Los antioxidantes en la reproducción y fertilidad de los animales.

INTRODUCCIÓN

Los organismos vivos necesitan de oxígeno (O₂) para llevar a cabo diferentes actividades que requieren energía. Pero un exceso de oxígeno a nivel celular es perjudicial debido a que se forman especies reactivas que se generan durante la oxidación que es un proceso por el cual un ión o átomo pierde uno o varios electrones. Como resultado, la estructura química presenta un electrón desapareado en su orbital externo generando una alta inestabilidad a lo cual se le conoce como radical libre (RL) y son capaces de reaccionar con los lípidos, proteínas y ADN.

Si no se neutraliza de forma adecuada puede presentar efectos sobre la función celular estableciéndose el estrés oxidativo (EO), que se origina por un desequilibrio entre la formación de radicales libres y la producción de antioxidantes el cual es causante de diversas patologías, trastornos fisiológicos y daño celular, recibe el nombre de estrés oxidativo. Para contrarrestar el efecto de estas especies reactivas al oxígeno (ROS), la célula posee un mecanismo de defensa capaz de remover estos productos reactivos y nocivos para las células, se llama antioxidantes. Los antioxidantes incluyen enzimas, secuestradores de electrones y nutrientes. En este trabajo se hace una breve descripción de los antioxidantes en la reproducción y fertilidad de los animales.

DESARROLLO

El estrés oxidativo es el desbalance que ocurre entre las moléculas oxidantes y antioxidantes del semen. Los efectos directos sobre la calidad seminal del estrés oxidativo se reflejan en disminuciones en la concentración, la movilidad, la viabilidad, la integridad del ADN espermático e incluso en eventos de suma importancia a nivel reproductivo, como la capacitación espermática y la capacidad de interacción con el ovocito (Cardona et al., 2019; Barroso et al., 2015).

El plasma seminal contiene antioxidantes enzimáticos, como la superóxido dismutasa, el sistema glutatión peroxidasa / glutatión reductasa y catalasa, así como antioxidantes no enzimáticos, como el ascorbato (vitamina C), una α-tocoferol (vitamina E), taurina e hipotaurina. El plasma seminal tiene una capacidad antioxidante total (TAC) más alta que el plasma seminal de los machos infértiles. Sin embargo, los niveles patológicos de ROS detectados en el semen de los machos infértiles son más probablemente causados por una mayor producción de ROS que por una menor capacidad antioxidante del plasma seminal (Agarwal et al., 2002).

Los mecanismos de defensa antioxidante incluyen tres niveles de protección: prevención, intercepción y reparación. La prevención de la formación de ROS es la primera línea de defensa contra un insulto oxidativo. Un ejemplo es la unión de iones metálicos, iones de hierro y cobre en particular, lo que les impide iniciar una reacción en cadena. Cuando los metales de transición se unen libremente a ROS, pueden producir oxidantes más reactivos, particularmente OH (Agarwal et al., 2002).

Los antioxidantes enzimáticos poseen un centro metálico, que les da la capacidad de asumir diferentes valencias a medida que transfieren electrones para equilibrar las moléculas para el proceso de desintoxicación. Neutralizan el exceso de ROS y previenen el daño a las estructuras celulares. Las enzimas antioxidantes endógenas incluyen SOD, catalasa, GPx y glutatión oxidasa (Agargal et al., 2012).

Dismutación del anión SO a H2O2 por SOD es fundamental para reacciones anti-oxidantes. La enzima SOD existe como tres isoenzimas: SOD 1, SOD 2 y SOD 3. SOD 1 contiene Cu y zinc (Zn) como cofactores metálicos y se encuentra en el citosol. SOD 2 es una isoforma mitocondrial que contiene manganeso (Mn), y SOD 3 codifica la forma extracelular. SOD 3 es estructuralmente similar a Cu, Zn-SOD, ya que contiene Cu y Zn como cofactores (Fujii et al., 2005).

La familia de enzimas glutatión (GSH) incluye GPx, GST y GSH reductasa. GPx utiliza la forma reducida de GSH como donante de H + para degradar los peróxidos. El agotamiento de los resultados de GSH en el daño del ADN y el aumento de H2O2 concentraciones; Como tal, GSH es un antioxidante esencial. Durante la reducción de H2O2 a H2O y O2, GSx es oxidado a GSSG por GPx. El glutatión reductasa participa en la reacción inversa y utiliza la transferencia de un protón donante de NADPH a GSSG, por lo tanto, recicla GSH (Perkins, 2006).

El glutatión peroxidasa existe como cinco isoformas en el cuerpo: GPx1, GPx2, GPx3, GPx4 (Fujii et al., 2005) y GPx5 (Perkins, 2006). GPx1 es la isoforma citosólica que se distribuye ampliamente en los tejidos, mientras que GPx2 codifica una forma gastrointestinal sin función específica; GPx3 está presente en plasma y líquido epididimario. GPx4 desintoxica específicamente el hidroperóxido de fosfolípido dentro de las membranas biológicas.

La vitamina E (α-tocoferol) protege a las células deficientes en GPx4 de la muerte celular (Maiorino et al., 2006). GPx5 se encuentra en el epidídimo (Perkins, 2006). El glutatión es el principal tampón de tiol en las células y se forma en el citosol a partir de cisteína, glutamato y glicina. Sus niveles están regulados a través de su formación de novo, que es catalizada por las enzimas γ-glutamilcisteína sintetasa y glutatión sintetasa (Ruder et al., 2009; Fujii et al., 2005). En las células, GSH desempeña múltiples funciones, que incluyen el mantenimiento de las células en un estado reducido y la formación de conjugados con algunos compuestos endógenos y xenobióticos peligrosos (Fujii et al., 2005).

Los antioxidantes no enzimáticos consisten en suplementos dietéticos y antioxidantes sintéticos como la vitamina C, GSH, taurina, hipotaurina, vitamina E, Zn, selenio (Se), betacaroteno y caroteno (Sharma et al., 2004).

La vitamina C (ácido ascórbico) es un catalizador redox conocido que puede reducir y neutralizar ROS. Su forma reducida se mantiene a través de reacciones con GSH y puede ser catalizada por la proteína disulfuro isomerasa y glutaredoxinas (Sharma et al., 2004).

El gameto masculino cuenta con antioxidantes enzimáticos, como la catalasa y el superóxido dismutasa, y no enzimáticos, entre los que sobresalen las vitaminas C y E, los carotenos, la lactoferrina, la coenzima Q, la proteasoma y las proteínas de unión a metales, como albúmina, ceruloplasmina y transferrina (Barroso et al., 2015).

El GSH es el mayor componente sulfhídrico no proteico en las células mamíferas, y es conocido por proteger la célula del daño oxidativo y regula el balance redox intracelular; sin embargo, varios estudios han sugerido que el GSH puede jugar un papel importante en muchos procesos biológicos incluyendo la síntesis de ADN y proteínas y proliferación celular durante el desarrollo embrionario. En ovocitos bovinos, es considerado un importante marcador bioquímico de la viabilidad y la calidad de ovocitos mamíferos. Adicionalmente, se ha reportado la síntesis de GSH durante la maduración, y su asociación con la formación del pronúcleo masculino después de la fecundación y el desarrollo embrionario temprano (Torres et al., 2019).

El glutatión es un péptido que se encuentra en la mayoría de las formas de vida aeróbica, ya que está hecho en el citosol a partir de cisteína, glutamato y glicina (Behrman et al., 2001); también es el principal antioxidante no enzimático que se encuentra en los ovocitos y los embriones. Sus propiedades antioxidantes provienen del grupo tiol de su componente de cisteína, que es un agente reductor que le permite oxidarse reversiblemente y reducirse a su forma estable (Behrman et al., 2001). Los niveles de GSH están regulados por su formación de novo, que es catalizada por las enzimas gamma-GCS y glutatión sintetasa (Ruder et al., 2009; Fujii et al., 2005). El glutatión participa en reacciones, incluida la formación de disulfuro de glutatión, que se transforma nuevamente en GSH por el glutatión reductasa a expensas de NADPH (Agarwal, 2004).

La cisteína y la cisteamina (CSH) aumentan el contenido de GSH del ovocito. La cisteamina también actúa como un eliminador y es un antioxidante esencial para el mantenimiento de altos niveles de GSH. Además, la CSH puede convertirse en otro antioxidante, la hipotaurina (Orsi et al., 2005).

Las concentraciones de muchos aminoácidos, incluida la taurina, fluctúan considerablemente durante la foliculogénesis. La taurina y la hipotaurina son carroñeros que ayudan a mantener la homeostasis redox en los gametos. Ambos neutralizan los productos de peroxidación lipídica, y la hipotaurina neutraliza aún más los radicales hidroxilo (Orsi et al., 2005).

Se han realizado grandes avances en la identificación, purificación y evaluación de moléculas antioxidantes de origen natural, como es el caso de los antioxidantes fenólicos, los cuales sirven para inhibir la oxidación de compuestos que tengan importancia biológica o comercial al tener una gran estabilidad, por la presencia de anillos aromáticos en su estructura y la presencia de grupos hidroxilo. Debido a esto, algunos trabajos señalan su uso potencial como medicamento para la prevención y terapia de enfermedades causadas por los radicales libres (Torres et al., 2019).

Los antioxidantes fenólicos (ArOH) poseen dos mecanismos de acción: por transferencia de un átomo de hidrógeno (HAT) o por transferencia de un electrón (SET). En el primero, el radical libre (R•) remueve un átomo de hidrógeno del antioxidante (ArOH), convirtiéndose en un radical ArO• más estable y más eficiente; debido a que los enlaces de hidrógeno, la conjugación y la resonancia lo convierten en un radical fenoxil no reactivo. En el segundo mecanismo, el antioxidante puede donar un electrón al radical libre formando entre los productos un catión radical del antioxidante (ArO•+), el cual es estable y no reacciona con sustratos. Ambos mecanismos pueden ocurrir siempre en paralelo, pero con diferentes tasas de reacción (Torres et al., 2019).

A continuación, se describen cómo funcionan los antioxidantes en la reproducción y fertilidad de los animales:

Vitamina E: el α-tocoferol es una vitamina liposoluble, principal antioxidante en las membranas celulares y en las LDL, junto al γ-tocoferol, se le considera esencial en la defensa celular. Unida a la porción hidrofóbica del α-tocoferol existe un grupo OH, cuyo H puede removerse fácilmente y funcionar como donador de electrones. La captura de radicales libres superóxidos, hidroxilo y peróxidos lipídicos, la desarrolla en membranas celulares y subcelulares (mitocondria y retículo endoplásmico liso) y detiene la propagación de la lipoperoxidación. Los radicales peroxilos generados durante la peroxidación lipídica extraen el H de la molécula del tocoferol. El radical tocoferol resultante es poco reactivo por lo que detiene la reacción en cadena, además, protege la oxidación de los lípidos, también ayuda a daños en el ADN y reduce el nivel de mutación cromosómica en las células espermáticas (Córdova et al., 2009; Barroso et al., 2017).

Vitamina C: puede disminuir el daño del ADN directamente al eliminar los radicales libres y disminuir la formación de hidroperóxidos lipídicos. Las concentraciones de ácido ascórbico son 10 veces más altas en el plasma seminal en comparación con el plasma sanguíneo. Los bajos niveles de ácido ascórbico en plasma seminal están directamente relacionados con la disminución de la morfología normal de los espermatozoides y el aumento del daño en el ADN de los espermatozoides (Barroso et al., 2015).

Carotenoides: uno de los carotenoides más importantes es el β-caroteno, una provitamina A, que puede eliminar directamente las ROS. Otros carotenoides que se encuentran en los alimentos son el licopeno, la luteína y la zeaxantina, sin embargo, estos no se convierten en vitamina A. Tanto in vivo como in vitro, se ha demostrado que el β-caroteno protege las membranas lipídicas aisladas de la peroxidación. Con una mayor ingesta de carotenoides tienen una mayor movilidad de los espermatozoides, y una mayor ingesta de licopeno se asocia con una mejor morfología de los espermatozoides (Barroso et al., 2015).

Pentoxifilina: es un activador de la movilidad espermática por su efecto inhibidor de la fosfodiesterasa y en su función como antioxidante inhibe la generación de anión superóxido; sin embargo, puede causar bloqueo meiótico de los ovocitos. En una investigación reciente se encontró que la pentoxifilina mejora la movilidad y la longevidad del semen equino posdescongelado (Restrepo et al., 2016; Barroso et al., 2015).

Coenzima Q: se concentra en las mitocondrias del espermatozoide, actúa como un agente promotor de energía, además, recicla la vitamina E y evita la posible acción prooxidante de ésta, en su forma reducida (ubiquinol), previene la peroxidación lipídica (Barroso et al., 2015). Es un antioxidante liposoluble sintetizado endógenamente y un componente esencial del metabolismo energético mitocondrial. En su forma reducida, CoQH2, ubiquinol, inhibe la oxidación de proteínas y ADN y la peroxidación de lípidos. Los niveles de líquido seminal de CoQ10 se correlacionan significativamente con el recuento de espermatozoides y la motilidad, excepto con varicocele.

Carnitina: sus mayores concentraciones están en el epidídimo, disminuye las especies reactivas de oxígeno al reducir los residuos tóxicos extracelulares de acetil-CoA (Barroso et al., 2015). Carnitina es un antioxidante, y los dos isómeros más importantes se denominan l-carnitina (LC) y l-acetilcarnitina (LAC). En el tracto genital masculino, las carnitinas se encuentran en el epidídimo, el plasma seminal y los espermatozoides. Las carnitinas ayudan al metabolismo de los espermatozoides al afectar positivamente la motilidad y la maduración de los espermatozoides. Puede haber una asociación entre la concentración de ALC y la fertilidad masculina.

Arginina: es un aminoácido que se requiere para la espermatogénesis normal. Desempeña un papel en la respuesta inflamatoria y protege directamente contra el daño oxidativo al ser un eliminador de radicales libres.

Cisteína: juega un papel importante en la síntesis de glutatión. La N-acetilcisteína (NAC) es un precursor del aminoácido cisteína y un eliminador directo de ROS. El glutatión se agota cuando hay OS, y esto puede revertirse con la suplementación de NAC. NAC es menos tóxico y menos susceptible a la oxidación en comparación con la cisteína misma (Hsia y Yin, 2016).

Fosfato, selenio y zinc: micronutriente importante para la síntesis de ADN, transferencia de ARN y los aminoácidos cisteína y metionina. El ácido fólico, la forma sintética, puede eliminar los radicales libres oxidantes e inhibe la peroxidación lipídica. El zinc participa en la transcripción del ADN y la síntesis de proteínas y tiene amplias propiedades antioxidantes. El zinc tiene un papel importante en el desarrollo de los testículos, las funciones fisiológicas de los espermatozoides y la disminución del zinc en el plasma seminal se asocia con la calidad de los espermatozoides (Colagar et al.,2009). El magnesio y el selenio son diferentes a otros nutrientes antioxidantes porque están involucrados en los mecanismos de defensa antioxidante celular al aumentar la actividad de la enzima antioxidante glutatión peroxidasa y no al reaccionar directamente con las moléculas oxidantes (Yavuz et al., 2013).

Para el control o disminución de la peroxidación lipídica del espermatozoide se ocupan los antioxidantes. Existen los antioxidantes preventivos que actúan al inicio de una cadena de oxidación para reducir o impedir el comienzo de una cadena de oxirreducción. Como ejemplos se pueden considerar los reductores de peróxidos orgánicos e inorgánicos (enzimas glutatión peroxidasa, catalasa y peroxidasa). Mientras que los antioxidantes secundarios son interruptores que actúan al bloquear en alguna etapa la cadena de oxidación ya iniciada al captar radicales libres y al acortar la longitud de la cadena de oxidación y sus consecuencias (vitaminas E y C y la enzima superóxido dismutasa) (Gómez et al., 2015).

En los tejidos de los mamíferos existen tres isoformas de la superóxido dismutasa: dependiente de cobre y zinc (Cu-Zn SOD), dependiente de manganeso (Mn-SOD) y extracelular (e-SOD). Los tres subtipos se encuentran en el ovario y su patrón de expresión se relaciona directamente con las gonadotropinas. Estas enzimas desempeñan un papel importante en el proceso de regresión lútea e inhiben el fenómeno de apoptosis en el folículo. Se dice que la actividad del superóxido dismutasa en las células de la granulosa es dependiente de la progesterona y que, a su vez, asume un papel importante en la biosíntesis de esteroides en las células de la teca interna. Cabe señalar que el desarrollo folicular y, por ende, la madurez ovocitaria están determinados por una estrecha relación entre las concentraciones hormonales intrafoliculares que nutren al ovocito y que interactúan a la par con sustancias y hormonas antioxidantes (superóxido dismutasa), las cuales inactivan a los radicales libres de oxígeno y protegen contra su efecto deletéreo del ovocito en desarrollo.

Conclusión

El colapso del sistema antioxidante es una de las principales causas de la aparición del estrés oxidativo (EO), que está integrada por la producción de RL como pueden ser las especies reactivas de oxígeno (ROS) que actúan oxidando a las moléculas como los carbohidratos, ácidos nucleicos, proteínas y los lípidos afectando su funcionamiento y se pueden forman debido a factores externos e internos.

El estrés oxidativo se presenta en los animales en respuesta a condiciones ambientales principalmente que incluyen desde la temperatura ambiente, así como las lesiones mecánicas y errores e irregularidades en los hábitos). En los animales de producción las aplicaciones de antioxidantes ayudan a mejorar el rendimiento reproductivo y la fertilidad, así como mejorar la calidad de la producción.

Se ha demostrado en recientes investigaciones que este sistema de defensa antioxidante donde intervienen la súperoxido dismutasa, glutatión peroxidasa, catalasa de origen enzimático, las de origen no enzimático como ubiquinol, urato y proteínas plasmáticas, así como las de procedencia exógena que son las Vitaminas A, C, E, los β-carotenos, polifenoles etc., que son considerados antioxidantes deben estar en homeostasis en el organismo del individuo, para evitar que el estrés oxidativo intervenga en gran medida y afecte a los animales, especialmente en el área de reproducción y producción causando pérdidas económicas a los productores. Se recomienda en conjunto con la administración de antioxidantes, tener buenas prácticas de manejo en los animales para evitar en gran medida el estrés oxidativo y por lo tanto pérdidas en la producción y ganancias para el ganadero.

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Artículo publicado en Los Porcicultores y su Entorno Junio- Julio 2022