitación–contracción
en el músculo liso: uno es el acople electromecánico, y el otro ha sido denominado
acople farmacomecánico. El acople electromecánico es un mecanismo que causa
relajación y contracción a través de potenciales de acción o cambios rítmicos en el
potencial de membrana (Somlyo y Somlyo, 1992; Blaustein, Kao, y Matteson, 2004). La
despolarización y/o potenciales de acción causa un incremento inmediato (a razón de µs)
del calcio intracelular y dispara la contracción. (Figura 7) (Somlyo y Somlyo, 1992). La
hiperpolarización de la membrana da origen a la relajación por disminución del Ca2+
citoplasmático debida al cierre de los canales de Ca2+ sensibles a voltaje. En el acople
electromecánico, la liberación del Ca2+ por el RS, es producto de la activación de los
receptores de rianodina, la cual es mediada por el Ca2+, lo cual representa una liberación
de Ca2+ por Ca2+ (Benham y Bolton 1986; Bennett y cols., 1996; Berridge, 1997;
Blaustein, Kao, y Matteson, 2004). La liberación de Ca2+ del RS es necesaria para la
contracción, ya que el simple flujo de Ca2+ producto de la despolarización no es
suficiente para activar la contracción (Somlyo y Somlyo, 1992).
El acople farmacomecánico se define como un complejo de mecanismos que
causan contracción o relajación, y que no son mediados por cambios en el potencial de
membrana (Somlyo y Somlyo, 1992). Existen tres componentes identificados en el acople
farmacomecánico: el influjo de Ca2+ a través de canales activados por ligando, la
liberación de Ca2+ intracelular y la modulación de la sensibilidad del aparato contractil al
Ca2+. El componente más importante en el acople farmacomecánico, es la liberación de
Ca2+ del RS por acción del IP3 (Somlyo y Somlyo, 1992; Ganitkevich y Isenberg, 1993;
Berridge, 1997). Una característica importante de este acople, es la activación
11
farmacomecánica tardía (alrededor de 1-1.5s), este atraso esta dado por la formación del
IP3 en la cascada del fosfatidilinositol (Fig. 7; Somlyo y Somlyo, 1992).
Figura 6. Ciclo de puentes cruzados en el músculo liso vascular. Cuando la [Ca2+]i activa la cinasa de la cadena ligera de la miosina (MLCK), el ciclo de puentes cruzados comienza con la fosforilación de la cadena ligera reguladora de la miosina (arriba) catalizada por la MLCK. Esto permite que la miosina se una a la actina para formar los puentes cruzados de actina-miosina (derecha); entonces, la cabeza de miosina rota para producir fuerza (fondo). El ADP y el fosfato (Pi) se disocian de la cabeza de miosina y se une el ATP (círculos en sentido de las manecillas del reloj a la izquierda). Esto promueve el desacople del puente cruzado, y el ATP unido a la cabeza de miosina es hidrolizado a ADP y Pi (Arriba), así, el ciclo puede continuar. La cadena ligera de la miosina puede ser desforforilada por la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina (MLCP) a cualquier hora del ciclo. Si esto ocurre (indicado por las cabezas de miosina coloreadas con color naranja), en cualquier momento que la cabeza de miosina se desacople, no podrá volverse a asociar a la actina (indicado por la pausa en el ciclo) hasta que la cadena ligera sea re fosforilada. Modificado de Blaustein, Kao, y Matteson (2004)
El músculo liso se ha clasificado generalmente en dos tipos dependiendo de sí
normalmente generan o no potenciales de acción: a) generador de espigas o músculo liso
fásico (por ejemplo, intestinal y uterino, vena porta) el cual genera potenciales de acción
espontáneos o en respuesta a estímulos excitatorios depolarizantes; y de b) respuesta
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gradual o músculo liso tónico (por ejemplo, arteria pulmonar de conejo, aorta) que
responde a agentes excitatorios con una respuesta eléctrica no-regenerativa similar al
potencial de placa (Somlyo y Somlyo, 1992). Como sea, no existe ninguna clasificación
que divida tajantemente el músculo liso, ya que existe tejido muscular liso que abarca
ambas clasificaciones.
Figura 7. Vías de señalización moleculares envueltas en el acople excitación- contracción del músculo liso vascular. La contracción del músculo liso vascular con ciertos agonistas como la norepinefrina (NE), la angiotensina II (AII) y la endotelina (ET-1), no requiere despolarización de la membrana o activación del influjo de Ca2+. La activación de la fosfolipasa C (PLC) por Gα/q, convierte el fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2) en inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) y diacilgricerol (DAG). El IP3 se une a sus receptores (RIP3) en el retículo sarcoplásmico (SR) y provoca la liberación de Ca2+ al citosol. La respuesta contractil es iniciada por un rápido incremento en el Ca2+ intracelular. El Ca2+ liberado del SR interactúa con la calmodulina (CaM) formando el complejo Ca•CaM, el cual se une y activa a la cinasa de la cadena ligera de la miosina (MLCK), la cual fosforila a la miosina y inicia la formación de puentes cruzados de actina-miosina. El DAG por su parte, activa la proteína cinasa C (PKC) que es capaz de fosforilar a la MLCK. MLCP, fosfatasa de la cadena ligera de la miosina. Modificado de Hilgers y Weeb (2005).
13
El músculo liso vascular también es regulado por la vía de la Rho/Rho-cinasa.
Activadores de la contracción como la serotonina y la norepinefrina, promueven el
intercambio de GDP por GTP unido a RhoA (RhoA-GTP). Este complejo activa a la
proteína cinasa asociada a Rho (ROK), la ROK a su vez fosforila a la MLCP, inhibiendo
su actividad fosfatasa, lo que promueve el estado fosforilado de la cadena ligera de la
miosina y el manteniendo la contracción (Weeb, 2003; Hilgers y Weeb, 2005). El efecto
neto es la sensibilización del músculo liso al Ca2+. Así, el efecto de activación
dependiente de Ca2+ es prolongado por que la desfosforilación se atrasa. En este sentido,
la vía de la Rho/Rho-cinasa, aparentemente contribuye a la contracción tónica del
músculo liso(Blaustein, Kao, y Matteson, 2004).
Algunas proteínas, como la proteína cinasa dependiente de AMPc (PKA) y la
proteína cinasa dependiente de GMPc (PKG) son capaces de modular la sensibilidad del
aparato contractil al Ca2+, favoreciendo la dilatación del músculo liso vascular. En el caso
de la PKA, esta cinasa cataliza la fosforilación de la MLCK. En estado fosforilado
(MLCK-P) esta enzima es incapaz de unirse el complejo Ca•CaM (Fig. 5; Conti y
Adelstein, 1981; Morgan y Morgan,1984; Van Riper y cols, 1995; Pfitzer, 2001;
Blaustein, Kao, y Matteson, 2004). Por otro lado la PKG, fosforila a la RhoA (RhoA-P),
esta fosforilación no permite la unión del GTP a RhoA y por ende la activación de ROK
se ve bloqueada (Khatri y cols, 2001; Weeb, 2003; Blaustein, Kao, y Matteson, 2004;
Hilgers y Weeb, 2005).
2. CANALES IÓNICOS IMPLICADOS EN EL CONTROL DEL TONO VASCULAR El tono vascular juega un papel importante en la regulación de la presión
sanguínea y la distribución del flujo sanguíneo entre y dentro de los tejidos y órganos del
cuerpo humano. La regulación de la actividad contráctil del MLV en la circulación
sistémica depende de una compleja interacción de estímulos vasodilatadores y
vasoconstrictores producto de las hormonas circulantes, neurotransmisores, factores
derivados del endotelio y la presión sanguínea. Así todas estas señales son integradas por
las células del MLV las cuales van a determinar la actividad del aparato contráctil de las
células musculares, el diámetro y la resistencia hidráulica de los vasos sanguíneos. Los
canales iónicos participan activamente en el control del tono vascular. El movimiento de
14
iones a través de los canales iónicos como los canales de K+ rectificadores entrantes (Kir)
y los canales de K+ activados por voltaje (KV) determina en gran parte el potencial de
membrana, que en células de músculo liso vascular varían dentro de un rango de –45 a –
60 mV (Bratz y cols., 2002) o en pequeñas arterias que diversa de –60 a –75 mV (Davis y
Hill, 1999). La activación de los canales de K+ produce el flujo de iones K+ al espacio
extracelular, lo cual provocará la hiperpolarización de la membrana, al contrario, el cierre
de estos canales produce despolarización de la membrana (Fig. 8). Cuando se produce
hiperpolarización de la membrana sobreviene la vasodilatación, en cambio con la
despolarización de la membrana se produce vasoconstricción (Jackson, 2000a).
Figura 8. Canales de K+ y el tono vascular. Esquema de una célula del músculo liso vascular (A) y secciones representativas de una arteriola (B), donde se muestran, que la apertura de los canales de K+ facilita el eflujo de iones K+, provocando hiperpolarización de la membrana, cierre de canales de Ca2+ sensibles a voltaje (CaV), decremento del Ca2+ intracelular, etc. (consultar texto), lo cual conduce a la vasodilatación. La inactivación de los canales de K+ provoca efecto opuesto. C) La homeostasis del Ca2+ intracelular (Ca2+
i) es controlada por el balanceo entre el ingreso y la remoción, tanto del Ca2+ externo (Ca2+
e) como el Ca2+ almacenado en el retículo sarcoplásmico (Ca2+
s). MLV, músculo liso vascular; VOC, canales operados por voltaje; ROC, canales operados por receptores; SOC, canales operados por almacenes; PMCA, bomba Ca2+-ATPasa de la membrana plasmática; SERCA, bomba Ca2+-ATPasa del retículo sarcoplásmico; IP3R, receptor a IP3; RYR, receptor a rianodina. Modificado de Berridge (1997) y Jackson (2005).
15
Diversos agonistas de la vasorelajación como el NO, o la PGI2, causan aumento
en los niveles del (guanosina 3,5-monofosfato cíclico) GMPc o el adenosina 3,5-
monofosfato cíclico (AMPc) respectivamente (Figura 8), esto favorece le
hiperpolarización del potencial de membrana, y la disminución del calcio intracelular,
debido a: la inhibición de la síntesis de IP3, la inactivación de los canales CaV, la
activación de SERCA (bomba Ca2+-ATPasa del retículo sarcoplásmico) y PMCA (bomba
Ca2+-ATPasa de la membrana plasmática) y, en menor grado el intercambiador Na-Ca
(Berridge, 1997; Resta, 2003). La disminución del calcio intracelular inactiva la MLCK,
esto permite que la MLCP estimulada por la PKG (Khatri y cols, 2001), desfosforile la
cadena ligera de la miosina (Gohla, Schultz y offermanns, 2000; Khatri y cols, 2001); ello
impide que las cadenas ligeras de la miosina formen puentes cruzados con la actina
produciendo relajación muscular.
En músculo liso vascular existen al menos 4 diferentes tipos de canales de K+: los
canales de K+ activados por voltaje (KV), canales de K+ sensibles a Ca2+ de gran
conductancia (BKCa), canales de K+ rectificadores entrantes (Kir) y canales de K+ de dos
poros (K2P) (Murphy y Brayden, 1995; Nelson y Quayle, 1995; Jackson, 2005;
Olschewski y cols., 2006). También se encuentran 2 tipos de canales de Ca2+
dependientes de voltaje (CaV), el tipo L y el tipo T (Davis y Hill, 1999; Akbarali, 2005);
2 tipos de canales de Cl-, los canales de Cl- sensibles a Ca2+ (ClCa) y los sensibles a
volumen (ClVol) (Nelson y cols., 1997; Yamazaki y cols., 1998), al igual que canales
operados por almacenes de Ca+2 (SOCC) y canales catiónicos activados por estiramiento
(SACC) (Berridge, 1997; Setoguchi y cols, 1997) en las membranas plasmáticas y los
cuales están implicados en la regulación del tono vascular.
2.1 CANALES DE POTASIO. Los canales del K+ son una gran familia de proteínas de membrana presentes en
células excitables y no-excitables, los cuales permiten la difusión de K+ entre los distintos
compartimentos celulares y se han descrito en todos los tejidos humanos (Martín y cols.,
2006). Los miembros de esta gran familia juegan un papel importante en los procesos
celulares de señalización que regulan la liberación de neurotransmisores, el ritmo
cardíaco, la secreción de insulina, la excitabilidad neuronal, el transporte electrolítico
16
epitelial, la contracción del músculo liso, y la regulación del volumen celular; además
participan en el mantenimiento del potencial de membrana (Archer y cols., 1994; Yuan y
cols., 1996; Abderrahmane y cols., 1998; Mistry y Garland,1998; Yuan y cols., 1998;
Shieh y cols., 2000) y la muerte celular (Krick y cols., 2001).
2.1.1 CANALES DE POTASIO SENSIBLES A VOLTAJE (KV). El músculo liso vascular expresa canales KV, los canales son los principales
reguladores del potencial de reposo y el tono muscular liso de arterias, ya que mediante el
control del potencial de membrana regulan la disponibilidad del [Ca2+]i para la
contraccion (Fleischmann, Washbau, Kotlikoff, 1993; Yuan y cols., 1996; Lu y cols.,
2002; McGahon y cols., 2007). En este papel también se han implicado a otros canales de
K+ (BKCa, KATP y los Kir), pero la importancia de estos canales en el mantenimiento del
tono vascular depende del lecho vascular estudiado. El tejido vascular expresa una gran
variedad de canales de KV que pueden contribuir a la corriente rectificadora tardía nativa
de K+ (IKV), entre los cuales podemos encontrar a los KV1.2, KV1.1, KV1.5 y KV2.1 entre
otros (Adda y cols., 1996; Lu y cols., 2002). La relevancia de cada canal dependerá del
tipo de vaso o lecho vascular estudiado, como por ejemplo: en el MLV de las vías aéreas
(Adda y cols., 1996) y retina (McGahon y cols., 2007) el canal de potasio KV1.5 es
importante en el mantenimiento del potencial de reposo, a diferencia de los canales KV1.1
y KV1.2 que perecen ser mas importantes durante la exposición hormonal (Adda y cols.,
1996); por otra parte Lu y colaboradores (2002) demostraron que los canales KV1.2
(contribución = 29.2 ± 5.9%), KV1.5 (contribución = 24.5 ± 2.6%) y KV2.1 (contribución
dependiente de la concentración) contribuyen a la formación de la corriente KV nativa en
arterias mesentericas. Los canales KV además de ser activados por despolarización de la
membrana, pueden ser activados directamente por el NO (Yuan y cols., 1996), y
regulados por agentes vasodilatadores que actúan por medio de la cascada de señalización
del AMPc (Aiello y cols., 1998; Kwak y cols., 1999). De igual forma pueden ser
inhibidos mediante mecanismos en los que esta envuelta la proteína cinasa C (PKC) y las
elevadas concentraciones de calcio intracelular (Aiello y cols., 1996; Clément-
Chomienne y cols., 1999; Yeon y cols., 2001), así como también pueden ser inactivados
por la Rho-cinasa (Luykenaar y col., 2004). Además, los canales KV son susceptibles a
17
ciertas enfermedades que pueden afectar su funcionamiento en el MLV. Estudios
electrofisiológicos indican que en la vasculatura renal de animales hipertensos tanto el
potencial (ratas control -50 a -60 mV; ratas hipertensas -30mV), como la actividad de
los KV esta alterada (Martens y Gelband, 1996). En arterias pulmonares, la hipertensión
disminuye la expresión del RNAm del canal KV1.5, lo cual provoca la disminución de
canales KV funcionales y disminuye notablemente la IKV en registros de la corriente con
la técnica de fijación de voltaje en la conformación de célula completa (Whole-cell)
(Yuan y cols., 1998). Como podemos apreciar los canales KV son muy importantes en el
mantenimiento del tono basal de las arterias. Por esto, en enfermedades como la
hipertensión tanto la expresión, como el funcionamiento de estos canales esta afectado, lo
cual puede contribuir a la despolarización de la membrana y al incremento del tono
vascular en este tipo de enfermedades.
2.1.2 CANALES DE POTASIO SENSIBLES A CALCIO (BKCa) El músculo liso vascular también expresa canales BKCa (Benham y Bolton, 1986),
estos canales son activados tanto por el incremento del calcio intracelular (1.8 µM de
Ca2+ a –11 mV y 10 µM de Ca2+ a –83 mV) (Carl, Lee, y Sanders 1996; Perez y cols.,
1999), como por despolarización de la membrana (10-20 mV) (Jackson y Blair, 1998) y
aparentemente desempeñan un papel de retroalimentación negativa para evitar la
vasoconstricción excesiva y prevenir el vasoespasmo (Jaggar y cols., 2000). Los canales
BKCa evitan la vasoconstricción excesiva debido a que el Ca+2 que ingresa por medio de
los canales CaV1.2 activa los receptores de rianodina del retículo sarcoplásmico
provocando transientes de Ca2+. Un solo trasiente de Ca2+ genera un gran (10-100 µM) y
altamente restringido (20 nm) incremento de la concentración del calcio intracelular. Esta
liberación masiva y local de Ca2+ permite modular procesos dependientes de Ca2+ que no
responden al aumento global del calcio intracelular (proteínas como la CaM y la MLCK
se activan a concentraciones de 0.1-1µM de Ca2+), entre los que se encuentra la apertura
de los canales BKCa ya que se encuentran muy cerca del retículo sarcoplásmico (≈ 20 nm
distancia). Así, la apertura de los canales BKCa genera un elemento de retroalimentación
negativa que provoca hiperpolarización de la membrana y la consecuente inhibición de
los canales CaV evitando el exceso de contracción (Jaggar, Stevenson y Nelson, 1998;
18
Jaggar y cols, 2000; Ledoux y cols., 2006). En resumen, los canales BKCa, los receptores
de rianodida y los canales CaV trabajan como una unidad funcional que regula la función
del músculo liso. Los canales BKCa también pueden ser activados por vasodilatadores que
actúan a través de las cascadas del GMPc y AMPc (Taguchi y cols., 1995; Paterno, Faraci
y Heistad, 1996), por epóxidos del ácido araquidónico como el ácido
epoxieicostetraenoico (EETs) (Campbell y cols., 1996; Campbell y Harder, 1999), NO
(Wu y cols., 2002) y CO (Wang, Wang y Wu, 1997; Wang y Wu, 1997; Wang, Wu y
Wang, 1997; Wu y cols., 2002). Por otro lado se ha demostrado que los canales BKCa son
inhibidos por la PKC (Satoh, 1996). Estas evidencias ponen de manifiesto que estos
canales son importantes en la regulación del tono vascular en condiciones normales y en
ciertas patologías, por ejemplo se ha observado un incremento en la expresión de los
canales BKCa en el MLV durante la hipertensión (Liu y cols., 1997; Jackson y Blair,
1998; Xu y cols., 2005).
2.1.3 CANALES DE POTASIO RECTIFICADORES ENTRANTES (Kir) Los canales rectificadores entrantes de K+ fueron identificados por primera vez por Katz
(1949) en el músculo esquelético y subsecuentemente se encontraron tanto en células
excitables como no excitables (Jan y Jan, 1997; Nichols y Lopatin, 1997). En una
descripción empírica de las corrientes iónicas de la membrana, la rectificación se refiere
al cambio de la conductancia con respecto al voltaje, así la rectificación entrante se
refiere a un incremento de la conductancia a potenciales negativos y a un decremento en
a potenciales positivos, un efecto opuesto a lo observado en la rectificación tardía
presente en los canales KV (Nichols y Lopatin, 1997). Los canales Kir clásicos poseen
fuerte rectificación (Kir2.1 y Kir3.1) y la corriente declina rápidamente a voltajes más
positivos que el potencial de inversión. En otros canales Kir, la rectificación es débil
(Kir1.1 y Kir6.2) y las corrientes declinan de manera lenta a voltajes más positivos que el
potencial de inversión (Ashcroft, 2000). En otros estudios moleculares se ha demostrado
la presencia de los canales Kir2.1 y Kir2.2, siendo los únicos miembros de la subfamilia
Kir2.x presente en células de ML arterial (Bradley y cols, 1999; Schubert y cols, 2004).
Como sea, en músculo liso de arteriolas cerebrales, la expresión del canal Kir2.1 es
esencial para la dilatación inducida por altas concentraciones de K+ extracelular (Zaritsky
19
y cols., 2000; Schubert y cols, 2004). Estos canales (al igual que los canales KV) están
activos bajo condiciones de reposo y contribuyen en la regulación del potencial de reposo
de membrana (Edwards y Hirst, 1988; Martens y Gelband, 1996; Hashitani y Suzuki,
1997). Debido a que estos canales son inhibidos por concentraciones micromolares de
Ba2+ (17 µM) y su conductancia aumenta si el K+ extracelular se eleva de 5 mM a 6–15
mM (Ashcroft, 2000; Zaritsky y cols., 2000), participan en la dilatación inducida por la
elevación del K+ extracelular y pueden ser activados por el péptido natriurético tipo C y
el factor hiperpolarizante derivado del endotelio (Chauhan y cols, 2003). La bradicinina
puede activar los canales Kir en arterias coronarias, y se ha propuesto que estos canales
son importantes tanto en la iniciación como en la propagación de las señales
hiperpolarizantes a través de las arteriolas coronarias (Rivers y cols., 2001). En otros
sistemas, los canales Kir pueden ser modulados por proteínas cinasas (Jan y Jan, 1997;
Wischmeyer, Döring y Karschin, 1998) o proteínas G (Kamouchi y cols, 1997; Nichols y
Lopatin, 1997), lo cual sugiere que sus contrapartes vasculares, también pueden ser
moduladas por estos sistemas. Estas aseveraciones son soportadas por recientes
observaciones que demuestran en algunos vasos sanguíneos la posible activación de los
canales Kir por el NO (Schubert y cols, 2004). Por ultimo se ha observado que en
enfermedades, como la hipertensión existe una regulación negativa de estos canales
(McCarron y Halpern, 1990; Sobey, 2001).
2.1.3.1 CANALES DE POTASIO SENSIBLES A ATP (KATP) El MLV también expresa canales KATP, los cuales fueron detectados por vez
primera en miocitos cardiacos (Noma, 1983), son una familia de rectificadores entrantes
débiles de K+ que se pueden encontrar en diferentes tipos celulares (células-β
pancreáticas, neuronas, corazón, músculo esquelético y músculo liso vascular; Aguilar-
Bryan y Bryan, 1999). Estos canales son muy importantes en el acoplamiento del
metabolismo energético celular con la excitabilidad de la membrana, debido a que, la
actividad de estos canales se reduce por el ATP intracelular e incrementada por MgADP;
además pueden ser regulados por varias vías independientes de los cambios en el ATP
(H+ y Ca2+) (Mister y cols., 1986; Schwappach y cols., 2000; Koster y cols., 2005). Los
canales KATP están conformados por dos subunidades; un canal de potasio rectificador
20
entrante Kir6.x (Kir6.1 o Kir6.2) que forma el poro y una subunidad reguladora, el receptor
sulfonilurea SURx (SUR1, SUR2A o SUR2B) (Clement IV y cols., 1997; Inagaki y cols.,
1997; Aguilar-Bryan y Bryan, 1999; Babenko y Bryan, 2003, Chan y cols., 2003; Koster
y cols., 2005). El canal Kir6.x posee 2 dominios transmembrana (M1 y M2) a su vez, el
receptor SURx tiene 17 dominios transmembrana (TMD1-17) y están acomodados en
estructuras de estequiometría octámerica [Kir6.x/SURx]4 (Nichols, 2006). La conformación
de estos canales varia en los diferentes tejidos que los expresan, por ejemplo: el MLV
expresa canales KATP conformados por Kir6.1/SUR2B, en células-β y neuronas se
encuentran canales conformados por Kir6.2/SUR1 y en músculo cardiaco y esquelético
Kir6.2/SUR2A (Figura 9) (Isomoto y cols., 1996; Inagaki y cols., 1997; Okuyama y cols.,
1998; Schwanstecher y cols., 1998; Suzuki y cols, 2001; Miura y cols., 2003; Kinoshita y
cols., 2004; Koster y cols., 2005; Teramoto, 2006).
Los receptores SUR son sensores intracelulares de la relación ATP/ADP que
regulan la actividad de los canales Kir, pertenecen a la familia de proteínas ABC
(Tusnády y cols., 1997), mas específicamente de la subfamilia ABCC (ABC8 para SUR1
y ABC9 para SUR2), y poseen dos dominios de unión a nucleótidos como el ATP,
conocidos como NBF1 para ATP y NBF2 para MgATP (Tusnády y cols., 2006), con
unidades accesorios Walker A y Walker B (Figura 9) (Campbell y cols. 2003).
Los canales KATP tienen características farmacológicas particulares. Su
probabilidad de apertura se reduce por la acción sulfonilureas (glibenclamida y
tolbutamida) y aumentada con los abridores de canales de K+ como el pinacidil y el
cromakalim (Tateishi y Faber, 1995; Dörschner y cols., 1999; Gross y cols., 1999; Uhde
y cols., 1999). Además, los canales KATP pueden ser modulados y activados por una gran
variedad de compuestos, en el caso de los nucleótidos citosólicos, estos canales son
inhibidos por el ATP intracelular en presencia o ausencia de Mg2+. Además del ATP, el
ADP, el diadenosinpolifosfato, el GTP y el GDP reducen la actividad de los KATP
(Tammaro, Proks y Ashcroft, 2006). Un incremento en el cociente de las concentraciones
citosólicas del ATP/ADP o la adición de sulfonilureas (glibenclamida, glipizida, etc.)
conduce a una inhibición de la actividad de los canales KATP y por lo tanto a una
despolarización de la membrana plasmática, lo cual produce la apertura de canales CaV y
un aumento en la afluencia de Ca2+. Lo que resulta en un incremento del calcio
21
intracelular que induce o facilita la contracción en el caso del MLV (Figura 11) (Gollasch
y cols., 1996; Jackson, 2000a; Miura y cols., 2003; Kinoshita y cols., 2004; Jackson,
2005) o la exocitosis de la insulina en el caso de las células-β del páncreas (Koster y
cols., 2005).
A B
Glibenclamida
C Tejido SUR Kir6.x
Músculo liso vascular SUR2B
Kir6.1(Miura y cols., 2003; Standen, 2003; Kinoshita y cols., 2004)
Músculo cardiaco y esquelético SUR2A
Kir6.2(Okuyama y cols., 1998; Schwanstecher y cols., 1998; Suzuki y cols, 2001)
Neuronas y Células β-pancreáticas SUR1
Kir6.2(Inagaki y cols., 1997; Aguilar-Bryan y Bryan,
y cols., 2005) 1999; Koster Figura 9. Conformación de los canales KATP. Se muestra un canal donde puede apreciarse claramente que la subunidad Kir6.2 forma el poro de permiación. A) Representación del estado abierto del canal Kir6.2/SUR2A. Se muestra como el sitio de unión al ATP del canal Kir6.2 esta libre lo cual provoca el estado abierto. B) Representación del canal Kir6.2/SUR1 en estado cerrado, donde se puede apreciar como el ATP esta unido al Kir6.2, lo cual provoca la inactivación del canal. Así mismo, se muestra el sitio de unión de la glibenclamida en el receptor SUR, que de igual forma provoca el cierre del canal. C) Conformación de los canales KATP en los diferentes tejidos que se expresan. A y B Modificado de Babenko, Gonzalez, y Bryan (1999)
22
Los abridores de canales de K+ (KCOs; cromakalim y pinacidil), pueden activar
los canales KATP en variedad de tejidos vasculares y no vasculares aumentando el flujo de
K+ al espacio extracelular produciendo hiperpolarización, y una disminución del Ca2+
intracelular, lo que dará como resultado la relajación del MLV (Miura y cols., 2003;
Kinoshita y cols., 2004). Schwanstecher y cols. demostraron en 1998 que el sitio de unión
de los KCOs está localizado en el receptor SUR, y que un cambio conformacional
inducido por la hidrólisis del ATP en ambos NBFs, probablemente da lugar a un fuerte
incremento en la afinidad de KCOs (Uhde y cols., 1999).
En las células-β pancreáticas, la probabilidad de apertura de los canales determina
el potencial de reposo de la membrana. Así, estos canales funcionan como acoplamiento
entre los cambios metabólicos inducidos por la glucosa y la actividad eléctrica, y son muy
importantes para el acoplamiento del estimulo de secreción (Berridge, 1997). En corazón
y neuronas, los canales KATP están implicados en la regulación de la actividad eléctrica en
caso de isquémia o hipoxia, presumiblemente causa hiperpolarización de las células y
consecuentemente una inhibición del consumo de energía y un retraso de la muerte
celular (Griesemer, Zawar, y Neumcke, 2002).
En el músculo liso vascular, los canales KATP desempeñan un papel importante en
la regulación del tono muscular y la vasorelajación en caso de hipoxia (Miura y cols.,
2003; Kinoshita y cols., 2004). Varios estudios han demostrado que los canales KATP
pueden ser activados por la PKA y la PKG, demostrando así la participación de estos
canales en los mecanismos de acción de varios vasodilatadores endógenos como la
adenosina, la PGI2, y el NO. Algunos vasoconstrictores (Vasopresina, endotelina, AII y
norepinefrina) actúan en parte bloqueando los KATP, a través de un mecanismo donde esta
envuelta la activación de la PKC (Jackson, 2000a; 2005). Se han implicado también en la
hiperemia funcional (Thomas, Hansen y Victor, 1997), hiperemia reactiva y en la
respuesta a la reducción del flujo sanguíneo (Jackson, 2000a) en varios modelos en el
músculo esquelético. La respuesta de las arteriolas y arterias a abridores de los KATP esta
reducida en la diabetes mellitus (Zimmermann y cols., 1997; Crijns, Struijker-Boudier y
Wolffenbuttel 1998) y la hipertensión (Jackson, 2005), lo cual sugiere que están
implicados en la causa de las complicaciones vasculares presentes en las enfermedades
cardiovasculares. También se ha demostrado que estos canales pueden estar activos en la
23
microcirculación bajo condiciones de reposo (Tateishi y Faber, 1995; Jackson, 2005). En
resumen, en MLV los canales KATP participan en la regulación del potencial de reposo de
membrana y del tono vascular.
2.1.4 CANALES DE POTASIO DE DOS POROS (K2P). En células de músculo liso de arterias pulmonares (MLAP) se ha reportado que el
potencial de reposo esta determinado principalmente por un corriente de K+ que no se
inactiva (IKN), la cual es inhibida (≈ 49%) por 4-aminopiridina aunque en concentraciones
relativamente altas (10 mM). Por otra parte, tanto el potencial de membrana como IKN
muestra una baja sensibilidad a drogas como quinina y Ba2+, además son insensibles al
tetraetilamonio, glibenclamida y a distintos bloqueadores de canales BKCa. (Evans,
Osipenko y Gurney, 1996; Osipenko, Evans, y Gurney, 1997). Este perfil farmacológico
caracteriza a los canales de K+ de dos poros (K2P) y hasta el momento la identificación de
las corrientes acarreadas por los canales K2P se hace sobre la base de este perfil
farmacológico. Se ha identificado la presencia de una variedad de canales de la familia
K2P en músculo liso de arterias pulmonares, arterias mesentéricas (Gurney y cols., 2003;
Gardener y cols. 2004; Mauban, Remillard, y Yuan, 2005) y arterias cerebrales (Bryan Jr.
y cols., 2006).
Los canales K2P participan en el establecimiento del potencial de membrana en
células excitables y no-excitables (Bai y cols., 2005; Cho y cols., 2005; Sanders y Koh,
2006). En el MLAP se ha demostrado que los canales de K+ que mas contribuyen en la
regulación del potencial de reposo son los canales K2P y los canales KV (Gurney y cols.,
2003). Se sabe que el MLAP expresa una gran variedad de canales K2P (Gardener y cols.
2004), pero aparentemente los mas importantes en la regulación del potencial de reposo
son los canales K2P3.1 (Gurney y cols., 2003; Mauban, Remillard, y Yuan, 2005;
Olschewski y cols., 2006). Otras evidencias indican que los canales K2P3.1 participan
también como reguladores del potencial de reposo en neuronas (Millar y cols., 2000;
Talley y cols., 2000), células cardiacas (Barbuti y cols., 2002), células de la capa
glomerular de la corteza adrenal (Czirják y cols., 2000), células del miometrio humano
(Bai y cols., 2005) y células de músculo liso gastrointestinal (Sanders y Koh, 2006). Una
característica muy definida de los canales K2P3.1 es su alta sensibilidad a los cambios del
24
pH extracelular (Lesage y Lazdunski, 2000; Bayliss, Sirois, y Talley, 2003). Esta función
también se ha encontrado en MLAP y músculo liso de arterias mesentéricas. Así, los
canales K2P3.1 juegan un papel importante en la mediación de la respuesta vascular
pulmonar y mesentérica a cambios del pH y pueden ser responsables del efecto
modulador del pH en la vasoconstricción pulmonar hipoxica (Gurney y cols., 2003).
A pesar de no haberse identificado hasta la fecha ningún inhibidor selectivo y
especifico de los canales K2P3.1 (Gurney y cols., 2003; Goldstein, 2005), estos canales
muestran un perfil farmacológico distinto y además, son activados característicamente
por anestésicos volátiles como el halotano (Lesage y Lazdunski, 2000; Sirois y cols.,
2000) y son inhibidos por concentraciones bajas de anandamida (Maingret y cols., 2001)
y Zn2+ (Leonoudakis y cols., 1998). El canal K2P3.1 también posee sitios de fosforilación
para PKC y PKA en el carboxilo terminal. Existe una discrepancia en los posibles efectos
que pueda tener la PKC sobre estos canales dependiendo el tejido donde se exprese, por
ejemplo: los canales K2P3.1 de cerebelo (Leonoudakis y cols., 1998) cerebro y corazón
(Duprat y cols., 1997) de rata son insensibles a activadores de la PKC. Por el contrario
experimentos realizados por Barbuti y col. (2002) demuestran en corazón de ratón que la
IKN producto de la metandamida (análogo estable del lípido endógeno ligado a receptores
canabinoides) son bloqueadas por inhibidores selectivos de la PKC, un efecto similar fue
observado en células de la capa glomerular de la corteza adrenal (Czirják y cols, 2000;
2001) y en miocitos ventriculares de corazón de ratón (Besane y cols., 2004). Por otro
lado, experimentos realizados por Olschewski y colaboradores (2006), demostraron que
en el MLAP de humanos, el treprostinil (análogo estable de la PGI2) activa los canales
K2P3.1 por la vía de la PKA. Lo cual contrasta con lo observado en otros tejidos como
cerebelo de rata, donde activadores de la PKA reduce la corriente de los K2P3.1 en un
58% (Leonoudakis y cols., 1998; Lesage and Lazdunski, 2000) y con el hecho de que los
activadores de la adenilato ciclasa no tienen ningún efecto sobre la corriente de los
canales K2P3.1 (Duprat y colaboradores (1997).
Aunque todavía no se tiene un panorama claro del efecto de ambas proteínas
cinasas sobre estos canales en el músculo liso de otros lechos vasculares, se cuenta con
evidencias de que la PKA activa a los canales K2P3.1 expresados en el músculo liso de
arterias pulmonares de humanos, lo cual representa un importante mecanismo para
25
entender las propiedades vasorelajantes de los prostanoides y sus efectos benéficos a
nivel de la circulación pulmonar (Olschewski y cols., 2006).
Otro hecho interesante es que al contrario de lo que ocurre con los canales KATP,
la hipoxia puede bloquear a los canales K2P3.1, lo cual despolariza la membrana
provocando la apertura de los canales CaV y la subsecuente contracción del MLAP. Así,
la sensibilidad a la hipoxia y el control que ejercen sobre el potencial de reposo en el
MLAP, permite postular que estos canales juegan un papel importante en la regulación
del tono vascular pulmonar.
2.2 CANALES DE CALCIO La contracción depende crucialmente de la entrada de Ca2+ extracelular y quizás
los canales de calcio activados por voltaje son los más importantes reguladores
fisiológicos de la entrada de Ca2+ a las células del músculo liso vascular. En el MLV, los
canales CaV son predominantemente del tipo L y en menor grado tipo T (Davis y Hill,
1999). Los CaV tipo L pertenecen a la familia de los CaV1.x como los CaV1.2, de los
cuales se han descubierto 3 isoformas, pero en el músculo liso la isoforma predominante
es la b (CaV1.2b) (Akbarali, 2005). Estos canales censan la despolarización de la
membrana y se activan provocando el flujo de Ca2+ al medio intracelular. Así, los canales
CaV son muy importantes en el mantenimiento de tono contráctil (Matsuda, Volk, y
Shibata 1990; Ishikawa, Hume y Keef 1993; Quignard y cols., 1997), además en la
microcirculación juegan un papel importante en la reactividad miógenica y la vasomoción
(Quignard y cols., 1997; Welsh, Jackson y Segal, 1998; Davis y Hill, 1999; Schubert y
Mulvany, 1999; Feng y Navar, 2006). Asimismo han demostrado participar en la
dilatacion arterial inducida por hipoxia (Franco-Obregón, Urena y López-Barneo 1995),
ya que ciertos grados de hipoxia, además de inhibir el eflujo de Ca2+ dependiente de
voltaje, provoca vasodilatación, que es sostenida aún en presencia de glibenclamida o
concentraciones elevadas de K+ extracelular (Franco-Obregón, Urena y López-Barneo
1995; Jackson, 2000b; Shimizu y cols., 2000; Gauthier 2006; Quayle y col., 2006).
Gracias a sus propiedades, estos canales de Ca2+ sensibles a O2 juegan un papel
fisiológico importante en la rápida adaptación local de la resistencia arterial al grado de
oxigenación de la sangre.
26
Todo lo anterior hace que estos canales sean blanco de diversas sustancias
(hormonas, transmisores y segundos mensajeros) capaces de modular negativa o
positivamente a estos canales. Los canales CaV1.2 son activados por vasoconstrictores
que actúan por la vía de la PKC (Cobine, Callaghan y Keef, 2007) e inhibidos por
vasodilatadores que estimulan la producción de AMPc o el GMPc (Quignard y cols.,
1997; Keef, Hume y Zhong, 2001; Feng y Navar, 2006). El AMPc ha demostrado en
pequeñas concentraciones activar los CaV1.2 por la activación de la PKA y a elevadas
concentraciones inhibe los CaV1.2 por la activación cruzada de la PKG (Ishikawa, Hume,
y Keef, 1993; Ruiz-Velasco y cols., 1998; Keef, Hume y Zhong, 2001). Los CaV también
son inhibidos por el incremento intracelular de Ca2+ (Jackson, 2000a) o directamente por
el NO (Feng y Navar, 2006). Existen factores independientes de la influencia humoral,
neuronal y endotelial que participan en la regulación del diámetro de las arterias que
depende de la entrada de Ca2+ por los CaV1.2 (Zimmermann y cols., 1997; Davis y Hill,
1999,). Zhang y cols (2007), demostraron que en músculo liso de arterias mesentéricas
los canales CaV1.2 ejercen un papel dominante en la generación y mantenimiento de la
respuesta miógenica, la cual consiste en la habilidad intrínseca de pequeñas arterias para
contraerse en respuesta al incremento de la presión intraluminal.
2.3 CANALES DE CLORO El músculo liso vascular expresa por lo menos, dos diferentes tipos de canales de
Cl- (Figura 11): 1) canales de Cl- activados por Ca2+ (ClCa) (Greenwood & Large, 1999) y
2) canales de Cl- sensibles al volumen (ClVol) (Nelson y cols., 1997;Yamazaki y cols.,
1998). La corriente de Cl- sensible a volumen (ICl) ha sido medida en muchos tipos
celulares y se han propuesto varios papeles fisiológicos para esta conductancia,
incluyendo la regulación del volumen y la proliferación celular (Ellershaw, Greenwood y
Large, 2002). Esta ICl también ha sido identificada en celulas de MLV en distintas
preparaciones (Greenwood y Large, 1998; Yamazaki y cols,1998;), la cual ha sido
implicada en el control del tono vascular en respuesta al estiramiento o hinchamiento
celular (Figura 10) (Greenwood & Large, 1998; Nelson, 1998; Greenwood & Large,
1999; Graves y cols. 2000). La propuesta de esta función se basa en el hecho de que el
potencial de equilibrio del Cl- en el músculo liso (ECl, alrededor de -20 a -30 mV) es
27
mucho más positivo que el potencial de reposo de membrana (Ellershaw, Greenwood y
Large, 2002). Consecuentemente, la activación de ICl despolariza la membrana e
incrementa la probabilidad de apertura de los canales CaV resultando un influjo de Ca2+
(Figura 10) (Jackson, 2000a; Ellershaw, Greenwood y Large, 2002). Nelson y
colaboradores (1997), demostraron que inhibidores de la ICl bloquean la respuesta
miógenica de arterias cerebrales de rata; también se ha registrado el eflujo de Cl- durante
la respuesta miógenica (Doughty y Langton, 2001). Por otro lado se ha observado que
antagonistas de la ICl (nicardipina) inhiben la contracción del músculo liso por la
inhibición de la síntesis de NO (L-NAME) en arterias coronarias de rata (Graves y cols.,
2000). Estas observaciones sugieren que la ICl, puede contribuir en la modulación de la
contracción del MLV, además de participar en otros eventos como la proliferación
celular.
Figura 10. Canales de Cl- y el tono vascular. Esquema de una célula de músculo liso vascular (A) y secciones representativas de una arteriola (B), donde se muestran, que la apertura de los canales de Cl- facilita el eflujo de iones Cl-, provocando despolarización de la membrana, la apertura de canales de Ca2+ sensibles al voltaje (CaV), y el incremento del Ca2+ intracelular, etc (consultar texto), lo cual conduce a la vasoconstricción. La inactivación de los canales de Cl- provoca efecto opuesto. Modificado de Jackson, 2000a.
28
Tabla 1. Características biofísicas de los canales iónicos implicados en el control del tono vascular.
Canal Activación Inactivación Conductancia Bloqueadores Referencias
KV1.2 +5 a +27 mV -33 a -15 mV 14–18 pS
4-Ap (590 µM), capsaicina (45 µM), CTx (14 nM), TEA
(560 mM), anandamida (2.7 µM)
Gutman y cols., 2005
KV1.5 -14 mV -25 a -10 mV 8 pS
4-AP (270 µM), capsaicina (23 µM), nifedipina (81 µM),
TEA (330 mM)
Gutman y cols., 2005
KV2.1 +12 mV No inactivación 8 pS TEA, Ba2+; interno 13 µM y externo 30 mM,
4-AP (18 mM)
Gutman y cols., 2005
Kir1.2Desbloqueo de
poliaminas 20 - 23 pS
Cs+, Rb+, Ba2+ y Mg2+ intracelular (17 µM), putrescina (7.5 µM), spermidina (8.0 nM),
spermina (0.9 nM)
Nichols y Lopatin, 1997; Ashcroft, 2000; Kubo y
cols., 2005
BKCa
Calcio ( 100-300 nM) y
voltaje (10-20 mV ).
230 - 260 pS TEA (0.14 mM), CTx
(2.9 nM), and ITx (1.7 nM).
Aiello y cols., 1998; Jackson y
Blair, 1998; Wei y cols., 2005
KATP (Kir6.1/SUR2B)
Nucleosidos difosfatos ATP 33 a 40 pS Glibenclamida Kubo y cols., 2005
K2P3.1 Halothane (1 mM), isofluorano (2 mM)
10 a 14 pS
Zn2+ (175 µM), Ba2+(500 mM), pH externo (7.3), AA (100 mM), y anandamida (3 µM)
Kim, Bang, y Kim, 1999; Lasage y
Lazdunski, 2000; Goldstein y cols, 2005; Olschewski
y cols, 2006.
CaV1.2 -17 mV -50 a -60 mV 9 pS
No-selectivos: Cd2+; Selectivo para CaV1.x: devapamil (50 nM); diltiazem (33 µM)
Catterall y cols., 2005; Matsuda, Volk, y Shibata 1990; Ishikawa,
Hume y Keef 1993 4-AP, 4-aminopiridina; AA, ácido araquidónico; CTx, charibdotoxina; TEA, tetraetilamonio; ITx iberiotoxina
Además el músculo liso vascular es blanco de numerosas sustancias
(neurotransmisores, hormonas o algunos productos del metabolismo) o factores (pO2,
pCO2, etc.), que tienen la capacidad de modificar el funcionamiento de los canales
iónicos y por ende alterar el tono vascular. Condiciones tales como el ejercicio o la
hiperemia provocan la liberación de diversas sustancias vasodilatadoras (NO, PGI2) o
vasocontrictoras (ET-1, TXA2), estas sustancias son capaces de modular el tono vascular
de una manera dependiente o independiente del endotelio.
3 MODULACIÓN DEL TONO VASCULAR. 3.1 MODULACIÓN DEPENDIENTE DEL ENDOTELIO. El endotelio recubre la superficie interna de los vasos sanguíneos y esta en
contacto directo con la sangre, actualmente se reconoce la importancia del papel que
29
juega en la regulación de la función vascular, al participar activamente en el
mantenimiento del tono vascular y, por tanto, de la presión arterial, mediante la liberación
de sustancias vasodilatadoras y vasoconstrictoras en respuesta a estímulos humorales,
químicos o mecánicos. El endotelio no expresa sus funciones de manera homogénea ya
que existe una heterogeneidad que depende del tipo de vaso y del territorio en el que se
encuentre (Esteller-Perez, 2005).
3.1.1. SUSTANCIAS VASODILATADORAS
Una de las principales sustancias vasodilatadoras producida y liberada por el
endotelio es el NO, el cual es sintetizado a partir de la L-arginina por medio de la NO-
sintasa (Radi y cols., 1991; Yuan y cols., 1996; Thomas y cols., 2001). Las principales
acciones del NO son: inhibición de la agregación plaquetaria, la relajación del MLV,
inhibición del crecimiento y proliferación de las células musculares lisas (Esteller-Perez,
2005). Existen diversas rutas por las cuales el NO puede inducir la vasodilatación por la
activación directa de ciertos canales de K+, como los KATP (Murphy y Brayden, 1995),
los BKCa (por interacción covalente con el lado citoplasmático de la subunidad α;
Abderrahmane y cols, 1998; Mistry y Garland, 1998; Wu y cols., 2002) y los KV (Yuan y
cols., 1996) produciendo hiperpolarización de la membrana (Figura 11). También puede
producir la activación indirecta de estos canales, por medio de la estimulación de la
guanilato ciclasa, provocando un aumento del GMPc y la activación de la PKG (Figura
11) (Archer y cols., 1994; Murphy y Brayden, 1995). Por otro lado, existen experimentos
que demuestran que el NO también induce relajación del MLV por una ruta
independiente a la vía del GMPc, ya que puede modular el tono vascular reduciendo la
sensibilidad de los miofilamentos contráctiles al Ca2+ donde puede estar participando la
activación de la MLCP (Soloviev y cols., 2004). Por ultimo el NO también inhibe los CaV
reduciendo directamente la corriente de Ca2+ (Feng y Navar, 2006). El NO es liberado en
respuesta tanto a factores físicos como humorales, el principal factor físico es la presión
ejercida por la sangre sobre el endotelio (fuerzas de cizallamiento), numerosos factores
humorales provocan la liberación de NO: acetilcolina, bradicinina, catecolaminas, AII,
endotelina, vasopresina, trombina, ATP, histamina, sustancia P etc. La degradación del
NO se produce como consecuencia de la oxidación producida por una especie reactiva a
30
oxigeno (ROS), como el anión superóxido (•O-2) el cual se une al NO y forma
peroxinitrato (OONO-), el cual tiene un efecto opuesto al NO sobre los canales BKCa,
KATP y KV, y además activa los CaV favoreciendo la vasocontracción (Kiowski y cols.,
1991; Radi y cols., 1991; Mistry y Garland, 1998; Brzezinska y cols., 2000; Loscalzo,
2001; Thomas y cols., 2001; Resta, 2003; Li y cols., 2004). Por lo aquí expuesto, es
evidente que el NO desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la función,
la estructura, y la integridad vascular, los defectos en la producción de NO contribuyen a
la patogénesis de la hipertensión (Resnik y cols., 2006; Remillard y cols., 2007), la
trombosis vascular y la arterogenesis (Chiang y col., 2001; Loscalzo, 2001).
De igual forma el endotelio es capaz de liberar diversos factores capaces de
producir hiperpolarización y relajación del MLV; como la PGI2, el péptido natriurético
tipo C, EETs y el EDHF no relacionado con NO entre otros (Campbell y Harder, 1999;
Brandes y cols., 2000; Medhora y cols., 2001; Golding y cols., 2002; Chauhan y cols.,
2003; Ahluwalia y Hobbs, 2005; Morio y cols., 2007). La PGI2 es sintetizada a partir del
ácido araquidónico mediante la ciclooxigenasa-PGI2 sintetasa. Sus principales acciones
son inhibición de la agregación plaquetaria y relajación del MLV. En el músculo liso
vascular la PGI2 activa a la adenilato ciclasa, lo cual produce un aumento del AMPc y la
subsecuente activación de la PKA (Figura 11). Los principales factores capaces de
estimular la síntesis y liberación de PGI2 son la AII, la acetilcolina o la bradicinina, así
como productos liberados por las plaquetas como la serotonina y el factor de crecimiento
derivado de plaquetas. La capacidad de sintetizar PGI2 disminuye con la edad, la
arteriosclerosis y la diabetes mellitus (Ahluwalia y Hobbs, 2005; Esteller-Perez, 2005). El
EDHF al igual que la PGI2 produce relajación del MLV al inducir hiperpolarización de su
membrana celular (Medhora y cols., 2001; Golding y cols., 2002), lo anterior parece ser
debido a un incremento de la conductancia al K+ a través de los canales KATP, BKCa y Kir
por la activación de la PKA en células de músculo liso vascular (Brandes y cols., 2000;
Golding y cols., 2002; Chauhan y cols., 2003; Morio y cols., 2007). Con respecto a su
función fisiológica parece ser un mediador importante en la relajación dependiente del
endotelio en las arterias mesentéricas de resistencia, especialmente importante en vasos
pequeños y en la regulación del flujo sanguíneo cerebral (Brandes y cols., 2000; Golding
y cols., 2002).
31
3.1.2 SUSTANCIAS VASOCONSTRICTORAS
Entre las sustancias vasoconstrictoras sintetizadas y liberadas por el endotelio
encontramos la endotelina (ET-1), la cual es sintetizada a partir de la pre-proendotelina,
que, por medio de la endopeptidasa da lugar a la formación de la big endotelina, a su vez
este compuesto por la acción proteolítica de la enzima convertidora de endotelina da
lugar a la ET-1 (Takahashi y cols., 1993; Shimada, Takahashi y Tanzawa, 1994). Se han
identificado cuatro isoformas de endotelina, que solo varian en su potencia farmacologíca
(Spieker y cols., 2001; Esteller-Perez, 2005). La ET-1 se produce por estimulación
mecánica, química y humoral, sustancias como la trombina, AII, adrenalina, vasopresina
y la inteleucina-1 también son conocidos estimuladores de la producción de la ET-1,
factores como la hipoxia y el decremento de la presión sanguínea favorecen la síntesis de
ET-1, por el contrario, las fuerzas de cizallamiento parecen reducir la liberación de ET-1
(Boulanger y Lüscher 1990; Kourembanas y cols., 1991; Avontuur, 1999; Burnstock,
1999).
El MLV expresa principalmente el receptor a endotelina A (ETA), los receptores
ETA median la contracción y la proliferación de las células del músculo liso vascular
(Wu-Wong y cols., 1997; Shichiri y cols., 2000). En contraste, los receptores ETB que se
encuentran principalmente en el endotelio y en menor grado en el músculo liso median la
vasodilatación por vía de la liberación de NO, PGI2, lo cual podrá modular su acción
vasoconstrictora (Hahn y cols., 1990; Verhaar y cols., 1998; Spieker y cols., 2001;
Esteller-Pérez, 2005; Honoré y cols., 2005). Kiowski y cols, (1991) demostraron que en
humanos como en otros animales, la ET-1 a bajas concentraciones produce
vasodilatación y a concentraciones altas provoca vasoconstricción, además hay
evidencias de que los receptores ETB, por lo menos en pulmones son la mayor vía de
eliminación de ET-1 del plasma (Spieker y cols., 2001), y que también participan en la
regulación autocrina de la síntesis de ET-1 (Iwasaki y cols., 1995). En resumen la ET-1
causa contracción del MLV por distintas vías como: 1) activación directa o indirecta de
los canales CaV, ya que el bloqueo de estos canales inhibe la vasocontracción inducida
por la ET-1; 2) activación directa e indirecta de la PKC (Sirous, Fleming y Raouf, 2001);
o 3) activación directa de la PLC aumentando la producción de IP3 lo cual aumentará la
concentración del calcio intracelular (Khalil y van Breemen, 1988; Vigne y cols., 1990) y
32
4) activación de las Rho cinasas y las tirosina cinasa, lo que conlleva a un aumento en la
sensibilidad de los miofilamentos al Ca2+ (Weigand, Sylvester y Shimoda, 2006). La ET-
1 es una sustancia vasoconstrictora muy importante en condiciones fisiológicas normales,
pero también esta implicada en varias condiciones patológicas. El exceso de ET-1
aumenta la resistencia vascular, lo cual contribuye considerablemente a la disfunción
vascular, provocando enfermedades tales como la arteriosclerosis (Shichiri y cols., 1991)
o la hipertensión arterial (Esteller-Perez, 2005), esta ultima es una enfermedad precursora
de alteraciones graves como la isquémia o la insuficiencia cardiaca congestiva (Spieker y
cols., 2001), entre otras patologías cardiovasculares. Por esto es importante tanto la
regulación y la eliminación en sangre de la ET-1, autorregulación en la que participan los
receptores ETB (Honoré y cols., 2005).
El endotelio también produce otras sustancias vasoconstrictoras, como el
tromboxano A2 (TXA2), y las ROS. En el caso de los ROS, estos no actúan directamente
para producir vasoconstricción, si no a través de la inactivación por oxidación del NO
(Figura 11), lo que producirá una reducción del tono vasodilatador basal (Brzezinska y
cols., 2000). Las ROS están constantemente produciéndose de manera endógena como
resultado de procesos biológicos y metabólicos normales. La síntesis de TXA2 en el
endotelio puede aumentar por sustancias como la nicotina, norepinefrina y por acciones
mecánicas sobre el mismo endotelio (Esteller-Perez, 2005). El TXA2 en el MLV inhibe la
IKV, esto provoca la despolarización de la membrana y la consiguiente activación de los
canales CaV (Yuan, 1995; Tosum, Paul y Rapoport, 1998; Boffa y cols., 2004; Ding y
Murray, 2005), creándose un influjo de Ca2+ que facilita el proceso de contracción;
Cogolludo y colaboradores (2003), sugieren que la inhibición de los KV es mediada por la
PKCζ, ya que la contracción inducida por el TXA2 es bloqueada por inhibidores
específicos de la PKCζ. Así mismo el TXA2 cuenta con la capacidad de bloquear los
canales BKCa (Li y Janssen, 2002); por otro lado, se ha demostrado que además de la
activación de la PKC, otras proteínas como las tirosino-cinasas y las ROK, contribuyen
en la contracción inducida por el TXA2, ya que estas proteínas aumentan la sensibilidad
de las proteínas contráctiles al Ca2+ (Yamagishi, Yanagisawa y Taira, 1992; Janssen, Lu-
chao, y Netherton, 2001; Ding y Murray, 2005).
33
Como se pudo apreciar, el endotelio es, gracias a sus propiedades, un órgano
determinante para el buen funcionamiento cardiovascular, su posición le permite
funcionar como un sensor de cambios en la presión arterial, disminución de la pO2, etc;
esto le permita disponer de una reacción (contracción o dilatación del MLV) para
equilibrar estas situaciones y que no se produzca un daño en los tejidos. Así, cuando su
fisiología se altera por daño estructural o funcional, se inicia un largo proceso que puede
desembocar en patologías tan graves como la hiper o, hipotensión, infarto de miocardio,
patología vascular periférica entre otras más.
3.2. MODULACIÓN NO-DEPENDIENTE DEL ENDOTELIO
Existen otras vías o condiciones como la hipoxia, la isquemia (Tateishi y Faber,
1995; Liu y Flavahan, 1997; Miura y cols., 2003: Weintraub, 2003; Kinoshita y cols.,
2004) y la acidocis (Ishizaka y Kuo, 1996) que son capaces de inducir vasodilatación no-
dependiente del endotelio, ya que el NO, no contribuye a esta vasodilatación, sin
embargo la contribución del NO varia dependiendo del lecho vascular, las especies, el
tamaño del vaso o la preparación experimental (Miura y cols., 2003). Se ha demostrado
en distintos estudios que la hipoxia provoca la apertura de los canales KATP y por ende la
vasodilatación, sin embargo también se ha reportado que la inhibición de los KATP es
inefectiva en la atenuación de la vasorelajación inducida por hipoxia en aorta de conejo y
en arterias coronarias de cerdo (Jiang y Collins, 1994; Shimizu y col., 2000), además la
glibenclamida no elimina completamente la vasodilatación por hipoxia, lo que hace
suponer que otros factores pueden estar implicados en la dilatación hipoxica
(Zimmermann y cols., 1997). Entre estos mecanismos encontramos a los canales BKCa y
los metabolitos del citocromo P450, la producción de lactato (Miura y cols., 2003), o la
activación del receptor a adenosina (Minamino y cols., 1995, Zimmermann y cols.,
1997).
De igual forma existen la posibilidad de provocar vasocontraccion no-dependiente
del endotelio. En el MLV un incremento del ácido araquidonico favorece o produce la
vasocontracción por lo menos por tres distintas vías por: 1) activación de la via
RhoA/Rho-cinasa (Somlyo y Somlyo, 2000; Shakirova, 2006); 2) activación de las PKCs
atípicas (Pfitzer, 2001) y 3) inhibición de la actividad de la MLCP (por lo menos in vitro)
34
ya que disocia la subunidad reguladora de la subunidad catalítica de esta proteína,
incrementando la sensibilidad de los miofilamentos al Ca2+ (Gong y cols., 1992). Otra
sustancia capaz de provocar vasocontracción no-dependiente del endotelio es la 5-HT,
este autacoide reduce la IKV (KV1.5) lo cual despolariza la membrana y provoca la
contracción de las arterias pulmonares, la adición de bloqueadores (Ketanserina) del
receptor 5-HT2A previene marcadamente dicha contracción (Cogolludo y cols., 2006;
Remillard y cols., 2007). Factores como la hipoxia crónica liberan 5-HT, aquí la
contracción es mediada también por los receptores 5-HT1B, los cuales actuan
sinergicamente con los 5-HT2A para producir contracción (MacLean y col., 2000;
Humbert y cols., 2004). También se ha demostrado la participación de los 5-HT2B en la
hipertensión pulmonar (Launay y cols., 2002). Se han propuesto varias vías de
señalización por las cuales la 5-HT provoca contracción del MLV, entre las cuales
tenemos: 1) la estimulación de la PLC, 2) la activación de la PCK y 3) las tirosina
cinasas, ya que la adición de inhibidores de las tirosina cinasas bloquean el efecto
inhibitorio de la 5-HT (MacLean y col., 2000; Humbert y cols., 2004; Cogolludo y cols.,
2006; Remillard y cols., 2007)
3.3. PARTICIPACION DE LAS PROTEÍNAS CINASAS (PKA, PKG, PKC).
En el MLV las sustancias vasodilatadoras (dependientes o no-dependientes del
endotelio) actúan a través de las vías de señalización del AMPc o GMPc las cuales
activan a la PKA y PKG respectivamente. Esta bien establecido que en MLV, tanto el
AMPc como el GMPc disminuyen la sensibilidad del aparato contractil al Ca2+ (Morgan
y Morgan,1984; Van Riper y cols, 1995). In vitro, la PKA fosforila a la MLCK en dos
sitios, el sitio A y el B, localizados en el COOH terminal, donde se encuentra el dominio
de unión a la CaM (Conti y Adelstein, 1981; Pfitzer, 2001; Blaustein, Kao, y Matteson,
2004). La fosforilación del sitio A pero no del sitio B, disminuye la afinidad de la MLCK
por el complejo Ca•CaM (Conti y Adelstein, 1981), y se piensa que esta situación es la
responsable de la desensibilización al Ca2+ (Pfitzer, 2001). La PKA también es un potente
activador de los canales KATP (Figura 11) en MLV, ya que la adenosina causa
vasodilatación sensible a glibenclamida por medio de esta proteína cinasa (Quayle y
cols., 1994; Nelson y Quayle, 1995; Bonev y Nelson, 1996; White y cols., 2000). De
35
igual forma la PKA también ha demostrado poder modular los canales KV (Figura 11) de
lenta inactivación (Aiello y cols., 1998) y los KV1.5 por alteración de la subunidad
KVβ1.3 encargada de la inactivacion de los KV1.5 (Kwak y cols., 1999). Por otro lado,
también activa indirectamente los canales BKCa, ya que fosforila el fosfolambam, el cual
desinhibe la SERCA (Ledoux y cols., 2006).
El MLV expresa principalmente la isoformas 1α y 1β de la PKG, donde el
porcentaje de expresión de ambas varia según el tipo de músculo liso, por ejemplo, en
músculo liso gastrointestinal encontramos un 70% de PKG-1α y un 30% de PKG-1β
(Murthy, 2001b). La PKG es un importante mediador de la relajación vascular (Huber y
cols., 1998; Resnik y col, 2006), compuestos vasodilatadores como el NO (Fig. 11),
producen sus efectos mediante la activación de esta proteína (Radi y cols., 1991; Archer y
cols., 1994; Murphy y Brayden, 1995; Yuan y cols., 1996; Abderrahmane y cols, 1998;
Mistry y Garland, 1998; Keef, Hume y Zhong, 2001; Thomas y cols., 2001; Resta, 2003;
Soloviev y cols., 2004). En resumen, la PKG produce relajación del MLV por una gran
variedad de mecanismos, entre los cuales tenemos: 1) activación directa (fosforilación de
la cadena α) (Barman y cols., 2003) o indirecta (activación de receptor de rianodina) de
los canales BKCa lo cual hiperpolariza la membrana (Swayze y Braun, 2001; Resnik y
cols, 2006), 2) inhibición directa de CaV ya que la inhibición de estas corrientes es
anulada con bloqueadores de la PKG (Quignard y cols., 1997; Keef, Hume y Zhong,
2001; Feng y Navar, 2006), 3) desensibilización del aparato contractil al Ca2+ por
fosforilacion de la RhoA (Khatri y cols, 2001; Blaustein, Kao, y Matteson, 2004), 4)
activación de la SERCA y la PMCA, (Cornwell y cols., 1991; Furukawa, Tawada, y
Shigekawa, 1988; Blaustein, Kao, y Matteson, 2004; Ledoux y cols., 2006) lo cual
incrementa la recaptura de Ca2+ por los depósitos intracelulares y aumenta el eflujo de
Ca2+ al espacio extracelular; además 5) inhibe la formación de IP3, ya que puede
fosforilar diferentes isoformas de la (PLC)-β (Murthy, 2001b; Xia y cols., 2001) y por
ultimo, 6) la PKG inhibe la liberación de Ca2+ dependiente del IP3, por la fosforilación
del receptor IP3 en células intactas y permeables (Komalavilas y Lincoln, 1994; Murthy y
Makhlouf, 1995; Murthy, 2001b; Wagner, Li, y Yule, 2003).
Agentes vasodilatadores (forskolina, dopamina, péptido intestinal vasoactivo, etc)
que actúan por la vía de señalización del AMPc, pueden incrementar la actividad de los
36
BKCa por una “activación cruzada” de la PKG, ya que el efecto de dilatación producto de
estos vasodilatadores es atenuado por inhibidores de la PKG (Jiang, Shabb, y Corbin,
1992; White y cols., 2000; Murthy, 2001b; Barman y cols., 2003). Se ha propuesto que la
activación cruzada de la PKG es directa ya que la PKA no tiene efecto alguno sobre la
guanilato ciclasa (Murthy, 2001a), debido a esto se cree que la activación cruzada se debe
posiblemente a que el AMPc puede incrementar (solo en presencia de GMPc)
indirectamente la acumulación de GMPc inhibiendo la fosfodiesterasa (PDE) responsable
de la hidrólisis del GMPc (White y cols., 2000; Murthy, 2001a). Las isoformas de PDE
expresadas abundantemente en el MLV son la I, II, IV, y V, de las cuales la tipo I y V
hidrolizan preferentemente al GMPc sobre el AMPc (Murthy, 2001a; Busch y cols.,
2006). Además la inhibición de la PDE-5, reduce la vasodilatación inducida por la
forskolina, lo cual sugiere que esta enzima es el objetivo principal del AMPc (Murthy,
2001a); de la misma forma, también se ha manifestado que el GMPc puede activar a la
PKA, por inhibición de la PDE-3 que es especifica para AMPc (Jiang, Shabb, y Corbin,
1992; Degerman, Belfrage, y Manganiello, 1997; Kurjak y cols., 1999; Murthy, 2001b;
Busch y cols., 2006). Como se pudo apreciar estas proteínas cinasas son muy
importantes, ya que están implicadas tanto en el mantenimiento como en la modulación
del tono vascular, y pueden actuar sinérgicamente para la activación de los distintos
canales de K+ expresados en MLV, favoreciendo la vasodilatación en respuesta a diversos
agentes vasodilatadores o a distintas condiciones como la hipoxia o la alcalosis.
Ciertos vasoconstrictores como la vasopresina, ET-1, AII y la 5-HT producen
contracción del MLV a través de la PKC (Keef, Hume y Zhong, 2001; Shakirova, 2006;
Henderson y Byron, 2007), la cual ha demostrado incrementar la corriente del canal
CaV1.2 en varias preparaciones de MLV (Lepretre, Mironneau y Morel, 1994; Obejero-
Paz, Auslender, y Scarpa, 1998; Zhong, y cols., 1999). En resumen la PKC puede
producir contracción del musculo liso por procesos dependientes e independientes al
potencial de membrana, así la PKC 1) incrementa la sensibilidad de los miofilamentos al
Ca2+ (Walker y cols., 1998; Pfitzer, 2001), ya que fosforila a la proteína CPI-17, un
inhibidor de la MLCP lo cual mantiene la contracción (Somlyo y Somlyo, 2000), por otro
lado, la PKC 2) incrementa directamente (activación de CaV1.2 y ClCa) e indirectamente
la corriente de Ca+2 (por activación de c-src) (Callaghan, Koh y Keef, 2004; Akbarali,
37
2005; Cobine, Callaghan y Keef, 2007). Por ejemplo, la PKC puede modificar la
actividad de otros canales iónicos que: incrementen la ICl (Ellershaw, Greenwood y
Large, 2002), activen los canales catiónicos no-selectivos implicados en la respuesta
miógenica (Slish, Welsh, Brayden, 2002), ambos casos se produciría la despolarización
de la membrana y en consecuencia un incremento en la actividad de los CaV. También se
ha demostrado que la PKC 3) inhibe directa (Satoh, 1996; Taguchi, Kaneko y Kubo,
2000) o indirectamente los canales BKCa, la inhibición indirecta se debe a la disminución
de los transientes de Ca2+ por la inactivación de los receptores de rianodina (Bonev y
cols., 1997; Jaggar y cols., 2000).
Figura 11. Canales iónicos y mecanismos implicados en el tono vascular. Diagrama esquemático de una célula de músculo liso vascular. A lo largo de la membrana superior se muestran los canales Kir, KATP, KV, K2P y los BKCa. También se muestran los canales de Ca2+ dependientes de voltaje (CaV) y dos tipos de canales de Cl- (ClCa y Clvol), así como también los canales SOC (canales operados por almacenes de Ca2+) y SAC (canales catiónicos activados por estiramiento). Además se muestra en la membrana del retículo sarcoplásmico (RS) los receptores rianodina (RyR) y los receptores a inositol 1,4,5-trifosfato (IP3). Al fondo se muestra algunas de las señales que modulan la función de los canales iónicos representados en la imagen. AC indica la adenilato cilclasa; PKA, proteína cinasa dependiente de AMPc; PKG, proteína cinasa dependiente de GMPc; EETs, ácido epoxieicostetraenoico; PLC, fosfolipasa C; DAG, diacilglicerol; PKC; proteína cinasa C. Ver texto para detalles. Modificado de Jackson, 2005.
38
Por ultimo la PKC también posee la capacidad de 4) inhibir los canales KATP
(Bonev y Nelson, 1996) y KV (Aiello y cols., 1996; Clément-Chomienne y cols., 1999).
La inhibición de la corriente de K+ activada por voltaje por drogas como la LPC
(lisofosfatidilcolina) es inhabilitada por bloqueadores selectivos de la PKC
(estarousporina; Yeon y cols., 2001). Por estas evidencias se puede concluir que la PKC
es muy importante en la regulación del tono vascular ya que incluso en algunas células de
MLV como las A7r5 (línea celular obtenida de aorta de embrión de rata), bajo
condiciones de reposo, los canales CaV1.2 dependen totalmente de la actividad de la PKC
para abrirse por despolarización (Obejero-Paz y cols., 1998).
4. LA DIABETES MELLITUS Y EL TONO VASCULAR.
La diabetes mellitus (DM) es un grupo de enfermedades metabólicas
caracterizadas por hiperglicemia, donde se altera el metabolismo de los carbohidratos,
grasas y proteínas, debido a la secreción defectuosa de insulina, o de la resistencia a la
acción de la misma o ambas (The Expert Committee on the Diagnosis y Classification of
Diabetes Mellitus: ECDCDM, 2003). Los síntomas de hiperglucemia presentes en la DM
incluyen poliuria, polidipsia, pérdida de peso, fatiga, algunas veces polifagía y visión
borrosa (Obregón-Herrera, 2007). La hiperglicemia crónica esta asociada con disfunción
y fallo de varios órganos con alto riesgo de daño microvascular (retinopatía, nefropatía y
neuropatía) con riesgo creciente de complicaciones macrovascular como la isquémia
cardiaca y la enfermedad vascular periférica (ECDCDM, 2003; WHO/IDF, 2006). Según
la Federación Mexicana de Diabetes (2007), México ocupa el noveno lugar de diabetes
en el mundo, con una población de diabéticos que fluctúa entre los 6.5 y los 10 millones
(prevalencia nacional de 10.7% en personas entre 20 y 69 años). La ECDCDM, en 2003
clasificó a la DM en cuatro grupos: a) DM tipo 1 (DMT1) es resultado de una destrucción
autoinmune de las células-β del páncreas, esto conduce a la deficiencia de insulina; b)
DM tipo 2 (DMT2), es una enfermedad multifactorial que se caracteriza por la resistencia
de algunos tejidos a la insulina, y a una deficiencia relativa de la misma (ECDCDM,
2003; Zhang y cols., 2003). La mayoría de los pacientes con este tipo de enfermedad son
obesos e hipertensos y están en riesgo creciente de desarrollar complicaciones vasculares
(Weintraub, 2003; Zhang y cols., 2003); c) DM gestacional, se define como cualquier
39
grado de intolerancia a la glucosa con inicio o primer reconocimiento durante el
embarazo; por ultimo d) Otros tipos específicos, aquí se agrupa a diabetes asociadas a
defectos genéticos a enfermedades del páncreas, infecciones, a las inducidas por químicos
y drogas, etc.
En los últimos años se ha mostrado cierto interés en saber como la DM afecta la
modulación del tono vascular, en especial, como es que esta enfermedad afecta el
funcionamiento de los canales KATP, ya que estos canales son muy importantes en el
acoplamiento del metabolismo energético celular con la excitabilidad de la membrana y
además se ha demostrado que participan tanto en la regulación del tono vascular como en
la vasorelajación en caso de hipoxia (Taguchi y cols., 1994), isquémia, acidocis o
alcalosis (Wei y Kontos, 1999). Se tienen antecedentes donde se ha demostrado que tanto
la DM (Zimmermann y cols., 1997; Crijns, Struijker-Boudier y Wolffenbuttel 1998)
como la hiperglicemia crónica (Ammar y cols., 2000) y la hipertensión (Jackson, 2005),
disminuyen la respuesta de dilatación del MLV a activadores de canales KATP o al
incremento del consumo de O2. Estas observaciones son apoyadas por varios
experimentos, por ejemplo: se observó que las arteriolas cerebrales (arteriolas piales) de
ratas diabéticas (50-60 mg/Kg de STZ i.p.) pierden la habilidad de dilatarse en respuesta
al RP52891 un abridor de canales KATP, además esta perdida no esta relacionada con el
NO o con los canales BKCa (Mayhan y Faraci, 1993). Miura y colaboradores (2003),
observaron que la hipoxia al igual que el aprikalim, un abridor de canales KATP producen
vasodilatación independiente del endotelio e hiperpolarización de la membrana en las
células del MLV, donde ambos efectos son atenuados con glibenclamida. Además,
comprobaron que esta vasodilatación inducida por hipoxia se reduce en pacientes con
DMT1 y DMT2; sin embargo no se vió afectado tanto el tono miogénico como el
potencial de membrana de estas células. Estos resultados concuerdan con los obtenidos
por Kinoshita y colaboradores (2004), quienes utilizaron el levocromakalim como abridor
de los canales KATP. Así mismo, Kersten y colaboradores (2000), demostraron que la
respuesta microvascular coronaria a la isquémia esta deteriorada en perros diabéticos, lo
que esta relacionado con los canales KATP. También se ha apreciado el efecto de la DM
sobre los canales KATP en tejido no-vascular, por ejemplo: experimentos realizados por
Obregón-Herrera (2007), demuestra que en neuronas piramidales CA3 del hipocampo de
40
ratas diabéticas (80-100 mg/Kg de STZ i.p.) la sensibilidad de los canales KATP al ATP
esta disminuida; por otro lado, al igual que en neuronas, en células de músculo cardiaco
del ventrículo derecho de ratas diabéticas (60 mg/Kg de STZ i.v.), se observa una
disminución en la sensibilidad de los canales KATP al ATP (Shimoni, Light y French,
1998). Tanto en músculo cardiaco como en neuronas, la disminución de la sensibilidad de
los canales KATP al ATP puede ser critico en la supervivencia celular en caso de isquémia
en ambos tejidos, por lo que no se descarta que se observe un efecto similar en MLV.
Entre los cambios bioquímicos producto de la DM (150mg/Kg de STZ i.v.) esta la
formación irreversible de los productos terminales de la glucosilación avanzada (AGEs) y
la activación de los receptores específicos (RAGE) en el endotelio lo que incrementa la
actividad de la NADPH oxidasa y el estrés oxidativo (Figura 12) en arteria coronaria,
reduciendo así la disponibilidad de NO para la vasorelajación (Weintraub, 2003; Zhang y
cols., 2003). Estas observaciones se apoyan en experimentos que indican que el ion •O-2
reduce la actividad de los canales KATP en el MLV (Armstead y Mayhan,1999; Armstead,
2001). En algunas especies, la vasodilatación inducida por la apertura de los KATP es
deteriorada por la DM (60 mg/Kg STZ i.p.) por perdida de la liberación tónica del NO
(Zimmermann y cols., 1997), mientras que en otras especies y distintos lechos vasculares,
esta vasodilatación puede ser aumentada (Kersten y cols. 1995). Por otro lado, se ha
encontrado que en células de MLV incubadas con altas concentraciones de glucosa,
incrementan sus niveles intracelulares de DAG, lo que conducirá posteriormente a la
activación de la PKC (Figura 12), la cual a demostrado, en recientes estudios realizados
en ratas, conejos y humanos, inhibir los KATP expresados en MLV (Bonev y Nelson,
1996; Kubo, Quayle y Standen, 1997; Koya y King, 1998; Cole y cols., 2000; Hayabuchi
y cols., 2001; Chrissobolis y Sobey, 2002; Kinoshita y cols., 2004). Por otro lado Ren,
Xu, y Wang (2003) demostraron que más allá de la activación de la NADPH oxidasa y la
PKC en el MLV, la DM (70 mg/Kg de STZ i.p.) reduce la expresión del RNAm de
SUR2A en corazón diabético, al igual que SUR2B en musculo liso vascular de aorta de
ratas diabéticas. Estos resultados sugieren que la expresión de esta subunidad de los
canales KATP se encuentra alterada en corazón y aorta de rata diabética.
Estas evidencias indican que en la DM se generan condiciones que alteran la
función de los vasos sanguíneos que resultan en una elevada incidencia de hipertensión y
41
arteriosclerosis entre otros trastornos (Figura 12); y es probable que mas de un
mecanismo este implicado en las alteraciones que se observan en la función del músculo
liso vascular en el estado diabético, entre los cuales se encuentran las modificaciones en
la función de los canales de potasio sensibles al ATP.
Figura 12. Cambios bioquímicos producto de la diabetes mellitus que alteran el funcionamiento de los canales de K+. Los principales mecanismos por los cuales la diabetes afecta la función vascular es el aumento del estrés oxidativo, el cual es causa de la activación de la aldosa reductasa (AR), la glicación no-enzimática, la fosforilación oxidativa y la sobre excitación de la proteína cinasa C (PKC). Estos mecanismos de alguna u otra forma aumentan la acumulación de especies reactivas al O2 (ROS), y junto con la activacion de la PKC provocan un daño y disfunción vascular. AGEs, productos terminales de la glucosilación avanzada; DAG, diacilglicerol; GF, factor de crecimiento; GSH, glutatión; GSSH, glutatión disulfido; MAPK, proteína cinasa activada por mitogeno; NADPH indica nicotiamida-adenina dinucleotido fosfato reducido; NADP+, nicotiamida-adenina dinucleotido fosfato oxidado; NAD+, nicotiamida-adenina dinucleotido oxidado; NADH, nicotiamida-adenina dinucleotido reducido; OxLDL, lipoproteina de baja densidad oxidada; PLC, fosfolipasa C; PLD, fosfolipasa D; RAGE, receptores a productos terminales de la glucosilación avanzada; SDsH; sorbitol deshidrogenasa, Modificado de Sheetz y King (2002).
42
CONCLUSIONES Los canales KV participan en la regulación del potencial de reposo del músculo liso
vascular y participan en la vasodilatación inducida por números agentes vasoactivos.
Los canales BKCa participan en la regulación del potencial de membrana del músculo liso
vascular y regulan la vasoconstricción activa evitando el vasoespasmo.
Los canales Kir participan en la regulación del potencial de reposo del músculo liso
vascular y en la vasodilatación inducida por altas concentraciones de K+ extracelular.
Los canales KATP participan en la regulación del potencial de reposo del músculo liso
vascular y median, a menos en parte la vasorelajación inducida por hipoxia.
Los canales K2P participan en la regulación del potencial de reposo del músculo liso de
arterias pulmonares y median la respuesta vascular pulmonar y mesentérica a cambios del
pH. Además, pueden ser responsables del efecto modulador del pH en la vasoconstricción
pulmonar hipóxica
43
PERSPECTIVAS
De acuerdo a lo revisado, se sabe que la diabetes mellitus deteriora el funcionamiento y la
expresión de los canales KATP en músculo liso vascular, esto provoca una disminución en
las respuestas mediadas por estos canales como la vasodilatación inducida por hipoxia.
Ya que los antecedentes solo hablan del deterioro en el funcionamiento de los canales
KATP en grandes y medianas arterias, se podrían realizar estudios para elucidar como la
diabetes mellitus afecta el funcionamiento de los canales KATP en la microcirculación,
44
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