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! ! ! ! ! ! UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES IZTACALA ! T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: B I O L O G O PRESENTA: CONDE HERNÁNDEZ STEPHANIE ! “ACTIVIDAD DE ENZIMAS ANTIOXIDANTES EN ISLOTES PANCREÁTICOS AISLADOS DE RATAS, TRATADAS CON ESTEROIDES SEXUALES MASCULINOS” DIRECTOR DE TESIS: DR. MARTIN PALOMAR MORALES. TLALNEPANTLA, ESTADO DE MÉXICO. 2016 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. ! ! ! ! ! Este trabajo se realizó en la Facultad de Estudios Superiores Iztacala, en el laboratorio de Metabolismo de la Diabetes Mellitus bajo la asesoría del Dr. Martín Palomar Morales. ! ! ! ! ! AGRADECIMIENTOS. A mi familia, por todos y cada uno de sus consejos, palabras de aliento, regaños y apoyo brindados a lo largo de este camino, sin ustedes, esto no hubiera sido posible. Al Dr. Martín Palomar Morales, por abrirme las puertas de su laboratorio y permitirme formar parte de su equipo de trabajo, por la confianza brindada, el apoyo, y la paciencia para enseñarme las técnicas realizadas en este trabajo, pero sobre todo por las risas compartidas y aun más por escucharme cuando más lo necesitaba y guiarme para hacer lo correcto, es un excelente asesor y maestro. A la Biol. Gladys Chirino, por los jalones de oreja y las charlas tan amenas que solíamos tener en nuestro tiempo libre, ustedes son una segunda familia para mi, los quiero y aprecio mucho. Al Dr. Alonso Vilches, por brindarme un lugar en su laboratorio y adoptarme durante este tiempo, compartiendo sus conocimientos y no solamente eso, si no también por quedarse conmigo en las jornadas de trabajo, sufriendo a la par al momento de hacer el gradiente discontinuo. Por su amabilidad y disposición en todo momento para realizar los experimentos, lo admiro por la trayectoria que tiene, fue un honor y un placer trabajar con usted. Dres. Martín y Alonso, para mi son los número 1, ha sido una de las mejores experiencias en mi vida el conocerlos, tenerlos como sinodales y ser una de sus alumnas. A la Dra. Beatriz Vázquez Cruz y a la Biol. Martha María de Lourdes Fregoso Padilla, por su tiempo, guía, consejos y regaños. ! ! ! ! ! DEDICATORIAS. Esto es para una de las mujeres más fuertes, inteligentes, guerreras y valiosas que conozco, mi madre. Ma. Elena, gracias a tu apoyo, dedicación, regaños, jalones de oreja, consejos, he logrado consolidar uno de mis grandes sueños y metas, ser una profesionista, aún recuerdo cuando me llevabas al kinder, era tan feliz, porque te tomaba de la mano y me decías mira hija: esta será tu primaria y después tu secundaria, jijijiji, nunca terminare de pagarte y agradecerte todo lo que has hecho por mi, soy tan dichosa de ser tu hija, me siento tan orgullosa ti, pues a pesar de los problemas, me sacaste adelante y por fin la ovejita negra de la familia lo ha logrado, mejor dicho: lo logramos, te amo mujer, eres un ejemplo a seguir. Papá aunque seas enojón y tengamos diferentes puntos de vista, te quiero mucho, gracias por las enseñanzas que me has dado. A mi abuelito Isabel y mi mamita Manuela, por cuidarme durante estos 25 años e inculcarme valores, darme tanto amor, pero sobre todo por una infancia llena de alegría y felicidad, son uno de los pilares fundamentales en mi vida, este logro también es de ustedes y para ustedes, ya que siempre estuvieron al pie del cañón y nunca me abandonaron, los adoro y daría mi vida porque fueran eternos, mis viejitos. A mis tíos Alejandro y David (hermanos), por brindarme su tiempo y cariño, jugando conmigo Nintendo, luchitas o simplemente sentándose conmigo a ver caricaturas, cenando tacos o comiendo un bolillo con refresco, a pesar de que llegaran cansados de trabajar y estudiar, sus consejos y regaños son valiosos para mi, pues sé que me los dicen por mi bien, hoy en día comprendo que jamás estaré sola a pesar de lo que pase, pues los tengo a ustedes. ! ! ! ! ! Tía Minerva por guiarme, apoyarme, escucharme y regalarme un abrazo reconfortante, cuando más lo he necesitado, nunca lo voy a olvidar, te quiero y admiro por el gran ser humano que eres. May eres la mejor hermana que mi mamá me pudo dar, gracias por soportarme en mis peores momentos y alentarme a seguir adelante, sé que a veces soy algo desesperante y te estreso con mis burradas, pero que le vamos a hacer, ese es el precio que tienes que pagar por ser la menor, jajaja ,estoy muy orgullosa de ti chaparra, te quiero cañón. Mi persona favorita Daniel, por todos y cada uno de los momentos compartidos, eres uno de mis mejores amigos, espero que siga siendo así por muchísimo tiempo, gracias por enseñarme a disfrutar de las cosas, por tener siempre para mi una sonrisa y soportarme en mis peores días, pero sobre todo por no dejarme sola a pesar de mi bipolaridad, jajajaja. eres muy importante sonsis, recuerda que pase lo que pase estaré contigo. Te hiper recontra mega quiero y lo sabes. Vale amiga, te quiero mucho, gracias por estar conmigo durante estos 5 años, llenos de risas, alegrías, aventuras, tristezas, triunfos y travesuras, oh sí!!, estamos en las ligas mayores sista, tú sabes porque, jajaja. Siempre estaré junto a ti, para apoyarte y escucharte en las buenas y en las malas, es un placer el tenerte en mi vida, pues me has enseñado lo que significa lealtad, no sé que haría sin tus consejos y regaños, eres muy importante para mi mujercita, aun tenemos tantas cosas por compartir y vivir, así que prepárate porque vamos con todo, juju. ! ! ! ! ! ÍNDICE Págs. RESUMEN 1 1. INTRODUCCIÓN!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 3 2. FUNDAMENTOS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 3 2.1 Estrés oxidativo!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.......... 3 2.2 Radicales libres (RL)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 3 2.3 Fuentes de Radicales Libres (RL)!!!!!!!!!!!!!!!!!! 5 2.4 Toxicidad de los radicales libres!!!!!!!!!!!!!!!!!!... 8 3. Diabetes mellitus!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 9 3.1 DM tipo 1!!!!!!!...!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!... 11 3.2 DM tipo 2!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!... 14 4. Islotes de Langerhans!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 15 5. Diabetes experimental!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 16 6. Aloxana!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 17 7. Antioxidante!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 19 7.1 Mecanismos enzimáticos o de producción endógena!!!!!!!!!.. 19 7.2 Catalasa!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 19 7.3 Superóxido dismutasa!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 21 7.4 Glutatión peroxidasa!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 22 8. Hormonas esteroides!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 23 9. Corteza suprarrenal!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 26 ! ! ! ! ! 10. Testosterona!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 27 11. Dehidroepiandrosterona (DHEA)!!!!!!!!!!!!!!!!! 28 12. Dehidrotestosterona (DHT)!!!!!!!!!!!!!!!................ 29 13. ANTECEDENTES!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 30 14 JUSTIFICACIÓN!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!... 31 15. HIPÓTESIS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 31 16. OBJETIVOS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!... 32 16.1 General!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.32 16.2 Particulares!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 32 17. METODOLOGÍA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 33 17.1 Sujetos experimentales!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 33 17.2 Tratamiento!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 33 17.3 Obtención de islotes!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 34 17.4 Actividad de Cat!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 34 17.5 Actividad de GPx!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 35 17.6 Actividad de SOD!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 35 17.7 Análisis estadístico!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 35 18. RESULTADOS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.... 37 18.1 Obtención de islotes!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 37 18.2 Actividad de Cat!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 37 18.3 Actividad de SOD!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 39 18.4 Actividad de GPx!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 40 19. DISCUSIÓN!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!. 41 ! ! ! ! ! 20. CONCLUSIONES!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 46 21. LITERATURA CITADA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.. 47 ! RESUMEN En los últimos años, la DM se ha convertido en la primera causa de muerte en México, con una tasa de mortalidad del 14.3% aproximadamente, por lo que se estima que para el 2030 alrededor de 370 millones de personas la padezcan; su característica principal es el deterioro de las células beta, causada por un incremento de los radicales libres, generado por el estrés oxidativo y debido al bajo poder de desintoxicación de las enzimas antioxidantes. Con base en diversos estudios se sabe que en órganos como el hígado, el riñón, el cerebro, entre otros, al ser expuestos a agentes diabetogénicos como la STZ y los carbohidratos (dextrosa) aumenta la producción de RL, y que al ser tratados con hormonas esteroides como la DHEA, DHT y la testosterona, existen efectos protectores ya que promueven la desintoxicación de la célula y el correcto funcionamiento de las enzimas antioxidantes. El presente trabajo tuvo como finalidad evaluar el efecto protector que brindan las hormonas esteroides a los islotes pancreáticos aislados de ratas, tratados con aloxana, un agente químico utilizado en el laboratorio para la inducción de diabetes experimental y la actividad de enzimas antioxidantes ante la generación de radicales libres y estrés oxidativo provocado por esta sustancia. Se utilizaron 45 ratas Wistar macho, jóvenes, de aproximadamente 10 semanas de edad, con peso de 200-220 g, 36 de ellos fueron orquidectomizados en condiciones de asepsia, y a las 72 h después recibieron una terapia de reemplazo de hormonas esteroideas, en una dosis única de 5 !g/Kg y fueron asignadas al respectivo grupo de acuerdo a la hormona recibida: T, DHT o DHEA (n = 9), o al grupo testigo o Veh (vehículo), el cual fue tratado con un volumen similar de aceite de maíz (n = 9). Un total de 9 ratas no fue sometido a orquidectomía, siendo considerado como grupo testigo intacto. La obtención de islotes se llevo a cabo 24 h después de la terapia de reemplazo hormonal. La solución enriquecida de islotes se mantuvo en reposo durante 24 h en medio alfa- MEM suplementado a 37º C en una atmósfera de 5% de CO2. Pasado este tiempo los islotes fueron colectados en y se incubaron a 37º C con aloxana a concentración final de 6 mM, para inducir daño por generación de especies reactivas de oxígeno. Los islotes tratados a ! ! ! "! ! varios tiempos con aloxana se congelaron a una temperatura de -20º C y descongelaron al siguiente día, para provocar lisis celular. Los extractos fueron centrifugados para remover residuos celulares, y los sobrenadantes se recuperaron para en ellos determinar las actividades de SOD, Cat y GPx. Se encontró que la actividad de catalasa, glutatión peroxidasa y superóxido dismutasa, en islotes pancreáticos aislados de ratas macho, tratados con hormonas esteroides y aloxana, no mostraron diferencias significativas. ! ! ! #! ! 1. INTRODUCCIÓN. ! La evolución de los seres vivos ha superado condiciones ambientales adversas; como es el estrés oxidativo, debido a la alta concentración atmosférica de oxígeno, y a la presencia de radiaciones solares ultravioletas, ambos factores promotores de una potente acción pro-oxidante, capaz de desencadenar efectos adversos para las estructuras celulares (Galván et al. 2008). Estas circunstancias promovieron la aparición y desarrollo de mecanismos de defensa antioxidante, como primera barrera que asegurara la supervivencia de los seres vivos y posteriormente como una de las principales bases de la funcionalidad armónica y equilibrada de la fisiología de las especies (Galván et al. 2008). 2. FUNDAMENTOS. 2.1 Estrés oxidativo. Es un estado de la célula en donde la homeostasis de óxido- reducción intracelular se encuentra alterada, es decir no hay un balance entre moléculas pro-oxidantes y antioxidantes. Este desequilibrio generalmente se produce a causa de una excesiva producción de especies reactivas de oxígeno (EROs) y radicales libres o por una deficiencia en los mecanismos antioxidantes (Ríos, 2003). 2.2 Radicales libres (RL). Son átomos que se caracterizan por presentar un electrón desapareado en su última órbita. Esta inestabilidad les confiere una avidez física por la captura de una partícula con carga negativa, de cualquier otra molécula de su entorno, por lo que establecen reacciones en cadena por medio de transportadores que se oxidan y reducen secuencialmente (Paniagua et al, 2004). ! ! ! $! ! Los radicales pueden formarse cuando un enlace covalente se rompe, dejando un electrón de la pareja compartida en cada uno de los átomos que estaban unidos; a este proceso se le denomina fisión homolítica. El oxígeno molecular (O2) es calificado como birradical, ya que presenta dos electrones (2e-) desapareados en su orbital externo, ambos con un spin paralelo. Este estado se denomina fundamental, puesto que a pesar de ser un potente oxidante, el oxígeno es poco reactivo, debido a que si intenta oxidar otro átomo o molécula no radical aceptando un par de electrones, éstos han de tener spines paralelos para acoplarse en los espacios vacantes de los orbitales n5. La mayor parte del oxígeno utilizado por el organismo es reducido a agua por acción del complejo citocromo-oxidasa (citocromo a3) de la cadena respiratoria mitocondrial, según la reacción global siguiente: O2 + 4H+ 4e 2H2O Debido a que no poseen receptores específicos, los radicales libres y las especies reactivas de oxígeno manifiestan una agresión indiscriminada sobre células y tejidos (Maldonado et al. 2010), como se ve en la Tabla 1. Como producto del metabolismo, en el cuerpo de los mamíferos se generan distintos tipos de radicales libres (RL), como especies reactivas de oxígeno (EROs): radicales hidroxilo (OH), aniones superóxido (O2-) y peróxido de hidrógeno (H2O2); además de especies reactivas de nitrógeno (ERNs) como el óxido nítrico (NO-), radicales peroxinitrito (ONOO-), entre otros (Maldonado et al. 2010). ! ! ! %! ! 2.3 Fuentes de Radicales Libres (RL). Una de las vías que genera más RL es la cadena de trasporte de electrones, que se lleva a cabo en la membrana interna de la mitocondria (Ríos, 2003). En ella aproximadamente se generan un 5 ó 10% de estas especies, por reducción del oxígeno proveniente del NADH (dinucleótido de nicotinamida- adenina fosfato), que se desvían hacia la formación de RL (Ríos, 2003), como se observa en la Fig. 1. Tabla 1: Ejemplo de radicales libres (RL) frecuentemente producidos por los sistemas biológicos, que dan origen a especies reactivas. Radical Nombre Moléculas diana O2- Superóxido Enzimas H2O2 Peróxido de hidrogeno Ácidos grasos insaturados OH- Hidroxilo Todas las moléculas ROOH Hidroperóxido Ácidos grasos insaturados NO Nitroxilo Distintas moléculas NO- Radical de óxido nítrico Distintas moléculasHOCl Ácido hipocloroso Distintas moléculas ! ! ! &! ! Otras fuentes endógenas de especies reactivas de oxígeno (EROs) incluyen a los lisosomas, organelos citosólicos, ricos en enzimas con actividad oxidasa, que generan H2O2, el cual es depurado por enzimas específicas (catalasas) y transformado en agua; los peroxisomas; la membrana nuclear; la membrana citoplásmica; el retículo endoplásmico (Maldonado et al. 2010). Por otra parte, en las fuentes exógenas se tiene a la contaminación ambiental, el consumo de tabaco, los medicamentos, los aditivos químicos en alimentos procesados y algunos xenobióticos como pesticidas, herbicidas y fungicidas. Fig. 1: Cadena de transporte de electrones mitocondrial. Es considerada la mayor fuente de formación de radicales libres. Del total del oxígeno que llega a la mitocondria, del 5 al 10% se reduce por la acción de los electrones procedentes de los transportadores de la cadena respiratoria que escapan de ésta, la cual es responsable de la formación del anión O-, que por acción de la SOD se convierte en H2O2 y éste a OH- mediante la reacción de Fenton. ! ! ! '! ! La formación de las especies reactivas de nitrógeno (ERNs) se da desde el óxido nítrico (NO-), el cual es sintetizado por la óxido nítrico sintasa (NOS) a partir de la L- arginina, el O2 y el NADPH (Camps et al. 2009) (Fig. 2). En mínimas concentraciones los radicales libres, pueden ser indispensables en varios procesos, como el sistema de señalización intracelular (que está relacionado con la proliferación celular y la apoptosis), la regulación del tono vascular, además de ser mediadores en la síntesis de prostaglandinas y colesterol. La hidroxilación de los aminoácidos lisina y prolina (Maldonado et al. 2010), etc. EL H2O2 está implicado en la regulación de la transducción de la señal de expresión de genes a través del NF-KB y AP-1. Ambos factores son capaces de inducir la transcripción del gen de la interleucina 2 (IL-2), y el factor de necrosis tumoral ! (TNF-!), por mencionar algunos (Bernabe, 2010). Óxido Nítrico Sintasa (NOS) Fig. 2. Producción de NO- a partir de la L-arginina. El radical NO- es una molécula única, con las características propias de un neurotransmisor; que tiene actividad vasodilatadora y es un antiagregante plaquetario. En el sistema inmune los radicales libres fungen como mediadores fisiológicos en contra de infecciones bacterianas. La presencia del oxígeno es un requisito vital para la destrucción y digestión de los agentes patógenos por los fagocitos. ! ! ! (! ! Otros procesos fisiológicos que involucran a los RL son: la renovación de las membranas y fenómenos plásticos celulares, la mitosis, así como también la migración celular, la síntesis y liberación de algunas hormonas y factores de crecimiento, el aumento de la transcripción de citocinas durante los procesos inflamatorios, entre otros. 2.4 Toxicidad de los radicales libres. Las altas concentraciones de RL o una eliminación inadecuada de los mismos, puede causar graves disfunciones metabólicas y daño a macromoléculas biológicas, como los ácidos nucleicos, las proteínas, los polisacáridos y los lípidos (Maldonado et al. 2010). El radical hidroxilo, ataca las bases del DNA, este daño sumado al de los derivados del NO-, ácido nitroso (HNO2) y ONOO-, provocan nitración y desaminación (en adenina, guanina y citosina), ocasionando alteraciones en la codificación y transcripción del material genético (Dorado et al. 2013). A su vez, los aminoácidos presentes en las proteínas tienen residuos susceptibles de ser atacados por el radical hidroxilo. Entre los aminoácidos fisiológicos, la tirosina, la fenilalanina, el triptófano, la histidina, la metionina y la cisteína son los más propensos a presentar daños, generando un cambio conformacional de la proteína y la pérdida o modificación de su función biológica y entrecruzamientos catalíticos (Maldonado et al. 2010). En los polisacáridos con función estructural, con especies reactivas se ocasiona su despolimerización, dando lugar a procesos degenerativos. Un caso es el del ácido hialurónico, cuya importancia reside en mantener la viscosidad del fluido sinovial. La exposición a agentes oxidantes, sobre todo al anión superóxido, provoca su fragmentación, conduciendo a la desestabilización del tejido conectivo ! ! ! )! ! y a la pérdida de viscosidad del fluido sinovial, alteración que ocurre en la artritis reumatoide (Maldonado et al. 2010). La formación de lípidos modificados por oxidación puede causar disfunción celular y en células post-mitóticas como las neuronas, la muerte. Un ejemplo de lo anterior es la enfermedad de Alzheimer, en la cual los ß-amiloides actúan sobre el receptor p75, el receptor a productos de glicosilación avanzada (RAGE), provocando una entrada masiva de Ca+2 y la activación de caspasas que llevan a la muerte celular (Dorado et al. 2013). La peroxidación de ácidos grasos poliinsaturados en las membranas celulares, inicia un deterioro acumulativo de las funciones membranales, provocando una disminución en su fluidez, reducción en el potencial electroquímico y una alteración en su permeabilidad selectiva (Dorado et al. 2013). Las ERNs pueden dañar y matar a las células por distintos mecanismos: inactivación de los complejos de la cadena respiratoria, inhibición de síntesis proteica o de DNA, depleción de GSH o de ATP (Ríos, 2003). Conforme se ha ido profundizando en el conocimiento de los radicales libres, se sabe que están asociados a diversas patologías en el ser humano, como son: las cardiopatías, el cáncer y la diabetes (Maldonado et al. 2010). 3. Diabetes mellitus. La diabetes mellitus (DM) es una enfermedad metabólica que tiene altas tasas de morbilidad y mortalidad, su principal característica es la hiperglucemia crónica, asociada a alteraciones del metabolismo lipídico y proteico. Está condicionada por factores genéticos y ambientales, reconociendo como última causa un defecto en la secreción y/o actividad de la insulina. ! ! ! *+! ! La insulina es una hormona polipeptídica formada por una cadena alfa y una cadena beta, que constan de 21 y 30 aminoácidos (aa) respectivamente, enlazadas por puentes disulfuro, su vida media es de 5 minutos en el ser humano, difiere de las de origen animal por presentar variaciones de algunos aa; por ejemplo en el caso de la porcina el cambio se da en la posición B30 (alanina por tirosina), mientras que en la bovina la diferencia se encuentra en B30 (alanina), A8 (alanina) y A10 (valina) (Rodríguez, 2003). El gen para la insulina se localiza en el brazo corto del cromosoma 11 en el hombre (Ganong, 1990). Esta hormona es sintetizada en el retículo endoplásmico de las células beta, para luego ser transportada al aparato de Golgi, y almacenada en las vesículas membranales denominados gránulos de secreción, que posteriormente se fusionan con la membrana plasmática, y la insulina es liberada hacia el exterior, por procesos de exocitosis, donde intervienen los microtúbulos y los microfilamentos (Rodriguez, 2003). La DM causa diversas complicaciones, y daña frecuentemente los ojos, riñones, nervios y vasos sanguíneos. Sus complicaciones agudas (hipoglucemia, cetoacidosis, coma hiperosmolar no cetósico) son consecuencia de un control inadecuado de la enfermedad, mientras sus complicaciones crónicas (cardiovasculares, nefropatías, retinopatías, neuropatías y daños microvasculares) son consecuencia del progreso de la enfermedad (Olazo, 2010). Los radicales libres presentes en los sujetos diabéticos se asocian con el desarrollo de la hiperglucemia crónica que caracteriza a esta enfermedad. En la hiperglucemia, la glucosa puede reaccionar con los grupos amino de las cadenas laterales de las proteínas para formar productosestables como los cuerpos de Amadori por glicación no enzimática de las proteínas séricas. Estos compuestos pueden reducir al oxígeno para formar inicialmente radicales superóxido (Maldonado et al. 2010). ! ! ! **! ! Durante la hiperglucemia se favorece la formación de radicales libres debido a la auto-oxidación de la glucosa, como todos los "-hidroxialdehídos, se encuentra en equilibrio con la forma enediol, en presencia de metales pesados como el Cu+2, puede dar lugar a la formación del radical enediolil, el cual, en presencia de oxígeno, forma el radical superóxido y un cetoaldehído. El cetoaldehído puede ser tóxico, ya que puede reaccionar con los grupos amino de las cadenas laterales de las proteínas y, en un proceso auto-oxidante, generar radicales superóxido. La Asociación Americana de Diabetes (ADA) junto con la Organización Mundial de la Salud (OMS) clasificó la DM en varios tipos (Tébar et al. 2009) que se detallan en la tabla 2. 3.1 DM tipo 1. La diabetes tipo 1, antes conocida como juvenil o insulino-dependiente, se presenta por lo general en la infancia, antes de los treinta años de edad. Representa entre el 5 y 10% de la DM. Los principales síntomas cardinales son: pérdida de peso, poliuria, polidipsia y polifagia (Hernández et al.1999). En más del 90% de los casos, se trata de una enfermedad autoinmune, que se caracteriza por la presencia de hiperglucemia y tendencia a la cetosis, como consecuencia de la destrucción de las células beta del páncreas (Hernández et al.1999), acompañada de la liberación de anticuerpos citotóxicos, como anticuerpos citoplasmáticos del islote (ICA), auto-anticuerpos antiinsulina (IAA) y GAD65K (contra la enzima antiglutamato descarboxilasa) (Villaverde, 2012). ! ! ! *"! ! Tabla 2: Clasificación etiológica de la diabetes mellitus. Tomado de American Diabetes Association (2013). Clasificación de la diabetes mellitus I. Diabetes tipo 1 (destrucción de las células #, por lo general conduce a una deficiencia absoluta de insulina) A. Mediada por inmunidad B. Idiopática II. Diabetes tipo 2 (rango posible de resistencia a la insulina predominante con deficiencia relativa de insulina a un defecto secretor predominante con resistencia a la insulina) III. Otros tipos específicos A. Defectos genéticos de la función de células # 1. Cromosoma 12, HNF-1a (MODY3) 2. Cromosoma 7, glucocinasa (MODY2) 3. Cromosoma 20, HNF-4a (MODY1) 4. Cromosoma 13, factor promotor de insulina -1 (IPF-1; MODY4) 5. Cromosoma 17, HNF-1b (MODY5) 6. Cromosoma 2, NeuroD1 (MODY6) 7. ADN mitocondrial 8.Otros B. Defectos genéticos en la acción de la insulina 1. Resistencia a la insulina tipo A 2. Leprechaunismo 3. Síndrome de Rabson-Mendenhall 4. Diabetes lipoatrófica 5. Otros C. Enfermedades del páncreas exocrino 1. Pancreatitis 2. Trauma/pancreatectomía 3.Neoplasia 4. Fibrosis quística 5. Hemocromatosis 6. Pancreatopatía fibrocalculosa 7.Otros D. Endocrinopatías 1. Acromegalia 2. Síndrome de Cushing 3. Glucagonoma 4. Feocromocitoma 5. Hipertiroidismo 6. Somatostatinoma 7. Aldosteronoma 8. Otros ! ! ! *#! ! La destrucción celular es el resultado de la activación de la inmunidad mediada por las células y la liberación de citocinas proinflamatorias como las interleucinas 2, 4, 6 y 10, el factor de necrosis tumoral " (FNT- ") e interferón $ (INF- $) (Villaverde, 2012). Tales sustancias promueven la migración de linfocitos hacia los E. Inducida por fármacos o sustancias químicas 1. Vacor 2. Pentamidina 3. Ácido nicotínico 4. Glucocorticoides 5. Hormona tiroidea 6. Diazóxido 7. #-adrenérgicos 8. Tiazidas 9. Dilantin 10. $-interferón 11. Otros F. Infecciones 1. Rubéola congénita 2. Citomegalovirus 3. Otros G. Formas poco frecuentes de diabetes mediada por inmunidad 1. Síndrome del "hombre rígido" 2. Anticuerpos anti receptores de Insulina 3. Otros H. Otros síndromes genéticos algunas veces asociados con la diabetes 1. Síndrome de Down 2. Síndrome de Klinefelter 3. Síndrome de Turner 4. Síndrome de Wolfram 5. Ataxia de Friedreich 6. Corea de Huntington 7. Síndrome de Laurence-Moon-Biedl 8. Distrofia miotónica 9. Porfiria 10. Síndrome de Prader-Willi 11. Otros IV. Diabetes mellitus gestacional ! ! ! ! *$! ! islotes pancráticos y la expansión clonal de las células mononucleares (linfocitos T CD4 y CD8 activados, linfocitos B y NK) (Villaverde, 2012). Los pacientes caucásicos afectados con éste tipo de DM presentan haplotipos del sistema de histocompatibilidad HLA (Human Leucocyte Antigen), como DR3, DR4, DQA Arg 50 y DBQ No Asp 57, localizados en el cromosoma 6, que codifica moléculas de clase II. Estos pacientes, además, son propensos a otros trastornos autoinmunes, como la enfermedad de Graves, la tiroiditis de Hashimoto, la enfermedad de Addison, el vitíligo, la enfermedad celiaca, la hepatitis autoinmune, la miastenia grave y la anemia perniciosa (Anaya et al. 2005). 3.2 Diabetes Mellitus tipo 2. La DM2, previamente conocida como no-dependiente de insulina o de la edad adulta, constituye el 80- 90% de los casos diagnosticados, esta enfermedad aparece en personas con sobrepeso, obesas de edad madura o ancianas. Se caracteriza por presentar una hiperglucemia y a menudo hipertrigliceridemia. Las personas que tienen este tipo de padecimiento, presentan una insulinorresistencia (IR) a nivel de las células diana del tejido muscular, grasa e hígado, por otro lado un fallo de la célula beta pancreática que intenta compensar la resistencia de los tejidos a la acción insulínica aumentando su secreción por el páncreas (Hernández et al.1999). Existen otros factores asociados con el desarrollo de la diabetes tipo 2, como son (Alés et al. 2002): ! Herencia ! Nutrición ! Edad ! ! ! *%! ! ! Genética ! Origen étnico ! Sedentarismo Tanto para el desarrollo de DM1 como de DM2, un tejido que cobra singular importancia es la porción endocrina del páncreas, denominada también islotes de Langerhans. 4. Islotes de Langerhans. Los islotes de Langerhans son estructuras celulares que se localizan dispersas en el páncreas, una glándula mixta que se compone principalmente por dos tipos de tejidos celulares: uno exocrino, que consiste en una glándula tubuloacinar compuesta y una red ramificada de conductos que transportan sus secreciones hasta el duodeno y contienen principalmente las formas inactivas de poderosas enzimas proteolíticas, así como amilasa, lipasa, nucleasas y electrolitos, en particular el ión bicarbonato (HCO3-) (Ross et al. 2008). El componente endocrino está aislado en forma de islotes vascularizados, los cuales se presentan en mayor cantidad en la región caudal del páncreas, son los encargados de secretar insulina y glucagón directamente a la sangre. Son agrupaciones celulares pequeñas de 50-500 !m de diámetro y están compuestas por 1000-5000 células endocrinas de diferentes tipos (Welsch, 2008) los cuales están asociados con la secreción de una hormona peptídica (Gal et al. 2008). En los roedores, tres cuartos de las células del islote son tipo ß (beta), encargadas de producir insulina, y se localizan en el centro del islote, 20% son células " (alfa), secretan glucagón y se encuentran en la periferia del islote. Las células % (delta) totalizan el 10% de las células insulares y producen somatostatina. Otra porción de células denominadas PP o F producen el polipéptido pancreático (Gal et al. 2008) (Fig. 3). ! ! ! *&! ! 5. Diabetes experimental. Existen agentes químicos utilizados en la investigación para generar patologías en animales similares a la diabetes mellitus, los más utilizados son: la aloxana y la estreptozotocina (STZ) (Lenzen, 2007). Otros compuestos empleados por su acción diabetogénica son el ácido caproico, derivados del ácido ascórbico alfa, "- dipiridil,ácido 5-hidroxiseudoúrico, ácido picrolónico, derivados de la aloxana (aloxantina), derivados del dietiltiocarbamato de sodio, tiourea y triamcinolona, entre otros. Algunos de estos poseen un mecanismo de acción similar al de la aloxana, induciendo diabetes o síndromes hiperglucémicos reversibles, según sea el caso (Olazo, 2010). Fig. 3: Islotes de Langerhans aislados de ratas Wistar macho, incubados en medio alfa- MEM, vistos al microscopio invertido a 10x. ! ! ! *'! ! 6. Aloxana. La aloxana ó 2,4,5,6 tetraoxipirimidina es un compuesto químico inestable, derivado de la pirimidina oxigenada y del ácido barbitúrico (Lenzen, 2007). Su fórmula se ve en la Fig. 4. Fig. 4: Estructura química de la aloxana. Su mecanismo de acción consiste en acumularse preferentemente en las células beta del páncreas, a través del transportador de glucosa GLUT2. En presencia de tioles intracelulares, especialmente de glutatión reducido (GSH), la aloxana genera EROs mediante una reacción cíclica, con su producto de reducción el ácido dialúrico (Lenzen, 2007); cuya fórmula se observa en la Fig. 5. Fig. 5: Estructura química del ácido dialúrico. ! ! ! *(! ! La auto-oxidación de este ácido da origen a radicales superóxido y peróxido de hidrógeno, mientras que por medio de una reacción de Fenton y en presencia de un metal (hierro), se producen los radicales hidroxilos. La oxidación del ácido dialúrico incluye la formación intermedia del radical aloxana, responsable de la muerte de las células beta, ya que tienen una capacidad de defensa antioxidante especialmente baja, ocasionando con esto un estado insulino-dependiente (Lenzen, 2007). El hígado y otros tejidos son más resistentes a las especies reactivas del oxígeno en comparación con las células beta pancreáticas, esta resistencia los protege contra la toxicidad de la aloxana (Malaisse et al. 1982; Tiedge et al. 1997). La reducción de aloxana a ácido dialurico en la célula requiere la presencia de un tiol adecuado, típicamente el tripéptido glutatión (GSH) para generar el ciclo redox, ácido dialurico, y glutatión oxidado. La estructura tricetona de la aloxana es importante para esta reacción en dos etapas con glutatión, que genera el radical aloxana como un producto intermedio. Otros tioles tales como cisteína, que están presentes en concentraciones más bajas en las células, ditioles y ácido ascórbico son también agentes reductores adecuados y pueden, por tanto contribuir a la reducción de la aloxana, el cual también puede generar ROS por reacción con los grupos tiol en proteínas, como enzimas y albúmina. La inhibición selectiva de la secreción de insulina inducida por glucosa es el efecto fisiopatológico principal de la reactividad del grupo tiol del aloxana. La glucoquinasa (hexoquinasa IV) es la enzima de tiol más sensible en la célula beta, su inhibición reduce la oxidación de glucosa y la generación de ATP (Lenzen, 2007). ! ! ! *)! ! 7. Antioxidante. Es cualquier sustancia que retrasa o inhibe la oxidación de otra molécula (Dorado et al. 2013). Pueden actuar de las siguientes formas: disminuyendo la concentración de oxidantes, transformando los peróxidos en productos menos reactivos o deteniendo la propagación y el aumento de radicales libres (Dorado et al. 2013). Cada antioxidante posee una afinidad hacia un determinado RL o hacia varios, puede actuar en los diferentes procesos de la secuencia oxidativa y tener más de un mecanismo de acción. 7.1 Mecanismos enzimáticos o de producción endógena. El sistema de defensa natural del cuerpo contra el estrés oxidativo, consiste en varias enzimas y compuestos no enzimáticos, así como proteínas de transferencia que secuestran metales pro-oxidantes que inhiben su participación en las reacciones redox (Da Costa, et al. 2012). Son dependientes de ciertos cofactores generalmente metálicos como es el cobre, hierro, magnesio, zinc o selenio (Galván, 2008). Entre éstos se incluyen los sistemas enzimáticos como: las superóxido- dismutasas (Cu/Zn-SOD y Mn-SOD), la catalasa (CAT) y la glutatión- peroxidasa (GPx) (Dorado et al. 2013) por mencionar algunos (Tabla 3). 7.2 Catalasa. Se trata de una enzima antioxidante, homotetramérica, con un grupo hemo-Fe+2 de 240 kDa. Se localiza en los peroxisomas, su función principal es convertir el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno molecular, se encuentra en mayor concentración en el hígado y eritrocitos. Su actividad puede ser inhibida por la azida, el cianuro, el 3-amino-1,2,4-triazol, el GSH y el ditiotreitol (Halliwell et al., 2007; Cascales-Angosto., 1999; Konisgberg, 2008). ! ! ! "+! ! Su reacción es la siguiente: 2H2O2& 2H2O + O2 Tabla 3: Principales sistemas antioxidantes. La catalasa está codificada por un gen localizado en el brazo corto del cromosoma 11, región 13 (11p13) altamente polimórfico. Existe un polimorfismo de nucleótido único frecuente en la posición –262 en la región 5’ sin traducir del gen CAT, donde una sustitución de C por T ocasiona una menor actividad enzimática de catalasa. ! ! ! "*! ! 7.3 Superóxido dismutasa La actividad tipo dismutasa fue descubierta en 1938, por Mann y Keilin. El primer reporte en el cual se menciona, se atribuye a McCord y Fridovich en 1969 (Halliwell et al., 2007). Es un grupo de metaloproteínas, cuya actividad depende de la presencia de manganeso en la isozima de las mitocondrias o de zinc y cobre en la isozima del citosol (Galván et al., 2008).Esta enzima funciona como parte del sistema de defensa celular que protege la toxicidad del O2 catalizando la dismutación del anión superoxido a peróxido de hidrógeno (Halliwell et al., 2007), de la siguiente manera: O2-+O2.+2H+ &O2 +H2O2 Se encuentran tres isoformas de la SOD en humanos, incluidas la SOD dependiente de cobre y zinc (Cu/Zn-SOD o SOD1), la SOD dependiente de manganeso (Mn-SOD o SOD2), y la SOD dependiente de Cu y Zn extracelular (SOD3 o EC-SOD). La SOD1 es un homodímero encontrado en el citosol del medio intracelular, mientras la SOD3 es un tetrámero encontrado de modo exclusivo en dominios extracelulares. La MnSOD es la más importante de las isoformas, siendo la única esencial para la vida. Un precursor de MnSOD se sintetiza en el citosol antes de transportarse a las mitocondrias, donde el homotetrámero activo tiene un papel esencial al neutralizar los radicales libres producidos durante el metabolismo aerobio. El gen MnSOD se localiza en el cromosoma 6, brazo q, región 25 (6q25), y su polimorfismo más estudiado es un cambio del aminoácido valina por alanina en el codón 16 (Val16Ala) en la secuencia dirigida a las mitocondrias de la proteína precursora (rs4880). Este polimorfismo altera el funcionamiento de la enzima y la precursora para transportarse a las mitocondrias, lo cual afecta su capacidad para defender contra el estrés oxidativo (Da Costa et al., 2012). ! ! ! ""! ! 7.4 Glutatión peroxidasa. Esta enzima cataliza la oxidación de glutatión, desde dos moléculas de glutatión reducido (GSH) a una de glutatión oxidado (GSSG), como se indica: ROOH + 2 GSH & ROH + GSSG + H2O Tiene como principal función proteger a los organismos del efecto degradante de los hidroperóxidos formados de manera endógena y es dependiente de selenio. En los vertebrados se conocen al menos cuatro formas de GPx, siendo relevante para este estudio la intracelular de localización citosólica, que es más abundante en eritrocitos, riñones e hígado. El gen GPX1 se ha localizado en el cromosoma 3, brazo p, región 21.3 (3p21.3) y un polimorfismo bien estudiado en la posición del amino- ácido 198 es un cambio de prolina a leucina, que ha demostrado afectar la actividad de GPx. Como segunda línea de defensa ante los RL encontramos a los grupos no enzimáticos, el cual está constituido por secuestradoresde radicales libres residuales que no hayan podido ser neutralizados por las enzimas antioxidantes. Entre ellos podemos citar: glutatión reducido, ácido úrico, transferrina, lactoferrina, taurina, ceruloplasmina, ubiquinol, bilirrubina, carotenoides como la vitamina A, vitamina E, vitamina C, butilhidroxitolueno (BHT), melatonina y hormonas esteroides. Particularmente, se ha postulado que algunas hormonas esteroides puedan ejercer efectos antioxidantes (Ahlbom et al., 2001; Aragno et al., 1999, 2002; Bocuzzi et al., 1999; Deroo et al., 2004; Miyake et al., 2004; Morimoto et al., 2005; Pang et al., 2002; Tam et al., 2003). ! ! ! "#! ! 8. Hormonas esteroides. Un esteroide hormonal es un compuesto de 18 a 21 carbonos, con tres anillos de seis miembros y un anillo de cinco (Beck, 1977). En base a su actividad biológica y aparición en la ruta de biosíntesis, se clasifican en: progestágenos, glucocorticoides, mineralocorticoides, andrógenos y estrógenos. El precursor de estas hormonas es el colesterol y su estructura está relacionada con el ciclopentanoperhidrofenantreno (Ganong, 1990), como se ve en la Fig. 6. Fig. 6: Estructura química del colesterol. Parte del colesterol es sintetizado a partir del acetato, aunque una gran porción proviene de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) que se encuentran en la circulación sanguínea. El colesterol es esterificado y almacenado en gotas de lípidos, mediante la hidrolasa de ésteres de colesterol. El colesterol es transportado a las mitocondrias por una proteína portadora de esterol. En las mitocondrias, es convertido a pregnenolona en una reacción catalizada por la colesterol desmolasa. Esta enzima es una citocromo P450 mitocondrial, conocida también como enzima segmentadora de la cadena lateral o P450scc (Ganong, 1990). ! ! ! "$! ! La pregnenolona se difunde al retículo endoplásmico liso, donde parte de ella es deshidrogenada para formar progesterona, en una reacción catalizada por la 3 ß- hidroxiesteroide deshidrogenasa (Ganong, 1990). Algo de pregnenolona y de progesterona son hidroxiladas en el retículo endoplásmico liso a 17 !-hidroxipregnenolona. La enzima que cataliza estas reacciones, es la 17 !- hidroxilasa, otra P450 conocida también como P450c17. Parte de la 17 !- hidroxipregnenolona es convertida a 17 !- hidroxiprogesterona. La P450c17 también es la 17,20 liasa que cataliza la rotura del enlace 17,20 para convertir la 17 !- hidroxipregnenolona a deshidroepiandosterona (DHEA), y 17 !- hidroxiprogesterona a androstenediona (A2) (Ganong, 1990). En la Fig. 7 se observa un panorama de la biosíntesis de éstas hormonas. Debido a su estructura química, estos compuestos son no polares y poco solubles en el plasma sanguíneo, por lo que cuando se encuentran libres penetran rápidamente en las células por difusión a través de la membrana celular; por este motivo circulan asociadas a proteínas transportadoras que las protegen de la degradación enzimática (Silverthorn, 2009). Las proteínas transportadoras de hormonas esteroides más importantes son: la globulina de fijación de corticoesteroides (CGB), la proteína de fijación de hormonas sexuales (SHGB), la proteína de fijación de andrógenos (ABP) y la albúmina (Devlin, 2006). Los ovarios son dos glándulas sexuales femeninas, que se encuentran a uno y otro lado del útero, debajo de las trompas de Falopio. Son productores de hormonas esteroides, un ejemplo es el estradiol, que se sintetiza a partir de la androstenediona (A2) o de la testosterona por la actividad de la enzima denominada aromatasa, ya que cataliza la transformación del anillo ' de la molécula esteroidea en un anillo aromático. Está enzima se encuentra también en tejidos periféricos, sobre todo en el tejido adiposo, lo que permite la síntesis de estrógenos a partir de andrógenos de origen cortical (Gil, 2010). ! ! ! "%! ! Fig. 7: Biosíntesis de las hormonas esteroideas. La pregnenolona (21 átomos de C) da origen a la progesterona, que no sólo tiene acción por sí misma como hormona sexual femenina, sino también permite sintetizar todas las hormonas esteroideas: suprarrenales con 21 átomos de C (aldosterona y cortisol); andrógenos con 19 átomos de C en las suprarrenales, testículo y ovario (dehidroepiandrosterona o DHEA, A2, testosterona y dihidrotestosterona o DHT) y hormonas estradiol, estrona y estriol con 18 átomos de C en el ovario ( tomado de Häggström et al. 2014). ! ! ! "&! ! Tres por ciento del estradiol en la circulación está libre y el resto se encuentra unido a proteínas: 60% a la albúmina y 37% a la globulina fijadora de esteroides sexuales (SHBG) (Ganong, 1990). La principal síntesis de hormonas derivadas del colesterol se realiza en las glándulas suprarrenales y las gónadas. 9. Corteza suprarrenal La corteza suprarrenal es una glándula endocrina, bilateral que se encuentran en el borde superior de ambos riñones, morfológicamente está dividida en tres zonas (Calderón, 2007). La primera es la zona glomerular o externa, que constituye el 17% de la masa de la glándula suprarrenal, en la cual se sintetizan la aldotestosterona y otros mineralcorticoides. La zona fascicular o media que constituye la mayor parte de la corteza, ya que forma un 50% de la glándula sus células se ordenan en columnas y en ella se sintetiza el cortisol (glucocorticoide); y por último la zona reticular o interna, donde las células se disponen irregularmente produciendo principalmente andrógenos como A2 y DHEA (Ganong, 1990), como se observa en la Fig. 8. Fig. 8: Morfología de la corteza suprarrenal (Gal et al. 2008) ! ! ! "'! ! 10. Testosterona Por otro lado en los testículos, órganos sexuales masculinos pares, situados en bolsas escrotales, se forma la testosterona, hormona esteroidea compuesta de 19 carbonos, con un grupo –OH en el C17 (Ganong, 1990). Esta hormona se encuentra en mamíferos, reptiles y otros vertebrados. En los hombres juega un papel clave ya que es necesario para su diferenciación sexual, el desarrollo de la pubertad y la espermatogénesis, su tasa de secreción es de 4 a 9 !g/día (13.9 a 31.2 nmol/día), en un varón adulto. Por otra parte, posee efectos adicionales en el desarrollo morfológico del músculo, hueso, en la coagulación y en el sistema inmune (Wingfield et al. 2001) (Fig. 9). Fig. 9: Estructura química de la testosterona. La testosterona en el plasma sanguíneo se encuentra unida a una ß- globulina llamada globulina fijadora de esteroides sexuales (SHBG), esta es sintetizada en el hígado y se encuentra en forma de glucoproteína dimérica, con una fracción de carbohidratos equivalente al 20- 30%, su peso molecular es de alrededor 90 kDa. Su afinidad de fijación de la SHBG por la testosterona a 37ºC equivale al doble o triple de la del receptor intracelular y es 30 000 veces mayor que la de la albúmina sérica (Yen et al. 2001). Por otro lado la albúmina sérica actúa también como un transportador de la testosterona aunque su afinidad es baja y se disocia con facilidad, lo que implica ! ! ! "(! ! que la fracción unida se encuentre biodisponible para las células efectoras (Yen et al. 2001). Esta hormona es sintetizada a partir del colesterol en las células de Leydig, en donde la pregnenolona es hidroxilada en el C17, para después sufrir una escisión de la cadena lateral, formando 17- cetosteroides. Estos a su vez, son convertidos en testosterona. Esta última también es formada por la vía de la progesterona y de la 17- hidroxiprogesterona (Ganong, 1990). Su secreción está controlada por la hormona luteinizante (LH), el mecanismo por el cual ésta estimula a las células de Leydig incluye un incremento en la formación de AMP cíclico, que aumenta la formación de colesterol a partir de los ésteres del colesterol en pregnenolona mediante la activación dela protein cinasa A (Ganong, 1990). 11. Dehidroepiandrosterona (DHEA) La dehidroepiandrosterona (DHEA) es una hormona esteroide producida en la corteza de las glándulas suprarrenales, donde la pregnenolona, por la actividad de las enzimas 17 "- hidroxilasa /17,20- desmolasa de la citocromo p17 (CYP17) se transforma primero en 17 "- hidroxipregnenolona y luego en dehidroepiandosterona, por pérdida de la cadena lateral y oxidación del hidroxilo en C17 (Dvorkin et al. 2010). La fórmula de ésta hormona se da en la Fig. 10. Fig. 10: Estructura química de la DHEA. ! ! ! ")! ! 12. Dehidrotestosterona La dehidrotestosterona (DHT) es un andrógeno primario secretado en la próstata, que se forma a través de la testosterona por la enzima 5"- reductasa. Su reducción requiere de la participación de NADPH como cofactor. Esta hormona junto con la testosterona se unen a un receptor de andrógenos intracitoplasmático de alta afinidad (Welsch, 2008). Juega un papel importante en los hombres ya que es el responsable del desarrollo del fenotipo masculino y de su comportamiento (Welsch, 2008) (Fig. 11) Fig. 11: Estructura química de la DHT. ! ! ! #+! ! 13. ANTECEDENTES. Aragno et al. (1997) mostraron que la sobreproducción de radicales libres inducida por la administración de la dextrosa causa peroxidación lipídica en homogeneizados de hígado de rata, riñón y cerebro. La administración de DHEA 3 h antes del tratamiento con glucosa, redujo los aductos de 4-Hidroxinonenal (HNE) y la formación de sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS) inducida por el azúcar, lo que indica que la DHEA hace que los tejidos sean más resistentes a la peroxidación lipídica, provocada por la hiperglucemia aguda. Zhu et al. (1997) realizaron cultivos primarios de células de placenta humana con el objetivo de estudiar si los efectos de las hormonas sexuales en la oxidación de lipoproteínas de baja densidad alteran la viabilidad celular de este tejido. Los resultados mostraron el estradiol inhibe el proceso de aglutinación de los macrófagos placentarios y los trofoblastos, así como también la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad y la citotoxicidad, mientras que la progesterona y la testosterona promueven estos efectos. Concluyeron que las hormonas sexuales esteroides pueden modular los efectos del estrés oxidativo sobre la función de la placenta durante el embarazo. Ahlbom et al. (2001) señalaron que las células granulares del cerebelo de ratas neonatales tratadas con testosterona, son protegidas del estrés oxidativo producido por el peróxido de hidrógeno, mediante un mecanismo dependiente del receptor de andrógenos, además de que observaron un aumento en las defensas antioxidantes, lo cual parece jugar un papel importante en la protección brindada por la testosterona. Palomar- Morales et al. (2010) demostraron que la testosterona, pero no la progesterona ni el estradiol, muestran efectos citoprotectores contra la apoptosis inducida en islotes pancreáticos por estreptozotocina en ratas machos, pero no en ! ! ! #*! ! hembras, y que hay una correlación inversa entre apoptosis e inmunoexpresión de las enzimas antioxidantes catalasa y SOD-1. Sánchez (2013) encontró que los derivados andrógenicos DHT y DHEA muestran actividad citoprotectora contra la apoptosis producida por STZ en células beta similar a la de testosterona y que hay correlación entre esta actividad y la inmunoexpresión de las enzimas antioxidantes catalasa, SOD-1 y SOD-2. 14 JUSTIFICACIÓN. En los últimos años, la DM se ha convertido en la primera causa de muerte en México, con una tasa de mortalidad del 14.3% aproximadamente, por lo que se estima que para el 2030 alrededor de 370 millones de personas la padezcan; su característica principal es el deterioro de las células beta, causada por un incremento de los radicales libres, generado por el estrés oxidativo y debido al bajo poder de desintoxicación de las enzimas antioxidantes. Con base en diversos estudios se sabe que en órganos como hígado, riñón, cerebro, entre otros, al ser expuestos a agentes diabetogénicos como la STZ y azúcares (dextrosa) aumenta la producción de RL y que al ser tratados con hormonas esteroides como la DHEA, DHT y la testosterona, existen efectos protectores ya que promueven la desintoxicación de la célula y el correcto funcionamiento de las enzimas antioxidantes, disminuyendo el número de islotes en apoptosis y los aductos generados por el azúcar. ! ! ! #"! ! 15. HIPÓTESIS. La administración exógena de esteroides masculinos como la DHEA, DHT y testosterona, modificara la actividad de las enzimas antioxidantes de los islotes pancreáticos. 16 OBJETIVOS. 16.1 General Evaluar la actividad de las enzimas antioxidantes de los islotes pancreáticos aislados de ratas orquidectomizadas en respuesta a la administración exógena de esteroides masculinos como la DHEA, DHT y testosterona. 16.2 Particulares Analizar el efecto de las hormonas esteroides (testosterona, dehidrotestosterona, dehidroepiandrosterona) sobre los islotes pancreáticos aislados de ratas macho, tratados con aloxana. Examinar la presencia de las enzimas antioxidantes (catalasa, superóxido dismutasa y glutatión peroxidasa) en los islotes pancreáticos aislados de ratas macho después de 6 h de incubación con aloxana. ! ! ! ##! ! 17. METODOLOGÍA 17.1 Sujetos experimentales Se obtuvieron 45 ratas Wistar macho, jóvenes, de aproximadamente 10 semanas de edad, con peso de 200-220 g, del bioterio de la FES Iztacala, las que se mantuvieron en condiciones controladas de iluminación, temperatura y humedad, con alimentación (nutricubos Harlan 2018S) y agua ad libitum. 17.2 Tratamiento De los sujetos experimentales, un total de 36 de ellos fueron anestesiados en sesiones de 3 individuos, con ketamina (70 mg/Kg de peso) y xilacina (7 mg/ Kg de peso), vía intramuscular para posteriormente ser orquidectomizados en condiciones de asepsia. Para este fin, se hizo una pequeña incisión a través de la bolsa escrotal y la cavidad peritoneal para exponer los testículos, los cuales fueron ligados con catgut 3-0 y extirpados. La bolsa escrotal se cerró con 1 ó 2 puntos del mismo tipo de sutura, y posteriormente se procedió a cerrar la piel. Los machos orquidectomizados fueron inyectados i.m. con 0.1 mL de antibiótico (penicilina sódica 100,000 UI/ kg de peso), para prevenir una posible infección. A las 72 h después de la cirugía, los animales recibieron una terapia de reemplazo de hormonas esteroideas, en una dosis única de 5 !g/Kg disueltos en aceite de maíz, por vía subcutánea, y fueron asignadas al respectivo grupo de acuerdo a la hormona recibida: T, DHT o DHEA (n = 9). Algunos sujetos se asignaron al grupo testigo o Veh (vehículo), el cual fue tratado con un volumen similar de aceite de maíz (n = 9). Se repitió posteriormente el procedimiento, para tener tres experimentos similares de cada grupo (T, DHT, DHEA, Veh). Un total de 9 ratas no fue sometido a orquidectomía, siendo considerado como grupo testigo intacto. ! ! ! #$! ! 17.3 Obtención de islotes A las 24 h después de la terapia de reemplazo hormonal, los animales fueron anestesiados con una sobredosis de pentobarbital sódico (100 mg Kg). Una vez que los sujetos estuvieron inconscientes, se les realizó una incisión ventral, para exponer las vísceras, y se les inyecto directamente en el conducto biliar- pancreático 9 mL de medio de Hanks con 1% de antibiótico, para identificar y remover el páncreas. El órgano se limpió y cortó en pequeños trozos, en un vaso de plástico, con 2 mg de colagenasa tipo IV por cada órgano. El tejido se disgregó mediante incubación a 37º C durante 10 minutos. Los islotes se obtuvieron por centrifugación empleando un gradiente discontinuo de Histopaque 1077, y se purificaronmediante ciclos cortos de centrifugación y resuspensión. La solución enriquecida de islotes se mantuvo en reposo durante 24 h en medio alfa- MEM suplementado a 37º C en una atmósfera de 5% de CO2. Pasado este tiempo los islotes se asentaron en el fondo del tubo y se recuperaron con ayuda de una pipeta Pasteur, para después ser colectados a un tubo Eppendorf de 1.5 mL, el cual se centrifugó a 1500 rpm durante 5 min, y se incubaron a 37º C con aloxana a concentración final de 6 mM, para inducir daño por generación de especies reactivas de oxígeno (Devi et al. 2004) y se recuperó una muestra de 0.1 mL cada hora, iniciando al tiempo cero, y hasta las 6 h. Los islotes tratados a varios tiempos con aloxana se congelaron a una temperatura de -20º C y descongelaron al siguiente día, para provocar lisis celular. Los extractos fueron centrifugados para remover residuos celulares, y los sobrenadantes se recuperaron para en ellos determinar las actividades de SOD, Cat y GPx, así como las proteínas por el método de Lowry et al. (1951) con el fin de referir las actividades enzimáticas por unidad de proteína. 17.4 Actividad de Cat Esta enzima se determinó mediante la desaparición de H2O2 a 280 nm, causada por la adición del extracto crudo, en presencia de amortiguador de fosfato, pH 7.0, ! ! ! #%! ! ya que el peróxido de hidrógeno absorbe la luz en esta región ultravioleta y los productos de su hidrólisis (H2O y O2) no lo hacen (Aebi, 1983). Se reportó la actividad en Unidades Internacionales (una UI equivale a 1.0 !mol de peróxido de hidrógeno consumido por minuto por miligramo de proteína). 17.5 Actividad de GPx. Su cuantificación se basa en la reacción de dos moléculas de glutatión reducido con peróxido de hidrógeno, para producir agua y glutatión oxidado. A su vez, la glutatión reductasa cataliza la reacción de glutatión oxidado con NADPH y se producen dos moléculas de glutatión reducido y NADP+; la reacción se vuelve cíclica pero el rendimiento es proporcional a la cantidad de enzima presente. La disminución de la absorbancia a 340 nm es proporcional a la actividad de GPx (Paglia y Valentine, 1967). Se reporta la actividad como UI por miligramo de proteína, definiendo una UI como la desaparición de 1.0 !mol de NADPH por minuto. 17.6 Actividad de SOD Se midió mediante la inhibición de la transferencia de electrones desde la Xantina oxidasa al nitroazul de tetrazolio (NBT), en presencia de EDTA y carbonato de sodio. La actividad de SOD se expresó sobre la base de la inhibición de la reducción de NBT. Tanto la reducción de NBT como la actividad similar a SOD fueron monitoreadas a 550 nm (Beauchamp y Fridovich, 1971). Se reportó en unidades McCord-Fridovich, la cual es la cantidad de proteína que inhibe un 50% la reducción de NBT por la Xantina- oxidasa. 17.7 Análisis estadístico Los resultados obtenidos de actividad enzimática se normalizaron como porcentaje del valor inicial, con el fin de comparar las actividades de los distintos ! ! ! #&! ! grupos contra el testigo intacto (ratas no castradas) y el testigo interno (aceite de maíz), así como el efecto del tiempo de incubación, mediante ANOVA de dos factores, con un nivel de significancia (") de 0.05, en el programa SAS 9.0. ! ! ! #'! ! 18. RESULTADOS. 18.1 Obtención de islotes. En la Fig. 3, se muestran algunos de los islotes de Langerhans aislados de ratas macho, obtenidos en este trabajo. 18.2 Actividad de catalasa. La actividad de catalasa en los islotes pancreáticos aislados de ratas wistar macho, tratados con hormonas esteroides y aloxana, no mostró diferencias significativas entre los distintos tratamientos (Fig. 12). Esta enzima presentó una actividad oscilante a lo largo del tiempo, el grupo intacto exhibió una estabilización a la 1 y 2 h, aumentando a las 3 h, decreciendo a las 4 y 6, mientras que el grupo tratado con el vehículo incrementa su actividad las 1, 4 y 6 h, disminuye a las 2, 3 y 5 h, el grupo tratado con testosterona no presentó cambios significativos. Por otro lado los animales con administración de DHT aumenta a las 5 h y disminuye a las 2 y 6 h, finalmente bajo el tratamiento con DHEA se mostró un aumento a las 6 h. ! ! ! ! #(! ! Fig. 12: Actividad de catalasa en islotes pancreáticos de ratas macho orquidectomizados y sometidos a reemplazo hormonal con derivados androgénicos. Porcentaje de valor inicial, de tres experimentos (X ± EE). No hay diferencia entre tratamientos. ! ! ! #)! ! 18.3. Actividad de SOD La actividad de superóxido dismutasa se muestra en la Fig.13, se puede ver que no hubo diferencias significativas entre los distintos tratamientos, en cambio sus valores presentaron una tendencia oscilante, aumentando a 1 y 3 h, y disminuyendo a 2, 4 y 5. Los demás grupos experimentales no muestran cambios evidentes a lo largo de la incubación Fig.13: Actividad de SOD en islotes de rata macho orquidectomizados y sometidos a reemplazo hormonal con derivados androgénicos. Porcentaje de valor inicial, de tres experimentos (X ± EE). No hay diferencia entre tratamientos. ! ! ! ! ! $+! ! 18.4 GPx La actividad de GPx no presentó cambios significativos en los controles intactos y con vehículo a través del tiempo de 6 h. Con el tratamiento de testosterona se apreció un notable pero no significativo aumento de la actividad a las 5 y 6 h. De manera opuesta, el tratamiento con DHT presentó una disminución de la actividad a partir de las 5 h, mientras que el tratamiento con DHEA presentó una tendencia a incrementar la actividad de GPx a las 6 h, sin embargo no resulta significativamente diferente con respecto a otros tiempos (Fig. 14) ! Fig. 14: Actividad de GPx en islotes de rata macho orquidectomizados y sometidos a reemplazo hormonal con derivados androgénicos. Porcentaje de valor inicial, de tres experimentos (X ± EE). No hay diferencia entre tratamientos. ! ! ! $*! ! 19. DISCUSIÓN El presente trabajo tuvo como finalidad evaluar el efecto protector que brindan las hormonas esteroides a los islotes pancreáticos aislados de ratas, tratados con aloxana, un agente químico utilizado en el laboratorio para la inducción de diabetes experimental y la actividad de enzimas antioxidantes ante la generación de radicales libres y estrés oxidativo provocado por esta sustancia. En base a lo reportado por Aragno et al. (1997), la hormona DHEA, tiene un efecto protector en diversos órganos como son: hígado, cerebro, riñón, cerebelo, contra el estrés oxidativo y los radicales libres, generados por la glucosa, esto se debe a que ciertos tejidos cuentan con un nivel elevado de enzimas antioxidantes, CAT, SOD y GPx, que contribuyen a la protección celular de estas partes importantes en el metabolismo y sistema nervioso del ser humano respectivamente. La catalasa por ejemplo, es una de las enzimas, más abundantes en la naturaleza, y de amplia distribución en el organismo, su actividad varía en dependencia del tejido; es elevada en el hígado, debido a los numerosos procesos bioquímicos que éste órgano realiza. Pero de manera contraria, los islotes pancreáticos no presentan la misma característica. Lenzen et al. (1995), demostró que en islotes pancreáticos de ratón, hay una expresión genética baja de las enzimas antioxidantes: Cat, GPx, Cu/Zn-SOD y Mn-SOD, comparado con otros tejidos como el hígado, el cual expresa un 100% en las isoformas de SOD, al igual que de catalasa y glutatión peroxidasa, mientras que el riñón presento un 99% Cu/Zn-SOD, 125% Mn-SOD, 78% Catalasa y 91% de GPx. Por otro lado los islotes pancreáticos, exhibieron apenas un 15% en la expresión de glutatión peroxidasa, mientras que la catalasa no fue detectada, el nivel de Cu/Zn-SOD y Mn-SOD se encontró en un 38% y 30% respectivamente. Esto concuerda con lo reportado por Grankvist et al.(1981) el cual midió la actividad de enzimas antioxidantes en islotes pancreáticos aislados de ratones ! ! ! $"! ! obesos, comparado con otros tejidos como el riñón, el cual mostró una actividad de Cu/Zn-SOD de 38%, mientras que Mn-SOD, Catalasa y GPx fue de 26.6%, 108% y 92% respectivamente. Los islotes de Langerhans por el contrario, tuvieron una actividad menor de enzimas antioxidantes, exhibiendo tan solo un 26.6% de Cu/Zn-SOD, mientras que de Mn-SOD fue de 0.64%, Catalasa 2.26% y GPx con un 2.9%. Con respecto a la actividad de catalasa no es tan clara, ya que fluctúa en el intervalo estudiado (6 h); quizá el experimentar el efecto a tiempos más largos (12, 24, 36 h) pudiera aportar mayor información para este tipo de investigaciones. Es probable que el vehículo (aceite de maíz) muestre un efecto protector, ya que posee propiedades antioxidantes debido a la vitamina E ("- tocoferol) que contiene, la cual pudiera prevenir el daño celular inhibiendo la oxidación de los lípidos (grasas) y la formación de radicales libres. Se utilizó este vehículo ya que en reportes previos de esta línea de investigación (Palomar-Morales et al, 2010; Sánchez 2013) se había trabajado con este aceite; sin embargo, para una mejor comprensión de los efectos de las hormonas, para posteriores estudios se pudiera cambiar el vehículo por DMSO u otro. La actividad de las enzimas antioxidantes no se puede modificar, lo que se puede hacer, es llevar a cabo terapias coadyuvantes contra la lesión provocada por los radicales libres en las células # restaurando con la terapia el 30 ó 40 % de los islotes. Por otro lado la actividad de glutatión peroxidasa, se ve reducida a las 3 h al ser incubadas con aloxana en islotes de ratas tratadas con testosterona, esto es normal ya que los niveles de esta enzima decrecen en los órganos de animales inducidos con diabetes química, como son: riñón, páncreas, plasma, células rojas de la sangre y nervios (Maritim et al. 2003). ! ! ! $#! ! Maritim et al. (2003) demostraron que al aplicar sustancias antioxidantes, antes o al mismo tiempo que el diabetógeno, se invierten o normalizan los efectos producidos por la diabetes, esto pudo ser una diferencia en los resultados obtenidos en nuestro trabajo, ya que las hormonas reportadas con capacidad antioxidante, como: DHEA, DHT, testostosterona fueron aplicadas a los sujetos experimentales 72 h después de la orquidectomia, posteriormente al ser aislados los islotes y después de ser incubados durante 24 h en medio alfa- MEM se les aplicó el aloxana a una concentración de 6 mM, cantidad suficiente para necrosar las células ß de los islotes de Langerhans, este daño se observa a partir de las 2 h de incubación. La catalasa se presenta normalmente en altas concentraciones en el corazón, la aorta, al igual que en el cerebro, así como también en el hígado y riñones de ratas diabéticas, en contraste con el nivel encontrado en las células rojas de la sangre. Mientras que la actividad de SOD es errática, ya que no presenta un patrón discernible relacionado al género, la especie animal, la duración de la diabetes, o el tejido estudiado. En contraste, en los islotes pancreáticos, se sabe que la actividad de las enzimas antioxidantes son muy bajas (Hotta et al., 1998;!Grankvist et al. 1981; Kajimoto and Kaneto 2004; Lenzen et al. 1995). En la diabetes tipo 1, hay una destrucción de las células pancreáticas insulares productoras de insulina, acompañada de la liberación de anticuerpos citotóxicos, como anticuerpos citoplasmáticos del islote (ICA), auto-anticuerpos antiinsulina (IAA) y GAD65K (contra la enzima antiglutamato descarboxilasa) (Villaverde, 2012). La destrucción celular es el resultado de la activación de la inmunidad mediada por las células y la liberación de citocinas proinflamatorias como las interleucinas 2, 4, 6 y 10, el factor de necrosis tumoral " (TNF ") e interferón $ (INF-!$) (Villaverde, 2012). Tales sustancias promueven la migración de linfocitos hacia los islotes pancráticos y la expansión clonal de las células mononucleares (linfocitos T CD4 y CD8 activados, linfocitos B y NK) (Villaverde, 2012). ! ! ! $$! ! Este trabajo se diseñó ya que el efecto diabetogénico de la STZ en ratas es mediado por apoptosis temprana, que puede ser detectada dentro de las primeras 6 horas de administración del diabetógeno, y la testosterona previene la aparición de la apoptosis (Morimoto et al., 2005); posteriormente Palomar- Morales et al. (2010) demostraron que el efecto citoprotector de la testosterona se observa sólo en ratas machos pero no hembras, y que hay una correlación inversa entre apoptosis e inmunoexpresión de las enzimas antioxidantes catalasa y Mn-SOD; y por último los derivados andrógenicos DHT y DHEA muestran actividad citoprotectora, con cierta correlación entre esta actividad y la inmunoexpresión de las enzimas antioxidantes catalasa, Cu/Zn-SOD y Mn-SOD (Sánchez, 2013). Para tratar de elucidar el mecanismo de los andrógenos, se intentó averiguar si estos cambios en inmunoexpresión estaban ligados a cambios en la actividad de las enzimas; sin embargo, debido a que los islotes componen sólo un bajo porcentaje del páncreas y su actividad antioxidante es baja (Grankvist et al. 1981; Lenzen et al. 1995), el esquema experimental incluyó aislamiento de los islotes y su incubación en un medio suplementado con aloxana como donador de especies reactivas de oxígeno, para inducir muerte celular tipo apoptosis; sin embargo, los resultados obtenidos no apoyaron la idea de que la prevención de la apoptosis pudiera ser mediada por aumento en la actividad de las enzimas antioxidantes. Es probable que aumentar el tiempo de exposición a aloxana, utilizar otro agente como inductor de estrés oxidativo, u otra concentración de este diabetógeno, pudiera tener el efecto esperado, sin embargo, se deben planear experimentos encaminados a resolver este punto. Se sabe que los islotes humanos y porcinos son resistentes al aloxana, mientras que las células ß de roedores son sensibles a agentes oxidativos, citocinas y a la muerte inducida por este compuesto. Las células ß de roedores expresan bajos niveles de enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa (SOD), la catalasa y la glutatión peroxidasa, lo que las hace vulnerables al daño mediado por radicales libres. Lo anterior indica que, aun cuando los estudios en animales ! ! ! $%! ! son indispensables para entender procesos biológicos básicos, se debe ser cauto en extrapolar estos resultados a células humanas (Manrique et al. 2006). ! ! ! $&! ! 20. CONCLUSIONES 1. La actividad de catalasa, glutatión peroxidasa y superóxido dismutasa, en islotes pancreáticos aislados de ratas macho, tratados con hormonas esteroides y aloxana, no mostraron diferencias significativas. 2. Catalasa presentó una actividad ondulatoria a lo largo del tiempo, el grupo intacto exhibió un aumento a las 3 H, decreciendo a las 4 y 6, los islotes tratados con el vehiculo incrementaron su actividad las 1, 4 y 6 h, pero disminuyó a las 2, 3 y 5 h, el tratamiento con testosterona no causó cambios significativos, por otro lado DHT provocó aumentó a las 5 h y disminuyó a las 2 y 6 h, y DHEA mostró un aumento a las 6 h y redujo su actividad a las 2 h. 3. La actividad de superóxido dismutasa se muestra en la (fig.15), no hubo diferencias significativas entre los distintos tratamientos, en cambio sus valores presentaron una tendencia oscilante, aumentando a 1 y 3 h, y disminuyendo a 2, 4 y 5 H. Los demás grupos experimentales no muestran cambios evidentes a lo largo de las 6 h. ! 4. La actividad de GPx no presenta cambios significativos en los controles intactos y con vehículo a través del tiempo de 6 h. Con el tratamiento de testosterona se aprecia un ligero aumento de la actividad alas 5 y 6 h. De manera opuesta, el tratamiento con DHT presentó una disminución de la actividad a partir de las 5 horas. Los islotes tratados con DHEA presentan una tendencia a incrementar la actividad de GPx a las 6 horas, sin embargo no resulta significativamente diferente con respecto a otros tiempos. ! ! ! $'! ! Referencias Aebi H.E. 1983. Oxidoreductases acting on groups other than CHOH. 3.9 Catalase: hydrogen-peroxidase: hydrogen-peroxidase oxidoreductase E. C. 1. 11. 1. 6. In: Bergmeyer, HU, ed. Methods of Enzymatic Analysis. Vol. III. Weinheim: Verlag Chemie. 273-286. Ahlbom E.; Prins G.; Ceccatelli S. 2001. Testosterone protects cerebellar granule cells from oxidative stress-induced cell death through a receptor-mediated mechanism. Brain Res. 23: 255-262. Alés, R.M.; Ania, J.M.; Montero, R.M.; Ríos, B.C. 2002. ATS/DI, atención especializada, Instituto Catalán de Salud. 2a ed. MAD, S.L. 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