Espécies reativas de oxigênio e de nitrogênio, antioxidantes e marcadores de dano oxidativo em sangue humano: principais métodos analíticos para sua determinação

We review here the chemistry of reactive oxygen and nitrogen species, their biological sources and targets; particularly, biomolecules implicated in the redox balance of the human blood, and appraise the analytical methods available for their detection and quantification. Those biomolecules are represented by the enzymatic antioxidant defense machinery, whereas coadjutant reducing protection is provided by several low molecular weight molecules. Biomolecules can be injured by RONS yielding a large repertoire of oxidized products, some of which can be taken as biomarkers of oxidative damage. Their reliable determination is of utmost interest for their potentiality in diagnosis, prevention and treatment of maladies.

Perfil proteico e metabolismo oxidativo de cordeiros experimentalmente infectados pelo Haemonchus contortus e suplementados com selênio e vitamina E

Para avaliar a influência da suplementação com selênio e vitamina E sobre o perfil proteico e metabolismo oxidativo de cordeiros infectados experimentalmente pelo Haemonchus contortus, trinta cordeiros fêmeas foram distribuídos em quatro grupos: G1 (n=10): animais infectados; G2 (n=10): infectados e suplementados; G3 (n=5): controle; e G4 (n=5): não infectados e suplementados. Os grupos 1 e 2 receberam 500 larvas de H. contortus (L3), via oral, por um período de 20 dias, com intervalo de dois dias entre as doses. A suplementação nos grupos 2 e 4 foi realizada no dia zero, com 0,1mg kg-1 de Selenito de sódio (1,67%) e com 2.000UI de vitamina E por via intramuscular (IM). Somente a vitamina E foi reaplicada no dia 30. As coletas de sangue para determinação do perfil proteico (proteína total, albumina, alfa, beta e gamaglobulina) e metabolismo oxidativo (espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico-TBARS e a enzima glutationa peroxidase (GSPX) foram realizadas nos dias zero, 20, 30, 45, 60 e 80. OPG foi quantificado nos dias 0, 20 ,45 e 80. Em relação aos valores de proteínas totais, albumina, betaglobulina e gamaglobulina, as principais diferenças foram observadas quando os grupos parasitados foram comparados com o grupo somente suplementado; e este manteve valores mais elevados. Conclui-se que não há influência da suplementação com selênio e vitamina E no perfil proteico e metabolismo oxidativo quando os cordeiros se encontram severamente parasitados por H.contortus.

Phagocytosis, Oxidative Burst, and Produced Reactive Species are Affected by Iron Deficiency Anemia and Anemia of Chronic Diseases in Elderly

Iron and oxidative stress have a regulatory interplay. During the oxidative burst, phagocytic cells produce free radicals such as hypochlorous acid (HOCl). Nevertheless, scarce studies evaluated the effect of either iron deficiency anemia (IDA) or anemia of chronic disease (ACD) on phagocyte function in the elderly. The aim of the present study was to determine the oxidative burst, phagocytosis, and nitric oxide ((aEuro cent)NO) and HOCl, reactive species produced by monocytes and neutrophils in elderly with ACD or IDA. Soluble transferrin receptor, serum ferritin, and soluble transferrin receptor/log ferritin (TfR-F) index determined the iron status. The study was constituted of 39 patients aged over 60 (28 women and 11 men) recruited from the Brazilian Public Health System. Oxidative burst fluorescence intensity per neutrophil in IDA group and HOCl generation in both ACD and IDA groups were found to be lower (p < 0.05). The percentages of neutrophils and monocytes expressing phagocytosis in ACD group were found to be higher (p < 0.05). There was an overproduction of (aEuro cent)NO from monocytes, whereas the fundamental generation of HOCl appeared to be lower. Phagocytosis, oxidative burst, and (aEuro cent)NO and HOCl production are involved in iron metabolism regulation in elderly patients with ACD and IDA.

Changes in neutrophil surface receptor expression, degranulation, and respiratory burst activity following moderate and high intensity exercise

Intense exercise stimulates the systemic release of a variety of factors that alter neutrophil surface receptor expression and functional activity. These alterations may influence resistance to infection after intense exercise. The aim of this study was to examine the influence of exercise intensity on neutrophil receptor expression, degranulation (measured by plasma and intracellular myeloperoxidase concentrations), and respiratory burst activity. Ten well-trained male runners ran on a treadmill for 60 min at 60% [moderate-intensity exercise (MI)] and 85% maximal oxygen consumption [high-intensity exercise (HI)]. Blood was drawn immediately before and after exercise and at 1 h postexercise. Immediately after HI, the expression of the neutrophil receptor CD16 was significantly below preexercise values (P < 0.01), whereas MI significantly reduced CD35 expression below preexercise values (P < 0.05). One hour after exercise at both intensities, there was a significant decline in CD11b expression (P < 0.05) and a further decrease in CD16 expression compared with preexercise values (P < 0.01). CD16 expression was lower 1 h after HI than 1 h after MI (P < 0.01). Immediately after HI, intracellular myeloperoxidase concentration was less than preexercise values (P < 0.01), whereas plasma myeloperoxidase concentration was greater (P < 0.01), indicating that HI stimulated neutrophil degranulation. Plasma myeloperoxidase concentration was higher immediately after HI than after MI (P < 0.01). Neutrophil respiratory burst activity increased after HI (P < 0.01). In summary, both MI and HI reduced neutrophil surface receptor expression. Although CD16 expression was reduced to a greater extent after HI, this reduction did not impair neutrophil degranulation and respiratory burst activity.

Exercise-induced alterations in neutrophil degranulation and respiratory burst activity: possible mechanisms of action

Neutrophils constitute 50-60% of all circulating leukocytes; they present the first line of microbicidal defense and are involved in inflammatory responses. To examine immunocompetence in athletes, numerous studies have investigated the effects of exercise on the number of circulating neutrophils and their response to stimulation by chemotactic stimuli and activating factors. Exercise causes a biphasic increase in the number of neutrophils in the blood, arising from increases in catecholamine and cortisol concentrations. Moderate intensity exercise may enhance neutrophil respiratory burst activity, possibly through increases in the concentrations of growth hormone and the inflammatory cytokine IL-6. In contrast, intense or long duration exercise may suppress neutrophil degranulation and the production of reactive oxidants via elevated circulating concentrations of epinephrine (adrenaline) and cortisol. There is evidence of neutrophil degranulation and activation of the respiratory burst following exercise-induced muscle damage. In principle, improved responsiveness of neutrophils to stimulation following exercise of moderate intensity could mean that individuals participating in moderate exercise may have improved resistance to infection. Conversely, competitive athletes undertaking regular intense exercise may be at greater risk of contracting illness. However there are limited data to support this concept. To elucidate the cellular mechanisms involved in the neutrophil responses to exercise, researchers have examined changes in the expression of cell membrane receptors, the production and release of reactive oxidants and more recently, calcium signaling. The investigation of possible modifications of other signal transduction events following exercise has not been possible because of current methodological limitations. At present, variation in exercise-induced alterations in neutrophil function appears to be due to differences in exercise protocols, training status, sampling points and laboratory assay techniques.

Locomotion at-1.0 degrees C: burst swimming performance of five species of Antarctic fish

We investigated the burst swimming performance of five species of Antarctic fish at -1.0degreesC. The species studied belonged to the suborder, Notothenioidei, and from the families, Nototheniidae and Bathydraconidae. Swimming performance of the fish was assessed over the initial 300 ms of a startle response using surgically attached miniature accelerometers. Escape responses in all fish consisted of a C-type fast start; consisting of an initial pronounced bending of the body into a C-shape, followed by one or more complete tail-beats and an un-powered glide. We found significant differences in the swimming performance of the five species of fish examined, with average maximum swimming velocities (U-max) ranging from 0.91 to 1.39 m s(-1) and maximum accelerations (A(max)) ranging from 10.6 to 15.6 m s(-2). The cryopelagic species, Pagothenia borchgrevinki, produced the fastest escape response, reaching a U-max and A(max) of 1.39 m s(-1) and 15.6 m s(-2), respectively. We also compared the body shapes of each fish species with their measures of maximum burst performance. The dragonfish, Gymnodraco acuticeps, from the family Bathdraconidae, did not conform to the pattern observed for the other four fish species belonging to the family Nototheniidae. However, we found a negative relationship between buoyancy of the fish species and burst swimming performance. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Comparação entre limiares de audibilidade e eletrofisiológico por estímulo tone burst

Estudos referem compatibilidade entre limiares eletrofisiológicos obtidos com o estímulo acústico tone burst no Potencial Evocado Auditivo de Tronco Encefálico (PEATE) e limiares para tons puros. OBJETIVOS: Verificar a ocorrência das ondas I, III, V e seus respectivos tempos de latência para o tone burst em 500, 1000, 2000 e 4000 Hz a 80 dB NA, e comparar os limiares eletrofisiológicos para o tone burst com limiares de audibilidade e psicoacústico. CASUÍSTICA E MÉTODOS: Avaliação audiológica, psicoacústica e eletrofisiológica da audição de 40 indivíduos audiologicamente normais de 18 a 40 anos, de ambos os sexos. RESULTADOS: Visualizou-se apenas a onda V a 80 dB NA, sendo que sua latência diminuiu com o aumento da freqüência em ambos os sexos. Em 1000, 2000 e 4000 Hz o sexo masculino apresentou maiores valores de latência da onda V a 80 dB NA e valores de limiares eletrofisiológicos mais elevados que o feminino em todas as freqüências. Em 500, 1000 e 2000 Hz, os limiares eletrofisiológico, de audibilidade e psicoacústico encontraram-se estatisticamente diferentes entre si. CONCLUSÂO: Apesar da aplicabilidade clínica dos PEATE com tone burst, são necessárias mais pesquisas a fim de padronizar as técnicas de realização do exame e resultados.

Avaliação do stress oxidativo na disfunção erétil

As sequelas fisiopatológicas do stress oxidativo são difíceis de quantificar. Apesar dos obstáculos, a relevância médica do stress oxidativo tem vindo a ser cada vez mais reconhecida, sendo hoje em dia encarado como um componente chave de virtualmente todas as doenças. A disfunção erétil (DE) surge neste contexto como uma espécie de barómetro da função endotelial e do dano oxidativo. A quantificação de biomarcadores de stress oxidativo poderá apresentar um enorme impacto na avaliação de pacientes com DE. O rácio glutationa reduzida/oxidada (GSH/GSSG) e a nitrotirosina (3-NT) têm vindo a demonstrar relevância clínica. A consideração de polimorfismos genéticos constitui ainda uma abordagem promissora na avaliação destas relações no futuro. Um método altamente sensível de cromatografia líquida de alta performance (HPLC) foi desenvolvido para a determinação de 3-NT em plasma humano. As concentrações de 3-NT medidos em indivíduos com DE foram 6,6±2,1μM (média±S.D., n = 46). A medição da concentração plasmática de 3-NT poderá revelar-se útil como marcador de dano oxidativo dependente do óxido nítrico (NO). O nível de stress oxidativo pode também ser quantificado através da medição do decréscimo do rácio GSH/GSSG, que tem mostrado alterações numa miríade de patologias, como a DE e a diabetes mellitus. O método proposto para a quantificação do rácio GSH/GSSG em HPLC apresenta a vantagem de avaliação concomitante dos dois parâmetros em apenas uma corrida. O valor do rácio GSH/GSSG obtido a partir de sangue de indivíduos com DE foi 11,9±9,8 (média±S.D., n = 49). Os resultados estatísticos revelaram diferenças significativas (p<0,001) entre ambos a concentração plasmática de 3-NT e o rácio GSH/GSSG de sangue de indivíduos com DE e as respetivas medições em indivíduos saudáveis. Observaram-se ainda diferenças estatisticamente significativas (p≈0,027) entre o rácio GSH/GSSG do sangue de pacientes apenas com diagnóstico de DE e a medição respetiva em indivíduos com DE e comorbilidades cardiovasculares. Estes resultados enfatizam o papel do dano oxidativo na biopatologia da DE, elucidado com o auxílio destas duas metodologias, que poderão ter um amplo campo de aplicação no futuro, dado que se mostraram simples, não dispendiosas e rápidas, podendo eventualmente adequar-se a estudos de rastreio em larga escala.

Efeito de diferentes concentrações de antioxidantes na proteção contra o stress oxidativo e na viabilidade espermática durante a criopreservação do Sémen Equino

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica, 4 de Janeiro de 2016, Universidade dos Açores.

Impacto da Radioterapia no stress oxidativo em modelos celulares radiorresistentes em contexto de obesidade

Introdução: Estudos anteriores em modelos tumorais de glioma e melanoma, tumores radiorresistentes, indicaram que a obesidade pode estar relacionada com um aumento do status oxidativo e com a diminuição da resistência à radiação. Como a Radioterapia é o tratamento frequentemente utilizado para esta patologia, propomo-nos, desta forma, a explorar a influência da obesidade em células de glioma, as BC3H1, e melanoma, B16F10, submetidas a Radioterapia, na presença de agentes oxidantes e antioxidantes, para o estudo da sua influência ao nível da viabilidade celular e do impacto do stress oxidativo. Métodos: As células BC3H1 e B16F10 foram tratadas com t-BOOH (150μM e 50 μM, respetivamente), TUDCA (25μM e 1μM, respetivamente) e com a mistura de t-BOOH+TUDCA em meio DMEM sem soro e meio condicionado (CM), a partir de adipócitos 3T3-L1. Em seguida, parte das células foram irradiadas com uma dose total de 2Gy. Posteriormente avaliou-se a viabilidade celular (teste MTT) e o stress oxidativo (teste TBARS, atividade da catalase, concentração da GSH, e status antioxidante total), às 4h e 12h. Resultados: Observou-se um aumento da capacidade antioxidante total das células irradiadas, comparativamente com as células não irradiadas. O meio condicionado reduziu o stress oxidativo nas BC3H1, ao mesmo tempo que reduziu a sua viabilidade celular. O TUDCA nas células incubadas com MC e submetidas a radioterapia, tendencialmente diminuiu a viabilidade celular, nas concertações em estudo. Discussão/Conclusão: O meio condicionado e a radioterapia, por si só, aumentam a resposta antioxidante total na célula, às 4h e às 12h. O TUDCA nas células incubadas com meio condicionado e submetidas a radioterapia, teve um comportamento citotóxico para as BC3H1, nas concentrações testadas. Revelando a necessidade de aprofundar os estudos da ação deste composto como agente radiossensibilizador, neste e noutros modelos celulares de carcinogénese.

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNOS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de agentes oxidantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos agentes oxidantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por agentes oxidantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três agentes oxidantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como agentes oxidantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se utilizou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (871 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L). Na presença de HClO, o valor de CAT mais elevado pertence a uma amostra de sumo (513 mg AAE/L) mas, o valor de CAT da amostra de sumo natural é muito mais baixa do que o esperado (17 mg AAE/L). Foram estudados outros antioxidantes para além do AA (ácido cumárico, ácido gálico e ácido cafeico), e constatou-se que cada um deles promove proteção ao dA20-EPC na presença de cada um dos diferentes contaminantes (H2O2, NO• e HClO).

Effect of Cysticercus cellulosae fractions on the respiratory burst of pig neutrophils

Neutrophils, eosinophils and macrophages are cells that interact with invading parasites and naive hosts have been shown to have anti-parasitic activity. The initial reaction of these leukocytes is the generation of reactive oxygen species (ROS) to play in parasite expulsion. The present work was carried out to study the effect of total extract, scolex and membrane fractions from Cysticercus cellulosae on respiratory burst by pig neutrophils. Hydrogen peroxide (H2O2) production by neutrophils incubated with metacestode fractions from C. cellulosae showed an increase of: 190% (total extract), 120% (scolex) and 44% (membrane). High antioxidant catalatic activity (33%, 28%, 28% by total extract, scolex and membrane, respectively) was observed in neutrophils incubated with metacestode fractions, which could be an attempt at self-protection. Scolex and membrane fractions increased the phagocytic capacity of neutrophils (44% and 28%, respectively). On the other hand, total cysticerci did not alter the phagocytosis, possibly due to modifications in membrane function, caused by high ROS production from neutrophils in the presence of total cysticerci. Total fraction from C. cellulosae is toxic for neutrophils as shown by the decrease in phagocytic capacity, probably caused by high levels of ROS formation. The difference in toxicity of total extract, scolex and membrane fractions on neutrophils can be explained by the presence of an antigenic effect of the vesicular fluid in the total extract of C. cellulosae.

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de contaminantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos contaminantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por contaminantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três contaminantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como contaminantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se usou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (526 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L).

Estudo do papel do ferro na proteína sensora de stress oxidativo - PerR

Fundação para a Ciência e a Tecnologia - projeto EXPL/BBB-BQB/0354/2012

Nanotechnological approaches using curcumin and Withania somnifera: neuroprotection and antimicrobial activities

Tese de Doutoramento em Biologia de Plantas