Levantamento sobre os mecanismos moleculares desencadeados pela OHB no reparo de tecidos
Por mais de seis décadas, a Oxigenoterapia Hiperbárica (OHB) tem sido usada para uma variedade de indicações que envolvem o reparo de tecidos. Essas indicações abrangem uma ampla gama de doenças que vão desde intoxicações a lesão de isquemia-reperfusão, síndrome de esmagamento, lesão do sistema nervoso central, lesão de tecido induzida por radiação, lesão por queimadura e feridas crônicas. Em uma revisão sistemática, foram compilados os mecanismos moleculares desencadeados pela OHB descritos nas últimas duas décadas. Eles cobrem uma ampla gama de vias, incluindo transcrição, contatos célula a célula, estrutura, adesão e transmigração, sinalização vascular e resposta ao estresse oxidativo, apoptose, autofagia e morte celular, bem como processos inflamatórios. Ao analisar 71 publicações predominantemente experimentais, estabelecemos uma visão geral dos conceitos atuais sobre os mecanismos moleculares subjacentes aos efeitos da OHB.
Os princípios básicos de Oxigenoterapia Hiperbárica
O princípio funcional da OHB compreende a respiração de oxigênio a 100% sob pressão ambiente elevada, superior a uma atmosfera em uma câmara hiperbárica. Em condições normobáricas, a paO 2 varia entre 75 e 100 mmHg, enquanto em contextos terapêuticos, quando são aplicadas pressões ambientais entre 2,0 e 3,0 atmosferas, geralmente é alcançada uma paO 2 entre 1200 e 2000 mmHg. Essa quantidade considerável de oxigênio dissolvido evita até mesmo a oxigenação via hemoglobina, desde que o paciente seja exposto à OHB.
Este alto nível de oxigênio induzido pela OHB no plasma e, em consequência, também no tecido tem uma série de efeitos farmacológicos que ainda são usados ​​terapeuticamente para uma variedade de doenças. De acordo com o nível de evidência, as seguintes indicações concretas para OHB foram comprovadas na prática clínica: doença descompressiva (DCI), embolia gasosa arterial (AGE), gangrena gasosa e fasciite necrosante, abscessos intracranianos, feridas problemáticas, queimaduras, síndrome do compartimento, osteomielite, sequelas do tratamento por radiação (cistite por radiação, proctite por radiação, osteorradionecrose) e intoxicação por monóxido de carbono e cianeto.
Nesse contexto, os efeitos funcionais incluem vasoconstrição, redução do edema, propriedades antibacterianas por EROs e melhora da fagocitose leucocitária, além da reoxigenação de enzimas mitocondriais. A OHB também induz alterações morfológicas do tecido, promovendo angiogênese, formação de novos vasos, formação de colágeno e neurogênese. Além disso, uma influência na interação de diferentes tecidos pode ser observada pela inibição da adesão dos leucócitos ao endotélio vascular. Devido à inibição da apoptose neuronal, a OHB também afeta as vias de transdução de sinal celular.
Em doenças infecciosas, A OHB é usada com sucesso no tratamento de infecções necrosantes dos tecidos moles, osteomielite refratária crônica, infecções fúngicas oportunistas e abscessos cerebrais. Os mecanismos relacionados à OHB neste documento incluem os efeitos bacteriostáticos e bactericidas diretos da OHB, a melhora da fagocitose leucocítica, bem como um efeito sinérgico entre o oxigênio e uma série de antibióticos e antimicóticos. O uso de OHB no tratamento de feridas crônicas que não cicatrizam pode ser atribuído aos efeitos positivos da OHB na cicatrização de feridas pela indução de eovascularização e formação de colágeno. Devido à inibição da lesão de isquemia-reperfusão e peroxidação lipídica, a OHB tem um impacto positivo na preservação dos tecidos pós-isquêmicos. Portanto, OHB é usado no tratamento de isquemia cerebral e miocárdica aguda,
Em neurotraumatologia, a OHB é aplicada no tratamento de lesão cerebral traumática aguda e crônica (TCE) para prevenir e tratar sequelas de longo prazo. O principal efeito induzido por OHB, neste caso, é baseado na limitação do dano cerebral secundário pela inibição da apoptose neuronal. No tratamento de sequelas neuropsiquiátricas após TCE, uma vantagem marcante da OHB sob pressão reduzida (OHB de baixa pressão) em comparação com oxigênio normobárico pode ser declarada.
Por meio da reoxigenação das enzimas mitocondriais da cadeia respiratória, o aumento da concentração de oxigênio no plasma e a inibição dos radicais livres causam peroxidação lipídica, fazendo com que o uso de OHB na terapia de fase aguda e no tratamento de sequelas a longo prazo depois de várias intoxicações é possível.
Na prática, a terapia de OHB é administrada com segurança em uma câmara hiperbárica em pressões de até 3 atmosferas de acordo com esquemas definidos para as diferentes indicações mencionadas acima.
Hoje, uma ampla gama de diferentes mecanismos moleculares influenciados pela OHB foi definida. Estes mecanismos podem ser grosseiramente agrupados em cinco categorias básicas: transcrição, sinalização vascular e estresse, adesão vascular, contatos e estrutura célula a célula, inflamação, bem como apoptose, autofagia e morte celular. Dependendo das várias indicações e doenças subjacentes, respectivamente, diferentes arranjos de mecanismos parecem estar em ação.
Nesta revisão com base na literatura dos últimos 20 anos, os pesquisadora compilaram os efeitos mais importantes e atualmente definidos da OHB em nível molecular, considerando tanto as diferentes categorias quanto as indicações. Ao invés de tentar elucidar as complexas vias metabólicas decorrentes da aplicação da OHB, foram concentradas em uma descrição das descobertas.
De 8.785 artigos identificados no OVID MEDLINE 56 e de 180 no PUBMED, 22 publicações foram elegíveis. Após a remoção de 7 duplicatas, um total de 71 artigos foram incluídos. Todos os estudos, exceto 3, foram baseados em configurações experimentais. A maioria dos experimentos foi realizada em ratos ou camundongos usando modelos padronizados.
Para melhor compreensão, foram os mecanismos ou substâncias identificadas em cada estudo nas categorias "transcrição", "sinalização vascular e estresse", "adesão (vascular), contatos e estrutura célula a célula", "apoptose, autofagia, célula morta "e" inflamação ". Como muitos itens têm impacto em mais de uma dessas categorias, alocações duplas ou triplas foram feitas onde parecia apropriado.
Impacto clínico da OHB nos diferentes mecanismos moleculares
Classificação em relação ao tipo de pesquisa:
1. Estudos clínicos em pacientes humanos
Entre essas 71 publicações, apenas quatro estudos clínicos que tratam do impacto clínico da OHB em pacientes estavam disponíveis. Em um estudo prospectivo randomizado envolvendo 79 pacientes com lesão da medula espinhal mostraram que o tratamento adicional com OHB regulou a reação inflamatória, permitindo a recuperação da função neurológica. Os três estudos clínicos restantes foram conduzidos no campo da cicatrização de feridas crônicas. Em um estudo prospectivo randomizado com 32 pacientes sofrendo de úlceras de pé diabético, a OHB de suporte foi capaz de promover a cicatrização de feridas estimulando a angiogênese, diminuindo a inflamação e aumentando os níveis de nitrito. Resultados semelhantes foram obtidos em outro estudo clínico que comprovou a eficácia antiinflamatória da OHB em pacientes com feridas diabéticas crônicas. Além disso, em um ensaio clínico prospectivo envolvendo 27 pacientes com úlceras alimentares diabéticas, OHB adjuvante resultou na cicatrização acelerada de feridas, estimulando o fator de crescimento endotelial vascular e o fator de crescimento epidérmico.
2. Estudos In Vitro Usando Linhas De Células Humanas
Para esclarecer o impacto benéfico adicional da OHB nas células humanas, estudos in vitro foram conduzidos. Nesse contexto, apenas sete publicações foram identificadas. Em células endoteliais da artéria coronária humana, a OHB auxiliou no aumento da neovascularização, alterando o RNA pró-angiogênico.
Com a ajuda de OHB transitoriamente, a expressão do gene da angiogenina foi regulada positivamente nas células endoteliais humanas, o que pode levar a um aumento na cicatrização de feridas crônicas. Além disso, a OHB reduz a inflamação em feridas através da redução do recrutamento de neutrófilos, conforme comprovado em um modelo que usa células endoteliais da veia umbilical humana e neutrófilos.
Resultados semelhantes foram obtidos em um estudo usando células endoteliais microvasculares humanas. OHB promoveu aumento da expressão de genes precoces e citoprotetores imediatos, levando ao aumento da proliferação celular, aumento da formação do tubo endotelial e resistência ao estresse oxidativo. Outro efeito benéfico foi verificado em células ósseas humanas e monócitos de sangue periférico humano. A exposição diária a OHB levou a um efeito anti-osteoclástico mais pronunciado em comparação com hiperóxia ou pressão isolada, respectivamente. Nesse contexto, a OHB evitou a formação de osteoclastos e a perda óssea. Achados semelhantes foram detectados usando células-tronco mesenquimais (MSCs) colhidas dos ossos ilíacos de 12 pacientes. O tratamento com OHB acelerou consideravelmente a formação óssea, aumentando a diferenciação osteogênica dessas MSCs. Além disso, a OHB teve um impacto protetor sobre os linfócitos humanos, evitando danos ao DNA durante a lesão celular mediada por oxidante.
3. Estudos In Vitro Usando Linhagens De Células Animais
Apenas seis estudos in vitro usando linhagens celulares de ratos (N = 5) e camundongos (N = 1) foram identificados. Dois deles trataram de lesão medular. Nesse contexto, apenas uma única exposição à OHB aumentou significativamente os níveis intracelulares de ROS e óxido nítrico (NO), respectivamente. No segundo estudo, a OHB foi capaz de proteger os neurônios espinhais de ratos contra a lesão oxidativa e a privação de oxigênio-glicose (OGD). A cicatrização de feridas foi acelerada pela OHB em outros dois estudos. Um estudo usando células de rato investigou a resposta dos vasos sanguíneos com subsequente modulação de NO e fator de crescimento endotelial vascular após OHB, enquanto o segundo mostrou em um modelo de camundongo que o OHB estabiliza e ativa o HIF-1, resultando no aumento da proliferação celular e na melhora da cicatrização de feridas. O aumento da neovascularização induzido por OHB com subsequente regressão do tamanho do infarto do miocárdio foi verificado em um modelo de rato. Finalmente, foi observado um efeito estimulante da OHB nos condrócitos condilares mandibulares em ratos. Nesse contexto, o OHB protegeu os condrócitos contra a apoptose relacionada às citocinas e, adicionalmente, promoveu a expressão da matriz extracelular dos condrócitos.
4. Estudos In Vivo Usando Animais
A grande maioria dos estudos em animais (N = 58) mostrando o impacto benéfico da OHB na reparação e regeneração de tecidos foi conduzida usando um modelo de rato padronizado. As áreas de pesquisa de interesse mais investigadas foram cicatrização de feridas ou feridas crônicas, lesão de isquemia-reperfusão, lesão neuronal e dor, lesão da medula espinhal e lesão cerebral, função de barreira intestinal, infarto do miocárdio, osso ou cartilagem, lesão pulmonar aguda, função linfocítica, aterosclerose e lesão induzida por radiação.
A citocina mais investigada nesta categoria é o TNF-Alfa, que foi estudado por 11 autores que documentaram a regulação negativa por unanimidade, apesar de uma grande variedade de configurações. Nove publicações descreveram a regulação negativa induzida por OHB de NFKappaB. Para o fator 2 relacionado ao eritróide 2 nuclear (NRF2), todos os seis autores relataram regulação positiva.
No principal, os fatores de transcrição que codificam a proliferação, diferenciação e proteção contra a morte celular foram regulados positivamente, enquanto os fatores pró-inflamatórios foram diminuídos pela OHB.
Sinalização vascular e estresse
Em suma, as enzimas que aumentam o crescimento ou a diferenciação, aquelas com efeitos citoprotetores e antiapoptóticos, bem como os mecanismos que facilitam a redução do estresse oxidativo, foram regulados positivamente. As enzimas envolvidas em cascatas pró-inflamatórias, ou aquelas que aumentam a produção de espécies reativas de oxigênio, foram reguladas negativamente.
Apoptose, autofagia, morte celular
No geral, os mecanismos pró-inflamatórios e tais indução ou efetivação da apoptose ou parada do ciclo celular foram regulados negativamente, enquanto os processos anti-apoptóticos e aqueles ligados à autofagia foram estimulados.
Com base nessas análises, a OHB atingiu um alto nível de evidência para muitas indicações. Logo foi constatado que a OHB fornece um reservatório de oxigênio em nível celular não apenas transportado pelo sangue, mas também por difusão a partir do tecido intersticial, onde atinge uma concentração elevada que pode durar várias horas. No entanto, conforme crescia a compreensão dos mecanismos moleculares subjacentes aos processos fisiológicos e patológicos, o respectivo impacto da OHB também foi investigado.
Essas investigações levaram à consciência de que a ação benéfica da OHB não dependia apenas de "melhor oxigenação", mas era baseada em efeitos farmacológicos.
O objetivo principal deste manuscrito foi criar uma compilação descritiva dos resultados mais relevantes, em vez de tentar elucidar os respectivos mecanismos subjacentes. Explorar os aspectos funcionais de cada estudo identificado em detalhes teria resultado em considerável complexidade e extensão, o que teria excedido significativamente o escopo deste manuscrito.
Em primeiro lugar, a OHB ainda é um tratamento menos difundido em comparação com outros métodos de tratamento conservador ou cirúrgico bem estabelecidos. Embora essa terapia simples e segura tenha sido usada por mais de seis décadas, conforme mencionado acima, apenas alguns especialistas em OHB e instituições hiperbáricas em todo o mundo sabem sobre o impacto dessa terapia emergente e promissora. Segundo, a implementação de um centro de OHB adequado está associada a um montante financeiro considerável para o hospital em questão. O financiamento da câmara hiperbárica, o pessoal necessário e os custos operacionais adicionais desencorajam a maioria das instituições principalmente interessadas de fazer um investimento. É por isso que a OHB ainda é reservada para grandes hospitais, centros especiais de especialização e hospitais universitários, respectivamente. Terceiro, esse número relativamente pequeno de centros equipados com requisitos técnicos adequados e alta especialização em OHB representa uma desvantagem para a realização de ensaios clínicos significativos.
A fim de estabelecer uma visão abrangente sobre os mecanismos relacionados, agrupamos os parâmetros descritos nos vários estudos em cinco categorias: "transcrição", "sinalização e estresse vascular", "adesão (vascular), contatos e estrutura célula a célula", "Apoptose, autofagia, morte celular "e" inflamação ". Devido ao fato de que muitas substâncias estão envolvidas em mais de um desses mecanismos, deve haver atribuições múltiplas em alguns casos.
No decorrer da preparação desta revisão sistemática, ficou óbvio que a aplicação de OHB nessas várias indicações e modelos fisiopatológicos pode resultar em achados moleculares e bioquímicos diferentes e conflitantes. Nesse contexto, buscamos registrar extensivamente esses diferentes resultados e apontar os dados inconsistentes. No entanto, apesar dessas disparidades existentes no resultado da OHB, alguns resultados comuns foram identificados:
O impacto da OHB nos itens descritos na categoria de "transcrição", um processo subordinado, cobre uma ampla gama de pontos de ação envolvidos nas vias citoprotetoras e antiinflamatórias, por um lado e fatores que estimulam a diferenciação, síntese de colágeno epitelio-, neuro- e angiogênese, por outro.
A OHB, portanto, reduz ou mesmo reverte os eventos patológicos resultantes da hipóxia ou isquemia-reperfusão, especialmente função endotelial, reologia, aumento da permeabilidade vascular, edema do tecido, desarranjo pós-isquêmico do metabolismo do tecido e, eventualmente, inflamação.
O pré-tratamento com OHB exerce um efeito neuroprotetor por meio da ativação da proteína quinase B (Akt) e da via de sinalização do receptor Toll-like (TLR) 2 / fator nuclear (NF) -κB, que envolve a regulação negativa de pró-inflamatórios citocinas.
A OHB parece prevenir diretamente a apoptose através das vias LC3II e Bcl-2, adicionalmente desregulando a apoptose celular mediada pela caspase enquanto aumenta a autofagia. Em particular, a apoptose neuronal foi reduzida pela regulação negativa da via m-Tor. Transdução de sinal e expressão gênica em tecidos sensíveis ao oxigênio ou hipóxia foram modificados.
Muitas investigações deram provas da ação unidirecional da OHB nas vias ou na substância. No entanto, as intrincadas interações da OHB no nível molecular tornam-se evidentes no fato de que a OHB também provou mudanças opostas, como a regulação para cima ou para baixo de um mesmo marcador. Isso se aplica à proteína quinase B (Akt), VEGF, m-ToR, LC3II, CX, GSH, ROS, GSK-3 beta, BCN1, HIF1A, TGF-ß, MCP-1 e à interleucina (IL-).
O pré-condicionamento da OHB antes do início de uma intervenção experimental - isto é, em um indivíduo basicamente saudável - alterou os parâmetros em uma direção diferente daquela encontrada em condições patológicas. Da mesma forma, a IL-10 foi regulada positivamente após o tratamento com OHB para úlceras diabéticas crônicas, mas regulada negativamente após o pré-tratamento para a cura de anastomoses colônicas. Observações semelhantes foram feitas ao comparar as alterações de mediadores após OHB aplicada em doenças crônicas ou agudas. Verificou-se que o VEGF era regulado para baixo após OHB em um modelo de ferida isquêmica crônica, ao passo que era regulado para cima na lesão experimental da medula espinhal.
Em conclusão, os estudos sugerem que há mecanismos moleculares bem fundamentados, indicando que OHB pode ser útil para lesão de isquemia-reperfusão, para feridas diabéticas ou não diabéticas crônicas, problemas neuronais e nervosos centrais e condições inflamatórias, mas o trabalho tem que ser feito para determinar o momento apropriado para iniciar a terapia de OHB e para estabelecer critérios que determinam se os pacientes se beneficiarão.
Apesar do impacto positivo da OHB em muitas condições, deve-se ter em mente que a maioria dos dados que fornecem a base para nossa compreensão dos efeitos da OHB no nível molecular derivam de estudos experimentais em modelos animais ou culturas de células. Ainda não foi estabelecido se ou como eles se traduzem em uso clínico.
Os autores devem discutir os resultados e como eles podem ser interpretados na perspectiva de estudos anteriores e das hipóteses de trabalho. Os resultados e suas implicações devem ser discutidos no contexto mais amplo possível. As direções de pesquisas futuras também podem ser destacadas.