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Revisão
O óxido nítrico como um novo recurso diagnóstico e terapêutico
Gustavo Chatkin
Acadêmico do Curso de Medicina da Universidade Luterana do Brasil.
José M. Chatkin
Professor titular de Pneumologia da Faculdade de Medicina da PUCRS.
* Revisão realizada durante estágio no Special Procedures Laboratory da University of Toronto.

Endereço para correspondência:
Dr. José Miguel Chatkin
Rua Luiz Voelker, 351 - CEP 91330-190 - Porto Alegre - RS
E-mail: jmchatkin@pucrs.br



Introdução

Há muitos anos sabe-se que a resposta vasodilatadora produzida por vários agentes farmacológicos é mediada por uma substância produzida nas células endoteliais, substância essa denominada até pouco tempo de EDRF (endothelium derived relaxant factor)(1). Somente em 1987 foi sugerido que este fator poderia ser o óxido nítrico (NO), um gás de potente ação vasodilatadora, como foi demonstrado posteriormente(2,3).

Desde então, o crescente interesse no estudo do NO e de suas múltiplas funções biológicas pode ser avaliado pelas mais de 23 mil publicações registradas nos últimos quatro anos no sistema Medline. Em 1992, a revista Science, reconhecendo a importância desta substância em várias áreas da Medicina, denominou-a como "Molecule of the Year" em um editorial introdutório ao artigo "NO news is good news(4). Em 1996, Murad, Ignarro e Furchgott receberam o Albert Lasker Award, em reconhecimento aos seus trabalhos com o NO e em 1998, os mesmos pesquisadores foram agraciados com o prêmio Nobel de Medicina.

Informações têm se acumulado sobre o papel deste gás em várias áreas, como no aparelho cardiovascular, na transmissão de estímulos nervosos (principalmente no sistema não adrenérgico não colinérgico / NANC), na fisiologia pulmonar, na coagulação sanguínea e nas defesas celulares, entre outros(5-8). A oncogênese pode também estar vinculada em alguma de suas fases ao sistema de síntese e metabolismo do NO. Também estudos sobre a citotoxicidade, com a consequente relação com os processos inflamatórios, têm demonstrado o papel deste gás como mediador da inflamação e do reumatismo.

Assim, pode-se dizer que o NO está envolvido em situações tão distintas como na deglutição de alimentos até a defecação/ eliminação de resíduos, no controle da pressão arterial até a vasodilatação necessária para a ereção peniana, na transmissão de mensagens entre células nervosas, estando associado aos processos de aprendizado, memória, sono, dor e, provavelmente, depressão. O sistema imunológico provavelmente usa o NO para combater vírus, bactérias, parasitas e células neoplásicas.

Portanto, situações clínicas tão frequentes e tão díspares, como gravidez, eclâmpsia, sepse, asma, SARA, hipertensão, cistite, glomerulonefrite, transplantes de órgãos, cirrose, fissura anal, impotência e provavelmente neoplasias, entre outras, parecem ter etapas em sua fisiopatogenia envolvendo o NO, seus precursores ou seus metabólitos(9-17).

O NO passou nos últimos anos de apenas um agente sabidamente poluidor da atmosfera, elemento participante da chamada chuva ácida, dos mecanismos de destruição da camada de ozônio e da formação de alguns compostos carcinogênicos para um papel provavelmente fundamental em quase todos os sistemas e aparelhos humanos(18).

O presente artigo pretende abordar algumas dessas funções e discutir o papel do NO como parte do atual e futuro arsenal diagnóstico e terapêutico em varias áreas da Medicina. Possivelmente em breve, os médicos, em provavelmente qualquer especialidade, poderão dispor de mais um instrumento diagnóstico, com a grande vantagem de ser não invasivo e por isso mesmo facilmente repetido.

Como o NO é formado e como age?

Praticamente todas as células humanas estudadas até agora têm a capacidade de produzir NO. A síntese ocorre durante a transformação do aminoácido semi-essencial L-arginina em L-citrulina, em uma reação mediada pela enzima sintase do óxido nítrico (NOS), com a presença de vários co-fatores como oxigênio, NADPH, cálcio (dependendo do tipo de NOS), entre vários outros.

Vários tipos de isômeros desta enzima já foram demonstrados, inclusive com respectivos diferentes determinantes genéticos(7).

As isoformas, ditas constitutivas ou constitucionais (cNOS), são basicamente encontradas nas células endoteliais (denominada de ecNOS ou tipo I) e nos neurônios (denominada de ncNOS ou tipo III). As cNOS, que ocorrem também nas células epiteliais, plaquetas e neutrófilos, produzem NO em pequenas quantidades, em ritmo fisiológico. O estímulo para o início de ação destas enzimas ocorre através de mediadores como bradicinina, histamina, PAF, acetilcolina e vários leucotrienos. O terceiro tipo de isômero, denominado de indutível (iNOS) ou NOS tipo ll, expressa-se sob a ação de citoquinas, endotoxinas, interleucinas e outros mediadores inflamatórios e se manifesta, principalmente, em neutrófilos, macrófagos, fibroblastos, células endoteliais e musculares lisas dos vasos mediante a produção de grandes quantidades de NO(7,19). A indução da enzima iNOS é demorada e a produção de NO só é percebida muitas horas após a exposição ao agente estimulante e pode perdurar por vários dias. Essa diferença em quantidade de gás produzida resulta provavelmente em distintos efeitos fisiológicos.

O NO produzido se difunde para as células-alvo, onde ativa o sistema da guanilciclase, com o aumento da produção de cGMP, através do qual ocasiona seu efeito biológico. Existem evidências de que outros mecanismos não dependentes do cGMP possam estar envolvidos, como nas situações de morte celular e dano tissular(8).

Assim, dependendo do local de síntese, da quantidade produzida, do tipo de isoenzima envolvida na sua liberação e do microambiente onde vai atuar o NO exerce diferentes ações. Por exemplo, quando pequenas quantidades são liberadas nos terminais nervosos, o NO atua como neurotransmissor, regulando desde o relaxamento de esfíncteres no sistema gastrointestinal até a transmissão de estímulos no sistema nervoso central, em áreas como a memória ou o olfato. Quantidades similares, porém, se liberadas pelas células endoteliais, regulam o relaxamento da musculatura lisa adjacente, explicando a vasodilatação. As quantidades maiores produzidas em consequência a uma cadeia de estímulos, envolvendo sistema enzimático iNOS, podem ocasionar ou ampliar processos inflamatórios em vários órgãos(7,19).

O NO é rapidamente metabolizado em compostos mais estáveis, alguns dos quais serão os reais responsáveis pela ação biológica do sistema NO, seja benéfica ou maléfica ao organismo humano.

O fato de que um gás como o óxido nítrico tenha sido identificado como mensageiro intra e extracelular levantou a possibilidade, até recentemente pouco valorizada, de que outros gases pudessem também ter funções semelhantes, como o monóxido de carbono, substância que está sendo avaliada como outro possível mensageiro(20) .

O óxido nítrico no sistema cardiovascular

A descoberta de que células endoteliais podem produzir um fator com potente ação vasodilatadora, o ERDF (endothelium derived relaxant factor) confirmou a hipótese de que esta camada celular interfere na homeostasia vascular, ou seja, na regulação do fluxo sanguíneo e na pressão arterial(2,3,21).

É possível que a hipertensão arterial seja consequente à diminuição crônica deste fator vasodilatador. A perda da capacidade de produção de NO pelo endotélio talvez esteja implicada na gênese da hipertensão, conhecimento que está indicando um novo caminho para o desenvolvimento de drogas. Existem fortes evidências de que medicamentos já usados há muito tempo, como o nitroprussiato, a nitroglicerina e também o captopril, possam ter sua ação final melhor explicada pela liberação local de NO(22).

Provavelmente não só o tônus arterial, mas também o venoso seja regulado pelo NO produzido nas células endoteliais venosas.

A inalação de NO para testar a reatividade vascular pulmonar durante cateterismo cardíaco diagnóstico tem tido ampla aceitação. O uso desta mesma técnica como terapêutica vasodilatadora da vasculatura pulmonar em casos de hipertensão pulmonar, congênita ou não, tem sido descrito com resultados iniciais animadores. Também tem sido demonstrada aplicabilidade em algumas cardiopatias congênitas, na hipertensão pulmonar persistente do recém-nascido, em membrana hialina e também adultos portadores de hipertensão pulmonar(15,19,23-25).

Está bem demonstrado o aumento de produção de NO nos locais de realização de angioplastia e também nas áreas em que foram realizados bypass cardiopulmonares, levando a crer que em seu papel também nos processos de injúria e regeneração endotelial.

Sabe-se, além disso, que o NO gerado no endotélio de vasos coronarianos promove aumento do fluxo de sangue, melhorando o suprimento ao miocárdio(9).

Assim, não só a mensuração do NO endógeno parece vir a ser um importante passo diagnóstico, mas seu uso a partir de fontes exógenas também poderá confirmar sua utilidade em vários processos terapêuticos cardiológicos, clínicos ou cirúrgicos, em breve.

Alterações na produção de NO também têm seu papel no sistema vascular.

Déficit de produção de NO tem sido associado à aterosclerose coronariana, hipertensão arterial e diabetes, situações que apresentam em comum, além da injúria endotelial e do acúmulo de lipídeos oxidados, a ativação plaquetária. Em consequência, ocorre proliferação da musculatura lisa vascular, podendo evoluir para complicações isquêmicas e trombóticas(12).

Por outro lado, o aumento de produção de NO pode ocorrer por ação de microrganismos ou de seus produtos citotóxicos, de citoquinas que estimulem o sistema iNOS. Isso determinará vasodilatação, colapso cardiovascular e danos tissulares, como os encontrados na septicemia. Essa sequência de raciocínio tem sido utilizada no tratamento de choque séptico, na tentativa de, ao usar drogas inibidoras da síntese de NO, diminuir a vasodilatação e melhorar com isso os níveis pressóricos do doente(26;27).

O NO ao reagir com radicais livres do oxigênio, como superóxido (O2-), leva à formação de um potente agente oxidante, o peroxinitrito (ONOO-), provavelmente o real responsável pela citotoxicidade atribuída ao NO. Além disso, o NO promove agregação plaquetária e interfere nos mecanismos de vasodilatação coronariana, ação que o torna um dos principais efetores dos eventos isquêmicos no coração(28).

Assim, há fortes evidências de que modificações na produção do mediador NO têm efeito no desenvolvimento de doenças vasculares tromboembólicas. A modulação farmacológica da produção de NO poderá ter importante papel no tratamento dessas moléstias(8).

O óxido nítrico no sistema nervoso central e periférico

O importante papel do NO como mensageiro entre células nervosas foi revelado por Garthwaite et cols.(29), a partir de estudos em cérebros de animais. Estudos subsequentes mostraram que o sistema nervoso central contém mais NOS que qualquer outro órgão humano. Esses achados fazem sentido se for considerado que este gás é uma molécula muito pequena e de fácil difusão, características ideais para um neurotransmissor(30).

O NO é produzido no cérebro pelas três isoformas de sintases. Em condições fisiológicas, regula o fluxo sanguíneo cerebral, modula funções neuroendócrinas, além de participar da neurotransmissão. Está envolvido ainda nos mecanismos olfatórios, na formação da memória e do aprendizado, na percepção da dor e na indução de tolerância à morfina. A caracterização individual das atividades comportamentais possivelmente também seja influenciada pelo sistema NOS/NO.

O NO parece ser o mediador da injúria neuronal em várias situações clínicas. Assim, ocorre aumento da produção de NO nos acidentes vasculares cerebrais, nas convulsões e em muitas doenças neurológicas agudas e crônicas. Também altas concentrações de NO têm sido demonstradas em pacientes sidéticos com demência(31) .

Experimentos em animais e in vitro, mostrando o papel do NO ou de seus metabólitos na formação da memória, abriram uma nova perspectiva para o entendimento do mal de Alzheimer e do de Parkinson(32,33).

Além disso, há importantes evidências de que o NO seja o neurotransmissor do sistema não adrenérgico, não colinérgico (NANC), com o que seu papel fica estendido a inúmeros órgãos e aparelhos da biologia humana(9,34).

O óxido nítrico no sistema urogenital

O tônus basal da microcirculação glomerular e medular é influenciado pelo NO produzido no rim, com o que o NO também tem participação nos mecanismos de controle do volume de fluido corporal(35).

Pacientes com uremia têm a eliminação de vários inibidores de NOS diminuída, com o que a produção de NO diminui. Este mecanismo colabora na gênese da hipertensão da insuficiência renal. Paradoxalmente, em alguns urêmicos, pode haver excesso de produção de NO, com consequente diminuição da adesividade plaquetária e surgimento de defeito na hemostasia(36).

A infusão de L-arginina, precursor metabólico do NO, parece resultar na redução da proteinúria em pacientes com glomerulonefrite crônica, sem ocorrer alteração na hemodinâmica renal, podendo seu uso talvez vir a ser útil na prevenção do declínio da função renal neste tipo de situação clínica(37).

Além disso, o NO, sendo o neurotransmissor do sistema NANC, tem papel importante na fisiologia da musculatura lisa do trato urinário inferior sendo ainda essencial nos mecanismos de ereção peniana. A falta de nNOS nos terminais nervosos do corpo cavernoso explicam certos tipos de impotência. Fontes exógenas de NO poderão, no futuro, servir de terapêutica a esta situação clínica, bem como o uso de inibidores de NOS poderão ser úteis para o tratamento do priapismo.

O óxido nítrico no sistema gastrointestinal

O NO, como neurotransmissor do sistema NANC, juntamente com o VIP, interfere na regulação da peristalse e, talvez, de todo o movimento intestinal em uma ação coordenada com os transmissores de outros sistemas, como a acetilcolina no sistema colinérgico(19).

Quando liberado nas terminações NANC do plexo mesentérico, o NO promove relaxamento da musculatura lisa intestinal, tendo já sido bem descritos seu papel na fisiologia do piloro, do esfíncter gastroesofágico e do de Oddi.

As modificações de tônus muscular na acalasia e na estenose pilórica estão provavelmente relacionadas com deficiência de nNOS nos terminais nervosos, com a consequente baixa ou mesmo ausente produção local de NO, levando ao não relaxamento da musculatura(19). Estudos iniciais mostram a utilidade do NO também no tratamento de fissuras anais(13).

Altas concentrações de NO no ar existente no estômago, em mais de cem vezes a encontrada no ar expirado, significa provavelmente produção não enzimática do gás. Para tal, parece ser necessário determinando nível de acidez, pois o uso de omeprazole diminuiu em 95% os índices de NO pré-tratamento. É possível que, no futuro, a medida de NO gástrico venha a ser um método não invasivo de avaliação da acidez gástrica(38).

Também foram encontrados níveis significativamente maiores de NO no ar expirado em pacientes com cirrose descompensada em comparação ao grupo-controle e aos casos de hepatite crônica compensada(14).

O óxido nítrico no sistema endócrino e neuro-endócrino

É possível que o sistema L-arginina/NOS/NO tenha algum papel na liberação de hormônios do sistema neuroendócrino, uma vez que nNOS foi encontrada no hipotálamo e também no lobo posterior da hipófise, levando a crer que o NO neuronal seja o regulador da liberação de hormônios(12)

Outra evidência do papel do NO no sistema endócrino é que quando gerado por células b do pâncreas, induz à liberação de insulina(12).

O óxido nítrico na inflamação/infecção

O NO está envolvido em várias etapas dos mecanismos humorais e celulares que acontecem durante uma resposta inflamatória, apresentando portanto propriedades pró-inflamatórias, mas efeitos antiinflamatórios também podem ser demonstrados, dependendo do tipo e da fase do processo que estão sendo estudados(39).

Há evidências de que os macrófagos, inclusive os alveolares, produzem NO ao serem estimulados por determinadas citoquinas, provavelmente via iNOS, favorecendo o desenvolvimento de fenômenos inflamatórios, como o edema e o eritema.

Os glicocorticóides bloqueiam esse mecanismo por diminuição da ação da iNOS. Talvez essa venha a ser uma das explicações para o efeito antiinflamatório dos corticóides.

O NO é provavelmente o agente através do qual os macrófagos destroem microrganismos agressores e células tumorais. Animais infectados experimentalmente e tratados com inibidores do sistema NOS/NO apresentam inflamação mais severa do que os do grupo-controle(39).

Modelos animais também sugerem que o NO age como molécula citotóxica em doenças auto-imunes, adquirindo um papel agressor(39).

As concentrações de nitrato, um dos metabólitos do NO, estão aumentadas no líquido sinovial de pacientes com artrite reumatóide em outra evidência do papel do NO nos fenômenos inflamatórios. A excreção aumentada de nitratos e nitritos parece preceder o surgimento de sintomatologia clínica, sugerindo um papel do sistema NOS/NO na gênese da doença. Assim, em uma articulação inflamada, o NO apresenta função reguladora da síntese de mediadores da inflamação ou na própria função das células inflamatórias(39).

O uso de bloqueadores do sistema NOS/NO, como o L-NMMA, parece bloquear a resposta inflamatória tanto em articulações como no rim. Ratos geneticamente incapazes de produzir NO apresentam resposta inflamatória reduzida. Portanto, é possível que uma nova classe de drogas possa surgir usando a propriedade antiinflamatória dos bloqueadores da produção de NO.

A produção aumentada de NO está associada com a rejeição de transplantes e sua associação temporal está sendo avaliada como um possível marcador de rejeição(39-41).

Papel do óxido nítrico no aparelho ginecológico

Há crescentes evidências que o NO tenha papel importante na gravidez. Sintases tipo I e tipo II (cNOS e iNOS) estão presentes nas vilosidades placentárias, porém com atividade nitidamente maior nos primeiros trimestres da gestação, assegurando o relaxamento do miométrio e, em consequência, favorecendo a continuidade da gestação(16,42).

Os achados de baixos níveis de NO no líquido amniótico de grávidas nas fases finais de gestação, com o consequente aumento do tônus da musculatura uterina, reforçam a hipótese de que a redução da produção deste gás esteja envolvida com o aumento da atividade uterina e início do trabalho de parto. Esse fenômeno ocorre provavelmente por redução na sua síntese(16;42).

Resultados iniciais animadores têm sido registrados com a administração de NO, a partir de fontes exógenas ou de oferecimento de seus precursores, a pacientes em trabalho de parto prematuro ou com o diagnóstico de crescimento fetal retardado, quando em ambas as situações se quer prolongar a gestação por mais algum tempo(42-44).

É muito provável que o NO module também as alterações cardiovasculares encontradas na mulher grávida e que a diminuição de produção tenha papel significativo na fisiopatologia da eclâmpsia(45).

O tabagismo resulta em diminuição da atividade das NOS também nos vilos placentários; assim, talvez, os reconhecidos problemas que ocorrem durante a gravidez vinculados ao tabagismo possam ser explicados através das alterações do metabolismo do NO.

O NO é produzido no trato genital feminino, principalmente pelo miométrio, durante a gravidez, mas também fora do ciclo gravídico. Com isso, seu uso está sendo testado na prevenção da dismenorréia.

Papel do óxido nítrico no sistema respiratório

Está bem definido que o NO é um constituinte normal do ar exalado na respiração humana(46,47), mas seu real papel, através de qual mecanismo o exerce, ainda permanece discutido.

Há evidências crescentes de que o NO, ou algum componente de sua cadeia metabólica, atue como neurotransmissor com efeito broncodilatador, como vasodilatador, aumentando então a exudação de plasma ou, ainda, como mediador inflamatório em vias aéreas, amplificando a resposta inflamatória(19).

Se além desses mecanismos dependentes das formas constitutivas das sintases, a quantidade produzida for muito maior, graças a ação da iNOS, a alteração na via aérea será muito mais significativa. Concentrações altas de NO na árvore tráqueo-brônquica induzem à hiperemia, exudação plasmática, secreção de muco e proliferação de linfócitos TH2, os responsáveis pela proliferação eosinofílica, sequência essa de acontecimentos que caracteriza a inflamação em um determinado local(48).

Há muitos fatores que influenciam na medida da concentração de NO no ar exalado, como a técnica utilizada(49) e para o que a American Thoracic Society(50) e a European Respiratory Society(51) elaboraram recomendações de padronização. Condições clínicas do pacientes, como asma, bronquiectasias e infecções virais de vias aéreas superiores tendem a produzir aumento do nível de gás detectado, enquanto que o tabagismo pode levar a níveis mais baixos, sendo dependente no numero de cigarros fumados, o que levou Barnes a propor a medida seriada do NO como uma forma de acompanhar a evolução de várias doenças respiratórias(10).

O interesse despertado pela inalação de NO resulta da distribuição preferencial do gás para as regiões bem ventiladas dos pulmões e não colapsadas. Em conseqüência disso, ao promover vasodilatação regional, redireciona o fluxo sanguíneo para essas áreas, melhorando a relação ventilação/perfusão. Além disso, por ter meia vida curta e ligar-se avidamente a hemoglobina, seu efeito e muito rápido e não produz vasodilatação sistêmica. Estudos mostram significativa melhora na oxigenação e diminuição da pressão arterial pulmonar média em pacientes com SARA sob efeito de NO inalado for infundido concomitantemente para ação nas demais regiões não ventiladas(52,53).

Esta é uma ação diferente dos vasodilatadores até então utilizados para o tratamento da angústia respiratória, que promovem diminuição generalizada do tônus vasomotor, inclusive para as áreas não ventiladas piorando a relação V/Q.

O estudo do uso continuado de NO a partir de fontes exógenas por períodos longos não demonstraram taquifilaxia, nem efeitos deletérios maiores, podendo vir a se tornar uma medida terapêutica importante para esta situação. Entretanto, a rápida melhora obtida na relação PaO2/FiO2 não é sustentada por muito tempo, nem promove mudanças significativas na mortalidade ou número de dias em ventilação mecânica(52,53).

O NO, seja a partir de fontes endógenas ou exógenas, possivelmente apresentam papel importante nas várias etapas pré, trans e pós-operatório de transplantes pulmonares. Tem sido apontado como uma alternativa na avaliação pré-operatória da função cardíaca e pulmonar de pacientes candidatos a transplante de pulmão(23,25).

A administração de NO a partir de fontes exógenas pode ser útil no tratamento da hipertensão pulmonar e da hipoxemia que ocorrem em alguns pacientes após o transplante. Com isso, significativo número de pacientes necessitam menos oxigênio durante o período pós-operatório de ventilação mecânica. Entretanto, como o NO tende a gerar metahemoglobina, e com isso, prolongar o tempo de coagulação e inibir a agregação plaquetária, seu uso não deve ultrapassar mais de 72 horas após o procedimento(8).

Desse modo, o NO endógeno tem provavelmente um importante papel no funcionamento normal de muitos órgãos e também na fisiopatologia de inúmeras situações clínicas. Assim que sua função esteja mais amplamente entendida e sua mensuração plenamente validada, poderá se tornar em importante ajuda diagnóstica. Também seu emprego a partir de fontes exógenas apresenta uma estimulante nova perspectiva terapêutica.




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