Estrés oxidativo y el equilibrio redox

Especies reactivas de oxígeno: agentes de doble filo

Los animales, incluidos los cerdos, necesitan energía para mantener la vida, el crecimiento, la reproducción y todas las funciones metabólicas asociadas a estos procesos. 

La energía se obtiene a partir del metabolismo celular de los nutrientes, un proceso que requiere oxígeno para llevar a cabo la oxidación, la cual tiene lugar principalmente en las mitocondrias. Durante este proceso se generan especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés), entre ellas el superóxido (O₂•⁻), el radical óxido nítrico (NO•) y el peróxido de hidrógeno (H₂O₂). Aunque las ROS son productos normales del metabolismo, son especialmente conocidas por su capacidad para dañar biomoléculas y células, una propiedad que el organismo aprovecha como parte de sus mecanismos de defensa.

De hecho, durante una infección o un desafío patógeno, células inmunitarias como los macrófagos y los neutrófilos producen grandes cantidades de ROS mediante un proceso denominado "estallido oxidativo" (oxidative burst o respiratory burst), cuyo objetivo es provocar daño oxidativo en las células de los patógenos.

Sistema redox: producción de moléculas para reducir el daño celular

Tras la producción de ROS como consecuencia de las funciones celulares normales y de las respuestas inmunitarias, las células activan su sistema redox, integrado por antioxidantes tanto enzimáticos como no enzimáticos, para eliminar continuamente estas especies ROS..

Minetras en condiciones normales, las células sanas son capaces de eliminar eficazmente todas las ROS, un incremento en la producción de ROS, como ocurre durante el estallido oxidativo, por un lado hará que se consuman las moléculas antioxidantes disponibles y, por otro, estimula la síntesis de estas moléculas. 

Cuando la capacidad de producir u obtener antioxidantes, o la capacidad de los antioxidantes disponibles para neutralizar las ROS, se agota, se altera el equilibrio entre las ROS y los antioxidantes —es decir, el equilibrio redox—, lo que da lugar al Estrés Oxidativo y al daño de células y tejidos (Kim et al., 2011).

Por tanto, el Estrés Oxidativo se define como «un desequilibrio entre oxidantes y antioxidantes a favor de los oxidantes, que conduce a daño molecular». Cuanto mayor es el estrés oxidativo, mayor es la necesidad de las células y los tejidos de producir antioxidantes y de activar el sistema antioxidante. 

Daños celulares causados por el estrés oxidativo

La inducción del estrés oxidativo puede provocar, en última instancia, daños en biomoléculas celulares, entre ellas los ácidos grasos (lípidos), las proteínas y los ácidos nucleicos (Figura 1).

• Los ácidos grasos insaturados constituyen el principal objetivo del daño oxidativo provocado por las ROS a los lípidos,  un proceso conocido como peroxidación lipídica. Una vez iniciada, la peroxidación se propaga a otros ácidos grasos, provocando alteraciones en la membrana celular y, finalmente, la muerte celular. Durante este proceso se forma malondialdehído (MDA), cuya concentración en plasma o tejidos es un indicador del grado de peroxidación (Shen et al., 2012; Zhao et al., 2013). Debido a su naturaleza lipofílica, los tocoferoles (una forma de vitamina E) son antioxidantes muy eficaces para prevenir la peroxidación de los ácidos grasos. Otros antioxidantes y enzimas antioxidantes también participan en este proceso.
• Proteínas celulares. Las proteínas celulares, incluidas las enzimas y las proteínas de membrana, también pueden ser modificadas y dañadas por las ROS. Este daño se produce por la hidrólisis de los enlaces peptídicos en residuos de prolina e histidina, lo que da lugar a la degradación de las proteínas, así como por la formación de disulfuros de cisteína y sulfóxido de metionina, alterando el sitio activo de las proteínas y, en consecuencia, su función.

  Además, las ROS modifican las cadenas laterales de lisina, arginina, prolina, treonina y cisteína, provocando la carbonilación de las proteínas (Levine et al., 2002; Dalle-Donne et al., 2003). Este es un proceso irreversible que culmina con la degradación proteica. La concentración de grupos carbonilo en el plasma o en los tejidos es un indicador del grado de daño oxidativo de las proteínas (Shen et al., 2014; Tonni et al., 2014; Duarte y Kim, 2024). El glutatión (GSH) y la glutatión peroxidasa (GPx) son antioxidantes eficaces para prevenir el daño oxidativo de las proteínas. Otros antioxidantes y enzimas antioxidantes también participan en este proceso.

  Ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos presentes tanto en las mitocondrias como en el núcleo celular también pueden ser oxidados por las ROS, dando lugar a mutaciones genéticas, disfunción celular y muerte celular. La oxidación de los ácidos nucleicos genera bases modificadas, entre ellas la 8-hidroxi-2'-desoxiguanosina (8-OHdG), el glicol de timidina y el ácido úrico. La concentración de 8-OHdG en plasma o tejidos constituye un indicador del grado de daño oxidativo del ADN (Collins, 2005; Berchieri-Ronchi et al., 2011; Weaver y Kim, 2014) 

El estrés oxidativo desempeña un papel fundamental en la productividad de los cerdos, ya que constituye uno de los principales factores responsables del deterioro del rendimiento productivo y del estado sanitario en las distintas etapas de su vida. La medición del grado de daño oxidativo en lípidos, proteínas y ADN permite evaluar la magnitud del estrés oxidativo y diseñar estrategias nutricionales destinadas a reducirlo.