14.1. Fisiopatologia

Fisiopatologia

 

Paula Bruna Araujo

Adolpho Milech

 

INTRODUÇÃO

 

O diabetes mellitus (DM) é uma doença metabólica caracterizada por

hiperglicemia secundária à falta absoluta ou relativa de insulina no

organismo. O principal objetivo no manejo clínico do DM é a prevenção

das complicações vasculares crônicas, as quais podem ser divididas em

microvasculares (inclusive retinopatia, nefropatia e neuropatia) e

macrovasculares (que afetam a vascularização arterial coronariana, cerebral

e periférica).

Grandes estudos clínicos prospectivos mostraram forte associação entre

níveis glicêmicos e complicações microvasculares (The Diabetes Control

and Complications Trial,1 Kumamoto Study,2 United Kingdom Prospective

Diabetes Study,3 The Advance Collaborative Group)4 e macrovasculares

(The Diabetes Control and Complications Trial/Epidemiology of Diabetes

Interventions and Complications – DCCT/EDIC,5 UKPDS Legacy),5,6 tanto

no DM tipo 1 (DM1), quanto no tipo 2 (DM2). Esses estudos são a base

para a atual recomendação do alvo de HbA1c < 7%. No entanto, a maioria

dos pacientes com diagnóstico de DM não atinge esse alvo.7

Outros fatores de risco associados ao desenvolvimento das

complicações crônicas do diabetes são a hipertensão arterial sistêmica, o tabagismo, a genética, a dislipidemia, a obesidade e a etnia.

 

COMPLICAÇÕES MICROVASCULARES

 

A incidência e a extensão da doença microvascular apresentam forte

correlação com a duração e a magnitude da hiperglicemia. Quando

mencionamos os danos teciduais induzidos pela hiperglicemia, estamos nos

referindo a um tipo particular de células: células endoteliais dos capilares

retinianos, células mesangiais dos glomérulos e neurônios e células de

Schwann dos nervos periféricos. Esse grupo celular tem a peculiaridade de

não ser capaz de controlar a concentração intracelular de glicose, uma vez

que não reduz a expressão do transportador de glicose quando exposto à

hiperglicemia extracelular, como fazem outros tipos celulares, o que o torna

vulnerável.8 Essas células, sob um estado de hiperglicemia crônica, sofrem

contínuo influxo de glicose do meio extracelular para o citosol, o que

resulta na geração excessiva de espécies reativas de oxigênio (ROS –

reactive oxygen species).9 Os mecanismos que levam à superprodução de

ROS envolvem ao menos 4 vias inter-relacionadas: a via dos polióis, o

aumento da formação intracelular de produtos de glicação avançada (AGE

– advanced glycation end-products), bem como da expressão do receptor de

AGE (RAGE), a ativação de isoformas da proteína quinase C (PKC –

protein kinase C) e o aumento de fluxo pela via das hexosaminas.10

 

A via dos polióis

 

A glicose e outros açúcares intracelulares são convertidos em alcoóis

derivados desses açúcares (polióis), em uma reação catalisada pela enzima

aldose redutase. A aldose redutase tem a função de reduzir aldeídos tóxicos

da célula a alcoóis inativos; no entanto, quando a concentração intracelular

de glicose se torna muito elevada, a aldose redutase também reduz a glicose

a sorbitol, enquanto oxida o cofator NADPH a NADP+. O sorbitol é então

oxidado a frutose pela sorbitol desidrogenase, que ao mesmo tempo reduz o

cofator NAD+ a NADH. Normalmente, esta via é responsável por uma

pequena parcela de metabolização de glicose, mas em hiperglicemia sua

contribuição é aumentada significativamente nos tecidos que não

necessitam de insulina para captação de glicose. A via dos polióis acaba por consumir o NADPH, um cofator essencial para a regeneração de um

antioxidante intracelular crítico, a glutationa reduzida (Figura 14.1.1).

Reduzindo a quantidade de glutationa reduzida, a via dos polióis aumenta a

suscetibilidade celular ao estresse oxidativo, o que se assemelha à hipoxia

tecidual, sendo chamado de pseudohipoxia hiperglicêmica.11

Um estudo realizado em retinas de ratos e humanos mostrou que a via

dos polióis pode ter papel importante na retinopatia diabética.12 Ele também

revelou que o inibidor da aldose redutase (sorbinol) impede os processos

vasculares, culminando com o desenvolvimento de capilares acelulares. Isto

pode implicar um papel da via dos polióis na apoptose de células

endoteliais. No entanto, o impacto total desta via na disfunção endotelial

não é completamente compreendido.

 

Figura 14.1.1 A via dos polióis. A aldose redutase reduz aldeídos gerados por espécies reativas de oxigênio (ROS) a alcoóis inativos e glicose a sorbitol, utilizando NADPH como cofator. Células com atividade aumentada da aldose redutase podem depletar a glutationa reduzida e assim levar ao aumento do estresse oxidativo. A sorbitol desidrogenase (SDH)

oxida o sorbitol a frutose utilizando NAD+ como cofator. Adaptada de Brownlee, 2001. 13 Aumento da produção intracelular de produtos nais de glicação

avançada

 

Os AGE são um complexo e heterogêneo grupo de compostos formados

a partir da glicação não enzimática e da oxidação de proteínas, lipídios e

polinucleotídeos que se acumulam no plasma e em tecidos de pacientes com

DM. A glicação não enzimática de proteínas é uma reação química entre o

grupo carbonila da glicose livre e os grupos amino de aminoácidos

nitrogenados das proteínas, como lisina ou arginina, produzindo bases de

Schiff, que sofrem rearranjo de Amadori para formar glicosaminas, como

hemoglobina glicada A1c (HbA1c) e frutosamina.11 Como os produtos de

Amadori são relativamente estáveis, apenas pequena fração sofre rearranjo

irreversível a AGE (Figura 14.1.2).

A hiperglicemia intracelular é o principal evento iniciador da formação

de AGE, tanto intra quanto extracelulares. Os AGE podem ainda surgir da

auto-oxidação intracelular da glicose a glioxal, da decomposição dos

produtos de Amadori a 3-deoxiglicosona e da fragmentação do

gliceraldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona a metilglioxal. Essas

dicarbonilas intracelulares (glioxal, metilglioxal e 3-deoxiglicosona)

reagem com grupos amino de proteínas intra e extracelulares para forma

rem os AGE.13 Nas células endoteliais, o metilglioxal é provavelmente o

principal AGE formado.

Figura 14.1.2 Formação dos produtos finais de glicação (AGE). A interação inicial do grupo carbonila da glicose com qualquer grupo amino livre em proteínas cria uma base de Schiff, que espontaneamente se rearranja a um produto de Amadori. Subsequentemente, alterações mais lentas (não mostradas) são progressivamente menos reversíveis, e, em última análise, levam à formação de AGE. Além disso, uma variedade de dicarbonilas reativas intracelulares, como glioxal, metilglioxal e 3-desoxiglicosona, podem ser formadas a partir da auto-oxidação da glicose ou de uma base de Schiff ou de um produto de Amadori, que podem reagir novamente com grupos amino de proteínas intra e extracelulares para formar AGE.

 

Os AGE podem interferir com a função endotelial por meio de 3

mecanismos: modificando proteínas intracelulares, levando a alteração de

suas funções; modificando componentes da matriz extracelular, alterando

sua interação com outros componentes da própria matriz e com receptores

(integrinas) expressos na superfície das células da matriz; modificando

proteínas plasmáticas que então passam a se ligar aos RAGE em células

como macrófagos, células endoteliais e células da musculatura lisa

vascular.9 A ativação dos RAGE estimula a geração de ROS, que, por sua

vez, ativa o fator de transcrição nuclear kappa B (NF-κB) e p21 ras,

levando a alterações patológicas da expressão de genes envolvidos na

inflamação vascular e na disfunção endotelial, como os genes da

trombomodulina, do fator tecidual (TF – tissue factor) e da molécula de

adesão celular vascular-1 (VCAM-1 – vascular cell adhesion molecule-1).

Além disso, o receptor endotelial de AGE, quando ativado, parece mediar,

em parte, o aumento da permeabilidade vascular induzida pelo DM,

provavelmente por meio da indução de fator de crescimento endotelial

vascular (VEGF – vascular endothelial growth factor).

A exposição de células endoteliais aórticas humanas a altas

concentrações de glicose aumenta a expressão de RAGE e de ligantes de

RAGE, sendo esse efeito mediado por ROS,14 mostrando que os AGE e a

sinalização do NF-κB desempenham papel crucial no aumento da

circulação e/ou produção local de fator de necrose tumoral α (TNF-α –

tumor necrosis factor α) vascular, que então ativa a produção de ROS.

Assim, um ciclo vicioso de geração de ROS fica estabelecido. O NF-κB

também leva à geração de ROS por intermédio de citocinas, como o TNF-α,

e da estimulação da expressão da NADPH oxidase. A NADPH oxidase, por

sua vez, ativa NF-κB.15

Ativação da proteína quinase C

 

A família das PKC compreende pelo menos 11 isoformas amplamente

distribuídas nos tecidos de mamíferos. A atividade das isoformas clássicas é

dependente tanto de íons Ca2+ quanto de fosfatidilserina, sendo

significativamente aumentada pelo diacilglicerol (DAG), um segundo

mensageiro lipídico. A hiperglicemia intracelular aumenta a síntese de novo

de DAG a partir de glicose, por meio da via triose fosfato. O aumento de

ROS inibe a atividade da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH),

levando ao aumento dos níveis intracelulares de DAG, elevando a

disponibilidade de substrato para a via triose fosfato.9 A hiperglicemia pode

também ativar as isoformas de PKC, indiretamente, por meio da ligação dos

AGE aos seus receptores presentes na superfície das células endoteliais

(Figura 14.1.3).

As isoformas β e δ de PKC são as mais ativadas, mas o aumento de

outras isoformas também é encontrado. Em experimentos com DM, a

ativação de PKC-β tem mostrado mediar anormalidades de fluxo sanguíneo

renal e da retina. Isso ocorre por meio da inibição da expressão do RNA

mensageiro da óxido nítrico sintetase (eNOS) que reduz a produção

endotelial do vasodilatador óxido nítrico (NO), enquanto a produção da

endotelina-1 (ET-1), um vasoconstritor, está aumentada.16 No entanto, o

aumento da permeabilidade das células endoteliais induzido pela

hiperglicemia é mediado pela ativação da PKC-α. A ativação da PKC pela

hiperglicemia também induz a expressão do fator de aumento de

permeabilidade VEGF nas células do músculo liso vascular,

consequentemente aumentando a permeabilidade vascular e a angiogênese.

A ativação da PKC contribui também com o acúmulo de proteínas da

matriz microvascular por meio da indução de expressão de fator

transformador de crescimento-β1 (TGF-β1 – transforming growth factor-

β1), fibronectina e colágeno tipo IV, tanto em cultura de células mesangiais

quanto em glomérulos de ratos diabéticos. Esse efeito parece ser mediado

por inibição da produção de NO pela PKC, a qual também tem sido

implicada na superexpressão do inibidor do ativador de plasminogênior-1

(PAI-1 – plasminogen activator inhibitor-1), um inibidor da fibrinólise, na

ativação do NF-κB em culturas de células endoteliais e musculares lisas vasculares, e na regulação e ativação de várias oxidases NADPH

dependentes, associadas à membrana.11

 

Figura 14.1.3 Ativação da via da proteína quinase C (PKC) e diacilglicerol (DAG). A hiperglicemia aumenta o conteúdo de DAG, que leva à ativação das PKC, que por sua vez interfere com a expressão de óxido nítrico sintetase endotelial (eNOS), endotetelina-1 (ET-1), fator de crescimento vascular endotelial (VEGF), fator de crescimento transformador-β (TGF-β) e inibidor do ativador de plasminogênio-1 (PAI-1), mudanças provavelmente relacionadas com a ativação do fator de transcrição nuclear-κB (NF-κB). Adaptada de

Brownlee, 2001.13

 

Aumento de uxo pela via das hexosaminas

 

O aumento da concentração intracelular de glicose ativa a glicólise,

ocorrendo a metabolização da glicose a glicose-6-fosfato, em seguida a

frutose-6-fosfato e esta, na sua maior parte, segue na via glicolítica em uma

série de reações de oxidação que vão gerar piruvato e ATP. No entanto,

parte da frutose-6-fosfato pode ser desviada para a formação de

glicosamina-6-fosfato e finalmente UDP-N-acetilglicosamina (UDP-

GlcNAc), por meio da enzima glutamina-frutose-6-fosfato amidotransferase

(GFAT), sendo esta a via das hexosaminas (Figura 14.1.4).

A UDP-GlcNAc é usada como substrato por O-GlcNAc transferases

específicas para a modificação pós-translacional de resíduos de serina e

treonina de proteínas citoplasmáticas e nucleares. Dessa forma, ocorre a modulação da expressão de proteínas que funcionam como fatores de

transcrição que acabam por alterar a expressão de várias proteínas, como o

PAI-1 em células musculares lisas e o TGF-β1 e PAI-1 em células do

endotélio arterial, envolvidos na vasculopatia diabética.9 Ainda no contexto

das complicações vasculares, é relevante a inibição da eNOS nas células do

endotélio arterial, por meio de modificações no sítio Akt da proteína eNOS,

pelas O-GlcNAc transferases. A hiperglicemia também aumenta a atividade

da enzima GFAT, o que, em última análise, aumenta o substrato para

modificação de várias proteínas celulares.

 

Figura 14.1.4 A via das hexosaminas. A frutose-6-fosfato, um intermediário da via glicolítica, é convertida a glicosamida-6-fosfato pela enzima glutamina frutose-6-fosfato desidrogenase (GFAT). A glicosilação intracelular dos resíduos de serina e treonina, pela adição de UDP-N-acetilglicosamina (UDP-GlcNAc), é catalisada pela enzima O-GlcNAc transferase (OGT). A modificação de proteínas-alvo e de fatores de transcrição leva ao aumento da expressão de proteínas como o PAl-1 e o TGF-β1. Adaptada de Brownlee,

2001. 13

 

Mecanismo uni cado

Todos esses diferentes mecanismos patogênicos refletem um único

processo induzido pela hiperglicemia: a superprodução de superóxido pela

cadeia de transporte de elétrons mitocondriais, levando ao aumento da

produção de ROS, comum a todos os tipos celulares lesados pela

hiperglicemia.

O estresse oxidativo contribui para a patogênese das complicações

micro e macrovasculares, e sua ação leva ao dano mitocondrial, inclusive

redução da ATP sintetase mitocondrial, desregulação da homeostase dos

lipídios intracelulares e indução de aparecimento dos poros de transição de

permeabilidade mitocondrial. Isto pode levar a redução da atividade e até

mesmo da quantidade de mitocôndrias, o que pode deflagrar a necrose ou

apoptose celular.15,17 ROS podem ainda afetar as vias de sinalização,

inclusive proteínas G, fatores transcricionais e proteínas quinases.

A cadeia respiratória mitocondrial é formada por 4 complexos: C-I

(NADH-coenzima Q oxirredutase), C-II (succinato-ubiquinona

oxirredutase), C-III (ubiquinona-citocromo-c oxirredutase), C-IV

(citocromo-c oxidase), 2 transportadores de elétrons móveis, a coenzima

Q10 (ubiquinona) e o citocromo-c. Um quinto complexo enzimático

completa, então, a fosforilação oxidativa: o C-V (ATP sintetase). Com a

hiperglicemia, há mais glicose a ser oxidada no ciclo de Krebs, o que, na

prática, empurra mais doadores de elétrons (NADH e FADH2) na cadeia de

transporte de elétrons. Como resultado, o gradiente de tensão através da

membrana mitocondrial aumenta até que um limiar crítico é atingido. Nesse

ponto, a transferência de elétrons dentro do complexo III é bloqueada,

fazendo com que os elétrons em excesso retornem para a coenzima Q (em

situação normal a coenzima Q recebe elétrons dos complexos I e II e os

transfere para o complexo III), que doa esses elétrons, um de cada vez, para

um oxigênio molecular, assim gerando o superóxido, que leva à geração de

ROS. A isoforma mitocondrial da enzima superóxido dismutase degrada o

radical livre de oxigênio a peróxido de hidrogênio, que é então convertido a

H O e O por outras enzimas. 2 2

A produção mitocondrial de superóxido, induzida pela hiperglicemia,

ativa as 4 vias patológicas por meio da inibição de GAPDH (Figura 14.1.5).

Essa inibição eleva o nível de todos os intermediários que estão a montante

do GAPDH na via glicolítica. Níveis aumentados do gliceraldeído-3-fosfato ativam 2 das 4 vias: a via AGE, porque o metilglioxal, principal precursor

intracelular de AGE, é formado a partir de gliceraldeído-3-fosfato; e a via

da PKC, uma vez que o ativador da PKC, DAG, também é formado a partir

de gliceraldeído-3-fosfato. Mais acima, os níveis de frutose-6-fosfato

aumentam, o que intensifica o fluxo por meio da via das hexosaminas, em

que frutose-6-fosfato é convertida pela enzima GFAT em UDPN-GlcNAc.

Finalmente, a inibição da GAPDH aumenta os níveis intracelulares do

primeiro metabólito da via glicolítica, a glicose. Isto aumenta o fluxo por

meio da via dos polióis, em que a enzima aldose redutase reduz a glicose e

consome NADPH no processo.18

A inibição da GAPDH ocorre por meio da poli ADP-ribose polimerase

(Parp). O aumento de ROS na mitocôndria, em resposta à hiperglicemia,

leva à ruptura de cadeias de DNA. Esse evento acaba por ativar a Parp a

qual em condições normais encontra-se no núcleo em uma forma inativa.

Foi demonstrado que a inativação da Parp ou a superexpressão de

superóxido dismutase abolem as 4 vias que levam à superprodução de ROS,

sugerindo que o aumento do estresse oxidativo no DM seja fortemente

regulado pela Parp e pela GAPDH, o que pode representar um alvo para

novas estratégias que possam prevenir as complicações vasculares nessa

doença.18

Figura 14.1.5 Mecanismos propostos para explicar o dano celular induzido pela hiperglicemia e pelo estresse oxidativo como via final comum da ativação das 4 vias metabólicas. O excesso de radical superóxido (O –) inibe parcialmente a gliceraldeído-3-

2

fosfato desidrogenase (GAPDH), uma enzima da via glicolítca, o que leva ao aumneto dos metabólitos formados antes da ação da GAPDH. Esses metabólitos são desviados para utilização nas 4 vias metabólicas responsáveis pelo dano celular da hiperglicemia, em um

ciclo vicioso que aumenta a geração de superóxido. Adaptada de Brownlee, 2001. 11

 

COMPLICAÇÕES MACROVASCULARES

 

A doença macrovascular, tanto no DM1 quanto no DM2, é caracterizada

pela aterosclerose acelerada. Embora os mecanismos pelos quais a

resistência à insulina e a hiperglicemia levam a doenças cardiovasculares

não sejam completamente compreendidos, todos os fatores de risco

cardiovasculares que caracterizam o DM convergem para a parede dos

vasos, mais especificamente para o endotélio, como um alvo celular

comum. Atualmente, acredita-se que fatores circulantes associados ao meio

metabólico modificado do DM (p. ex., hiperglicemia, glicação e produtos

de oxidação) causem disfunção endotelial. Este, por sua vez, leva a

alterações vasoconstritoras, pró-inflamatórias e pró-trombóticas que

contribuem para o desenvolvimento da placa aterosclerótica e para maior

chance de trombose após a ruptura da placa. Além das células endoteliais,

ocorre alteração na função das células musculares lisas dos vasos e das

plaquetas, o que revela extenso distúrbio vascular nessa doença.

A disfunção da célula endotelial, um preditor independente de eventos

cardiovasculares, é o resultado da lesão arterial, devido à exposição aguda

ou crônica a fatores de risco cardiovasculares, que ocorrem desde o início

do DM e dos estados de resistência à ação de insulina. Em paralelo à

disfunção endotelial, a aterosclerose pode resultar de um desequilíbrio entre

a magnitude da lesão vascular e da capacidade de reparação, o que leva à

morte acelerada da célula endotelial.

 

Disfunção endotelial

 

O endotélio, o maior órgão do corpo, é uma camada única de células

que reveste a superfície luminal dos vasos sanguíneos, que forma uma

interface entre o sangue circulante no lúmen e no resto da parede do vaso

desempenha papel crítico na homeostase vascular. Ele regula ativamente o tônus e a permeabilidade vascular, o equilíbrio entre coagulação e

fibrinólise, a atividade inflamatória e a proliferação celular, por meio da

liberação de vários mediadores e/ou ativação de fatores de transcrição.

Estes incluem fatores relaxantes derivados do endotélio, tais como NO,

fator hiperpolarizante derivado do endotélio (EDHF) e prostaciclina (PGI2);

e os fatores constritores, tais como ET-1, prostaglandinas, angiotensina II

(ANG-II) e ROS, bem como moduladores inflamatórios.15 Em algumas

situações, como no DM, ocorre a disfunção endotelial, que se caracteriza

pelo endotélio que perde sua habilidade de manter a homeostase vascular.

O estímulo para a produção de fatores vasodilatadores dependentes do

endotélio inclui acetilcolina, trombina, serotonina, ANG-II e agonistas α-

adrenérgicos. Em geral, esses fatores também promovem vasoconstrição

por meio de efeitos diretos sobre as células musculares lisas. O NO

endotelial e outros vasodilatadores se opõem a esses efeitos

vasoconstritores, agindo, portanto, de maneira a manter a patência e a

complacência arterial normal, apesar da produção local de vasoconstritores.

Quando o endotélio está disfuncional, os efeitos vasoconstritores não são

antagonizados e o tônus arterial fica aumentado. Além disso, estados

patológicos como hipercolesterolemia, dislipidemia, tabagismo e DM são

associados a produção endotelial aumentada de ET-I e a outros

vasoconstritores derivados do endotélio que podem gerar vasoespasmo e

aumento da rigidez arterial.17 A disfunção endotelial provoca ainda o

aumento da interação com os leucócitos, o crescimento das células

musculares lisas, o comprometimento da coagulação, a inflamação vascular,

a trombose e, portanto, o aparecimento e progressão da aterosclerose.

O NO, sintetizado pelas células endoteliais a partir de L-arginina, é um

mediador muito importante com propriedades vasodilatadoras,

antiplaquetárias, antiproliferativas, de redução da permeabilidade, anti-

inflamatórias e antioxidantes (Figura 14.1.6). Ele inibe o rolamento e a

adesão leucocitária, assim como a expressão de VCAM-1 e da proteína

quimiotática de monócito-1 (MCP-1 – monocyte chemotatic protein-1),

provavelmente por meio da inibição do NF-κB.11 O NO também se difunde

até a camada de células musculares lisas endoteliais, onde induz

relaxamento e redução da proliferação celular. Um estímulo fundamental

para a produção endotelial de NO é o aumento do estresse de cisalhamento, que é a força de atrito na superfície endotelial produzida pelo fluxo

sanguíneo. Em artérias saudáveis, aumento no fluxo arterial estimula a

“dilatação fluxo-mediada”. O consequente aumento de diâmetro do lúmen

age de forma homeostática para limitar o aumento do estresse de

cisalhamento que resulta do maior fluxo. O NO derivado do endotélio

também contribui para a vasodilatação mediada por isquemia e para a

resposta hiperêmica ao exercício. Porém, na disfunção endotelial, a

disponibilidade de NO está reduzida, tanto pela diminuição da sua produção

quanto pela perda de sua atividade biológica, o que ocorre devido ao

aumento do estresse oxidativo. A eNOS bem como a PGI2 sintetase são

inibidas pelo excesso de ROS e por ação de mediadores inflamatórios.15 Por

esse mecanismo, a regulação do fluxo sanguíneo fica prejudicada e

contribui para a redução da capacidade de exercício em certos estados

patológicos, inclusive insuficiência cardíaca e doença arterial periférica.

A importância da inflamação na patogênese da aterosclerose é bem

reconhecida e o endotélio vascular participa do processo inflamatório,

contribuindo e sendo afetado por ele. Na presença de fatores pró-

inflamatórios, inclusive TNF-α e proteína C reativa, o endotélio pode ser

ativado para expressar moléculas de adesão, como a molécula de adesão

intracelular-1 (ICAM-1 - intercellular adhesion molecules-1) e a VCAM-1,

necessárias na adesão leucocitária à superfície endotelial. O endotélio

ativado também expressa fatores quimiotáticos e citocinas próinflamatórias,

como o TNF-β. A expressão endotelial desses fatores contribui para o

desenvolvimento de inflamação na parede arterial e promove a aterogênese.

A migração de linfócitos T e monócitos para a camada íntima vascular

participa desse processo. Os linfócitos T secretam citocinas que modulam a

formação da lesão. Os monócitos, ao atingirem o espaço subendotelial,

captam lipoproteína de baixa densidade (LDL) oxidada via receptor

“varredor” e tornam-se células espumosas. O acúmulo localizado de células

espumosas leva à formação de estrias de gordura, a marca inicial das lesões

ateroscleróticas.19

Figura 14.1.6 Produção de óxido nítrico (NO) a partir da força de cisalhamento sobre o endotélio vascular, por meio da óxido nítrico sintetase endotelial (eNOS), e suas propriedades na manutenção da função endotelial. VCAM-1 = molécula de adesão celular vascular-1; MPC-1 = proteína quimiotática de monócito-1.

 

A glicação não enzimática de LDL (gLDL) e seu papel na patogênese

da aterosclerose é um novo assunto que vem sendo explorado em estudos

recentes. Devido à hiperglicemia, a glicação do LDL está aumentada em

pacientes com diabetes. A modificação da LDL por glicação leva à

diminuição do reconhecimento da LDL pelo seu receptor (LDL-R) e, por

sua vez, aumenta o tempo de circulação relativa das lipoproteínas, o que

pode levar ao aumento da oxidação das partículas, à formação de AGE e à

ativação de mecanismos de captação alternativa por vias não mediadas por

LDL-R. Além disso, gLDL impede a recaptação de L-arginina, mediada por

estresse de cisalhamento, portanto, reduzindo a formação de NO. A gLDL

também provoca aumento na produção de PAI-1 e de prostaglandinas,

enquanto inibe a expressão do ativador do plasminogênio tecidual (t-PA)

em células endoteliais, levando, em última análise, à redução da

fibrinólise.11 Assim, o endotélio disfuncional contribui para a patogênese da

doen ça aterosclerótica vascular.

A ativação local do sistema renina-angiotensina também desempenha

um importante papel na indução da disfunção endotelial e na aterosclerose no DM. A ANG-II exerce efeito sobre a função do endotélio por meio da

ligação ao receptor de ANG-II nas células endoteliais, aumentando a

expressão de ICAM-1 e a liberação de ET-1 pelo endotélio e estimulando a

produção de ROS via NADPH oxidase. A ANG-II também ativa as vias

JNK e MAPK nas células endoteliais, o que leva ao aumento da

fosforilação da serina do substrato do receptor de insulina-1 (IRS-1), ao

comprometimento da atividade da fosfatidilinositol-3 (PI-3) quinase e

finalmente à disfunção endotelial e provavelmente à apoptose. Esta é uma

das explicações para o fato de o inibidor da enzima conversora de

angiotensina, bem como dos bloqueadores do receptor de ANG-II, proteger

o paciente diabético contra comorbidades cardiovasculares.

Além de responder às mudanças agudas no fluxo sanguíneo,

estimulando a vasodilatação, o endotélio também é responsável por

mudanças crônicas na estrutura e dimensão do lúmen arterial, que são

produzidas por alterações crônicas do fluxo sanguíneo. Com a dilatação

fluxo-mediada, o remodelamento fluxo-induzido é estimulado por

mudanças na tensão de cisalhamento. A resposta de remodelamento ao

fluxo envolve uma interação complexa entre fatores vasodilatadores,

inflamação local e fatores que alteram a matriz intercelular.17 Assim, a

dilatação endotélio-dependente está prejudicada em pacientes com doença

arterial coronariana documentada e em pacientes com fatores de risco

clássicos. Na verdade, tais alterações são detectáveis logo no início do curso

da doença, antes que lesões mensuráveis ou sintomas clínicos apareçam.

Em segundo lugar, mudanças de estilo de vida e drogas que

comprovadamente reduzam o risco cardiovascular têm mostrado reverter a

disfunção endotelial, inclusive exercício físico, cessação do tabagismo,

perda de peso, drogas que baixam o colesterol e inibidores da enzima

conversora da angiotensina. Finalmente, a disfunção endotelial na

circulação coronária ou periférica prevê aumento do risco de eventos

cardiovasculares em pacientes com fatores de risco e em pacientes com

aterosclerose estabelecida.

 

Apoptose

 

A apoptose é o processo pelo qual uma célula desempenha papel ativo

na sua própria morte. Existem vários mecanismos pelos quais a apoptose pode ser induzida nas células. A sensibilidade das células a esses estímulos

pode variar, dependendo de uma série de fatores, tais como a expressão de

proteínas pró e antiapoptóticas, a gravidade do estímulo e a fase do ciclo

celular.

Existem vários ligantes indutores de morte celular que são importantes,

como ligante Fas, TNF-α e Trail (ligante TNF relacionado com indução de

apoptose). Quando eles ligam seus receptores específicos de morte, os

sinais de apoptose são transmitidos à célula e uma cascata de caspases é

ativada dentro de segundos, induzindo a apoptose de forma muito rápida.

O NO tem demonstrado inibir a apoptose em vários tipos celulares,

inclusive células endoteliais. Os efeitos antiapoptóticos podem ser

mediados por meio de mecanismos como nitrosilação e inativação de

caspases. Outros mecanismos incluem ativação do p53, aumento de

proteínas de choque térmico e aumento de proteínas antiapoptóticas Bcl-2 e

Bcl-XL. Por meio da ativação da sinalização de cGMP, a atividade da

caspase é suprimida, proteínas quinases dependentes de cGMP são ativadas

e, possivelmente, ocorre aumento da expressão de proteínas

antiapoptóticas.11 A apoptose, especialmente de células endoteliais, pode ser

altamente significativa para o desenvolvimento da aterosclerose.

 

Disfunção da musculatura lisa vascular no diabetes

 

A hiperglicemia ativa PKC, RAGE e NF-κB nas células musculares

lisas vasculares, assim como o faz nas células endoteliais, o que leva à

formação de superóxido, que contribui para maior nível de estresse

oxidativo.19 Dessa forma, o DM estimula a atividade aterogênica dessas

células. Conforme as lesões ateroscleróticas progridem, células musculares

lisas migram a partir da camada média para a íntima dos vasos, onde

proliferam, gerando fatores de crescimento e participando da formação da

capa fibrosa da placa de ateroma. As células musculares lisas vasculares,

nesse novo ambiente, começam a gerar várias moléculas de matriz

extracelular implicadas na aterogênese. Os proteoglicanos vasculares se

ligam a lipoproteínas aterogênicas que levam a sua retenção no espaço

subendotelial.

Avaliações post-mortem mostram que a expressão de sulfato de

condroitina e de sulfato de dermatana está aumentada, enquanto o sulfato de heparana e o número de células musculares lisas vasculares estão reduzidos

nas lesões ateroscleróticas de pacientes com diabetes, quando comparados

com lesões de pacientes sem DM.19,20 O aumento dos proteoglicanos sulfato

de condroitina e de dermatana pode contribuir para a aterosclerose nos

pacientes com DM, por meio do aumento da retenção de LDL na parede

arterial. O reduzido teor de elastina da íntima, seja por meio de produção

reduzida ou de quebra acentuada, pode ser outro mecanismo pelo qual a

hiperglicemia aumenta a aterosclerose em pacientes com DM.

O colágeno, sintetizado por células do músculo liso vascular, acumula

na aterosclerose. Na presença de hiperglicemia, o aumento do colágeno é

submetido a glicação não enzimática, o que aumenta a sua capacidade de

ligação à LDL, resultando no aumento da retenção de LDL na parede do

vaso. Além disso, gLDL pode, em parte, regular o aumento da migração e,

em seguida, a apoptose das células musculares lisas vasculares em lesões

ateroscleróticas. Lipoproteínas de baixa densidade, que tenham sido

submetidas à glicação não enzimática, induzem a migração de células

musculares lisas vasculares in vitro e também podem induzir a sua

apoptose.19 Assim, o DM altera a função da musculatura lisa vascular de

forma a promover formação da lesão aterosclerótica, instabilidade da placa

e eventos clínicos.

 

Alteração da função plaquetária

 

A ativação plaquetária pode ocorrer desde a fase inicial do DM, como

sugerido por estudos em animais que mostram que a maior agregação

plaquetária em resposta a vários agonistas ocorre bem antes de as alterações

da parede do vaso se desenvolverem. As plaquetas de pacientes com DM

são caracterizadas por alterações em várias vias de sinalização, levando a

um fenótipo hiper-reativo com maior aderência, agregação e ativação,

causado por menor fluidez de membrana, aumento do metabolismo do

ácido araquidônico, aumento da síntese de tromboxano (TX) A2 e alteração

da homeostase do Ca2+. Assim, as plaquetas respondem mais

frequentemente a estímulos sublimiares, tornando-se mais rapidamente

consumidas, o que resulta em trombopoese acelerada de plaquetas mais

reativas.

A concentração intraplaquetária de glicose reflete a concentração

extracelular, uma vez que a entrada de glicose nas plaquetas não depende de

insulina. Assim, a hiperglicemia pode desempenhar papel causal na hiper-

reatividade plaquetária em pacientes com DM. Na verdade, a hiperglicemia

é responsável pela deficiência da homeostase do Ca2+ nas plaquetas, o que

resulta em aumento da mobilização de Ca2+ a partir de estoques

armazenados no interior da célula, resultando no aumento intracelular dos

níveis de Ca2+. Portanto, seus efeitos sobre as concentrações

intraplaquetárias de Ca2+ são consistentes com a maior sensibilidade a

agentes agregantes. A maior agregação plaquetária no DM foi reconhecida

já em 1965. Desde então, muitos estudos demonstraram aumento da

ativação plaquetária e da síntese de metabólitos de TX mediando a ativação

plaquetária no DM, enquanto a vasodilatação mediada por plaquetas está

prejudicada. Além disso, as plaquetas de pacientes com DM têm

sensibilidade diminuída a antiagregantes naturais, como NO e PGI2.21

Assim, a biossíntese de TX está reforçada no DM2, fornecendo evidências

de sua origem plaquetária. O distúrbio metabólico parece ser responsável

pela ativação plaquetária dependente de TX, tal como demonstrado pela sua

diminuição consistente com qualquer intervenção capaz de reduzir a

glicose.

A dislipidemia contribui direta e indiretamente para a agregação

plaquetária. Além disso, o fator de crescimento derivado de plaquetas

(PDGF – platelet-derived growth factor) estimula a migração e a

proliferação de células musculares lisas vasculares, bem como a produção

de matriz extracelular. Estes contribuem para a formação da lesão

fibrointimal subendotelial e, possivelmente, para a formação da cápsula

externa de lesões predominantemente lipídicas, que induzem o

desenvolvimento de aterosclerose. O aumento da produção de PDGF pelo

endotélio vascular, em resposta à concentração elevada de glicose e de

ANG-II, tem sido relatado in vitro. Isto sugere um possível envolvimento

do PDGF no desenvolvimento da vasculopatia diabética.22 Além disso,

pacientes com DM têm aumento da expressão de glicoproteína Ib (GpIb) na

superfície plaquetária, a qual medeia a ligação com o fator de von

Willebrand, e de GpIIb-IIIa, que medeia a interação entre plaquetas e

fibrina. Essas alterações podem resultar da diminuição da produção endotelial dos antiagregantes NO e PGI2, diminuindo os níveis de

antioxidantes e aumentando a produção de fibrinogênio e de ativadores de

plaquetas, tais como trombina e fator de von Willebrand.19

 

Ativação da coagulação

 

O DM também está associado a alterações na coagulação sanguínea,

levando a um estado pró-coagulante caracterizado por mudanças na

atividade e nos níveis de fatores trombóticos e fibrinolíticos. Tanto a

hiperglicemia quanto a hiperinsulinemia parecem desempenhar um papel na

patogênese desse estado pró-trombótico.

O TF é uma proteína pró-trombótica transmembrana, expressa em

células vasculares e não vasculares, inclusive monócitos e plaquetas. A sua

expressão pelas células endoteliais está aumentada na presença de baixo

grau de inflamação, frequentemente encontrado em associação ao DM. Em

contraste, células musculares lisas vasculares, que ficam expostas após a

ruptura da placa, expressam o TF de forma constitutiva, e esta expressão é

reforçada após o estímulo por citocinas. Pacientes com DM têm níveis

circulantes de TF mais elevados. De fato, o aumento conjunto dos níveis de

glicose e de insulina resulta em aumento muito maior da atividade pró-

coagulante desse fator, enquanto a melhora do controle glicêmico resulta

em redução de seus níveis. Os níveis de TF também podem ser

influenciados pela formação de AGE, que ativam o NF-κB e levam à sua

produção. Essas observações indicam que a insulina e os níveis glicêmicos

têm papel direto na patogênese do estado pró-trombótico, particularmente

no DM2.

A hipofibrinólise está bem estabelecida no DM2 e é caracterizada por

níveis elevados de PAI-1, bem como por prolongamento do tempo de lise

do coágulo. Em pacientes com DM1, foi demonstrada correlação

significativa entre HbA1c média ao longo de 18 anos e o comprometimento

da fibrinólise, como mostrado por níveis elevados de PAI-1 e reduzidos de

tPA implicando glicemia na modulação do potencial fibrinolítico.23 Além de

hiperglicemia, a hiperinsulinemia aumenta os níveis de PAI-1, o que explica

os níveis elevados dessa proteína em estados de resistência à insulina. Os

níveis de fibrinogênio estão elevados em ambos os tipos de DM em

comparação com indivíduos saudáveis pareados por idade. Níveis altos de fibrinogênio predizem a progressão da calcificação coronariana em

indivíduos com DM1 e os níveis dessa proteína podem predizer isquemia

miocárdica silenciosa em DM2. Além disso, os níveis de fibrinogênio estão

elevados em parentes saudáveis de pacientes com DM, o que sugere que a

alteração dos níveis de fibrinogênio antecede o desenvolvimento do DM.

Os níveis aumentados de fibrinogênio podem estar relacionados com o

baixo grau de inflamação associado ao DM. Os níveis de interleucina-6

estão elevados no DM e essa citocina é capaz de estimular os hepatócitos a

produzirem fibrinogênio, o que representa um importante elo de ligação

entre inflamação e hipercoagulabilidade.

 

MEMÓRIA METABÓLICA

 

Em 1993, os resultados do DCCT mostraram que em pessoas com DM1

de curta duração, o controle glicêmico intensivo reduziu dramaticamente a

ocorrência e gravidade de complicações diabéticas microvasculares.1 Após

o anúncio dos resultados do DCCT, muitos pacientes que participaram do

grupo de tratamento padrão adotaram o esquema terapêutico intensivo,

atingindo melhor controle glicêmico, comprovado por redução dos valores

da HbA1c. Ao mesmo tempo, o nível médio de HbA1c piorou para os

pacientes que estavam no grupo de terapia intensiva. Os valores de HbA1c

pós-DCCT tornaram-se estatisticamente iguais para ambos os grupos

durante aproximadamente 14 anos de seguimento no curso do DCCT/EDIC.

Surpreendentemente, no entanto, os efeitos da diferença da HbA1c por 6,5

anos durante o DCCT persistiram sobre a incidência de retinopatia e

nefropatia, e se tornaram maiores nos 14 anos de acompanhamento

subsequentes. Os pacientes do grupo de terapia padrão continuaram a ter

maior incidência de complicações, mesmo com melhora do controle

glicêmico durante os 14 anos de DCCT/EDIC, enquanto o grupo de terapia

intensiva continuou a ter menor incidência tanto de complicações

microvasculares quanto de doenças cardiovasculares, mesmo com a

deterioração do controle glicêmico. O tratamento intensivo reduziu o risco

de qualquer evento cardiovascular em 42% e o risco de infarto do

miocárdio não fatal, acidente vascular encefálico ou morte por doença

cardiovascular em 57%.5 Esse fenômeno foi chamado de “memória

metabólica”.

Resultados semelhantes foram encontrados em pacientes com DM2

acompanhados por 10 anos após o término do UKPDS. Pacientes

originalmente do grupo de tratamento intensivo tiveram menos

complicações vasculares e menos eventos clínicos adversos ao longo do

tempo, quando comparados com pacientes do grupo de tratamento padrão,

apesar de níveis similares de HbA1c no período de acompanhamento que se

seguiu ao término do UKPDS.6

A hiperglicemia intracelular leva ao excesso de produção de superóxido,

que é o elemento-chave na ativação de todas as outras vias envolvidas na

patogênese de complicações do diabetes. Proteínas mitocondriais são

glicadas durante a hiperglicemia e esse efeito induz as mitocôndrias a

produzirem mais superóxido, uma condição que não depende da glicemia

real. A ligação de AGE aos RAGE resulta na geração de ROS intracelular, o

que promove a expressão de mais RAGE. O estresse oxidativo pode alterar

a expressão gênica, por meio de uma ação epigenética, favorecendo a

permanência da ação dos radicais livres, o que leva à progressão contínua

de danos teciduais. Além disso, o DNA mitocondrial pode influenciar a

expressão gênica e contribuir para a superprodução de radicais livres em

nível mitocondrial. Essa condição de automanutenção, que leva a um

estresse oxidativo persistente independente dos níveis reais de glicemia,

pode contribuir para o aparecimento da “memória metabólica”.24

 

CONCLUSÃO

 

As complicações vasculares são as principais causas de morbidade e

mortalidade em pacientes com DM. A relação entre micro e

macroangiopatia diabética e disfunção endotelial é complexa e continua

sendo um assunto de extensa pesquisa. O estresse oxidativo parece ser a via

final comum para os 4 principais mecanismos de toxicidade da glicose na

patogênese da doença vascular no DM, nomeadamente a via dos polióis, a

formação de AGE, PKC-DAG e a via das hexosaminas, que leva a

complicações microvasculares (das quais eles são em grande parte os

mecanismos patogênicos vigentes) e macrovasculares. A desregulação do

metabolismo no DM afeta adversamente cada elemento celular no interior

da parede vascular por disfunção endotelial, vasoconstrição e inflamação,

promovendo diferentes distúrbios macrovasculares. Apesar do importante papel desempenhado pelo estresse oxidativo no DM e na aterosclerose, a

terapia antioxidante não teve qualquer benefício em grandes ensaios

clínicos randomizados. Terapia dirigida contra as fontes enzimáticas de

superóxido parece ter maior utilidade na prevenção da doença vascular.

As alterações bioquímicas nas células endoteliais e nas células

musculares lisas vasculares dos microvasos de pacientes com diabetes

incluem: relaxamento endotelial dependente comprometido;

hipercoagulabilidade; fibrinólise reduzida; acúmulo de AGE e dano

oxidativo, alteração na matriz vascular e estreitamento dos vasos; ativação

de citocinas, liberação de fatores de crescimento, proliferação celular

vascular e aumento da captação de macrófagos para a camada subendotelial

criando células de espuma ou placas de ateroma.

Novas evidências consistentes sugerem que a hiperglicemia pode deixar

uma marca inicial nas células da vasculatura e em órgãos-alvo, o que

favorece o desenvolvimento futuro de complicações. Além disso,

evidências sugerem que essa “memória metabólica” pode aparecer mesmo

quando um bom controle glicêmico é atingido. Essa evidência levanta

muitas questões sobre o manejo terapêutico do DM. Em particular, sugere

que o tratamento agressivo precoce da hiperglicemia parece ser obrigatório.

Os iniciadores da vasculopatia, que finalmente evoluem para complicações

a longo prazo, podem ser controlados e evitados por meio do controle

glicêmico rigoroso, da manutenção do perfil lipídico normal, do exercício

físico regular, da adoção de um estilo de vida saudável e de intervenções

farmacológicas.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. The Diabetes Control and Complications Trial Research Group (DCCT). The effect of

intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus. N Engl J Med. 1993 Sep 30; 329(14):977-86.

2. Ohkubo Y, Kishikawa H et al. Intensive insulin therapy prevents the progression of diabetic

microvascular complications in Japanese patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus: A randomized prospective 6-year study. Diabetes Res Clin Pract. 1995 May; 28(2):103-17.

3. United Kingdom Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control

with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet. 1998 Sep 12; 352(9131):837-53.

4. The Advance Collaborative Group. Intensive blood glucose control and vascular outcomes in

patients with type 2 diabetes. N Engl J Med. 2008 Jun 12; 358(24):2560-72.

5. Nathan DM, Cleary PA et al. Intensive diabetes treatment and cardiovascular disease in

patients with type 1 diabetes. N Engl J Med. 2005 Dec 22; 353(25):2643-53.

6. Holman RR, Paul SK et al. 10-year follow-up of intensive glucose control in type 2 diabetes. N

Engl J Med. 2008 Oct 9; 359(15):1577-89.

7. Cheung BM, Ong KL et al. Diabetes prevalence and therapeutic target achievement in the

United States, 1999 to 2006. Am J Med. 2009 May; 122(5):443-53.

8. Kaiser N, Sasson S et al. Differential regulation of glucose transport and transporters by

glucose in vascular endothelial and smooth muscle cells. Diabetes. 1993 Jan; 42(1):80-9.

9. Giacco F, Brownlee M. Oxidative stress and diabetic complications. Circ Res. 2010 Oct 29;

107(9):1058-70.

10. Brownlee M. The pathobiology of diabetic complications: A unifying mechanism. Diabetes.

2005 Jun; 54(6): 1615-25.

11. van den Oever IAM, Raterman HG et al. Endothelial dysfunction, inflammation, and apoptosis

in diabetes mellitus. Mediators of Inflammation. 2010; 2010:1-15.

12. Dagher Z, Park YS et al. Studies of rat and human retinas predict a role for the polyol pathway

in human diabetic retinopathy. Diabetes. 2004 Sep; 53(9):2404-11.

13. Brownlee M. Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature. 2001

Dec 13; 414(6865):813-20.

14. Yao D, Brownlee M. Hyperglycemia-induced reactive oxygen species increase expression of

the receptor for advanced glycation end products (Rage) and Rage ligands. Diabetes. 2010 Jan; 59(1):249-55.

15. Fatehi-Hassanabad Z, Chan CB et al. Reactive oxygen species and endothelial function in

diabetes. European Journal of Pharmacology. 2010; 636(1-3):8-17.

16. Kuboki K, Jiang ZY et al. Regulation of endothelial constitutive nitric oxide synthase gene

expression in endothelial cells and in vivo: A specific vascular action of insulin. Circulation. 2000 Feb 15; 101(6):676-81.

17. Tabit CE, Chung WB et al. Endothelial dysfunction in diabetes mellitus: Molecular

mechanisms and clinical implications. Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders. 2010; 11(1):61-74.

18. Mokini Z, Marcovecchio ML et al. Molecular pathology of oxidative stress in diabetic

angiopathy: Role of mitochondrial and cellular pathways. Diabetes Research and Clinical Practice. 2010; 87(3):313-21.

19. Beckman JA. Diabetes and atherosclerosis: epidemiology, pathophysiology, and management.

JAMA: The Journal of the American Medical Association. 2002; 287(19):2570-81.

20. Mazzone T, Chait A et al. Cardiovascular disease risk in type 2 diabetes mellitus: Insights from

mechanistic studies. The Lancet. 2008; 371(9626):1800-9.

21. Vazzana N, Ranalli P et al. Diabetes mellitus and thrombosis. Thromb Res. 2012 Mar;

129(3):371-7.

22. Rahman S, Rahman T et al. Diabetes-associated macrovasculopathy: Pathophysiology and

pathogenesis. Diabetes, Obesity and Metabolism. 2007; 9(6):767-80.

23. Lemkes BA, Hermanides J et al. Hyperglycemia: A prothrombotic factor? J Thromb Haemost.

2010 Aug; 8(8):1663-9.

24. Ceriello A. The emerging challenge in diabetes: The “metabolic memory”. Vascular

Pharmacology. 2012.

 

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