Sindromul metabolic si functia endoteliala

Sindromul metabolic si functia endoteliala

Cuprins:

Sindromul metabolic:

Definitie

Epidemiologie

Importanta sindromului metabolic

Endoteliul vascular

Introducere

Functiile endoteliului

Rolul disfunctiei endoteliale

Disfunctia endoteliala in sindromul metabolic

Introducere

Rolul insulinorezistentei in aparitia disfunctiei endoteliale in SM

Rolul hiperglicemiei in disfunctia endoteliala din SM

Rolul acizilor grasi liberi in disfunctia endoteliala din SM

Definitia SM

Sindromul metabolic sau sindromul de insulinorezistenta cum a mai fost definit, este o rezultanta intre anomaliile metabolice multiple asociate cu boala cardiovasculara. (1) Reprezinta o problema de sanatate publica, in SUA unul din trei adulti au SM.(2) 

Din 1988, cand Reaven(3) a facut prima descriere a SM, o multitudine de cercetari au fost efectuate in vederea intelegerii fiziopatologiei, epidemiologiei, implicatiilor prognostice, si strategiilor terapeutice. Cu toate acestea au ramas multe incertitudini, care au culminat cu negarea acestei entitati de catre unele organizatii.(4)

Prima definitie a SM a inclus urmatoarele componente: hiperglicemie, obezitate abdominala, hipertrigliceridemie, scaderea HDL-colesterolului si hipertensiune. Patogeneza SM are la baza insulinorezistenta, la care contribuie o serie de factori: viata sedentara, dieta si factori genetici.

In 1998, Asociatia Americana de Diabet, a propus ca SM sa includa: intoleranta la glucoza, obezitate centrala, dislipidemie (incluzand: hipertrigliceridemie, scaderea HDL-colesterolului, si cresterea LDL- colesterolului), hipertensiune arteriala, cresterea factorilor de protrombotici si antifibrinolitici si risc pentru ateroscleroza, dar nu au propus o definitie specifica sau limite pentru aceste tulburari.(

In 1999, Organizatia mondiala a sanatatii a definit componentele SM si a stabilit limitele acestor componente,(6) iar in 2003 U.S. National Cholesterol Education Program (NCEP) redefineste SM in ideea simplificarii aplicatiei ei clinice si imbunatatirea diagnosticului.(7) In ciuda acestor eforturi, nu exista un consens in ceea ce priveste componenetele SM.

Este si meritul profesorului Jean Vague care, in 1947, a atras atentia asupra importantei obezitatii abdominale. Anomalia centrala este cresterea grasimii viscerale care induce cresterea acizilor grasi liberi si insulinorezistenta. Aceste doua cai vor induce ele insele o cascada de modificari care afecteaza numerosi factori proateromatosi si modificari ale glicoreglarii, explicand riscul evolutiv spre diabet zaharat si complicatii cardiovasculare.

Au fost elaborate diferite definitii, pe parcursul anilor (tabelul 1), fara a se ajunge la un consens real pana acum. Definitia OMS din 1998 a pus in fata insulinorezistenta, iar cea NCEP-ATP III(7) a specificat criterii mai facile de utilizat (tabelul 2).

Tabelul I Definitiile sindromului metabolic

ICD-9'00 OMS'98 AHA'01 IDF'00 ADA'01 ATPIII'01

Insulinorezistenta + + + + + +

HDL + + + + + +

Hipertensiune + + + + + +

Trigliceride + + + - + +

Obezitate viscrala + + + - + +

Alterarea TTG - + + - + +

Diabet - + + + - -

LDL crescut - - - +

Tabelul 2 Diagnosticul sindromului metabolic-cele mai utilizate definitii :

Criteriile OMS (1998)

Rezistenta la insulina sau alterarea tolerantei la glucoza/glicemie bazala modificata sau diabet si 2 sau mai multe anomalii din urmatoarele :

TA ≥ 140/90 mmHg

- TG ≥150 mg/dl ≥ 1,7 mmol/l si sau valori ale HDL ≤ 35mg/dl ( ≤ 0,9 mmol/l) la barbati si ≤ 38 mg/dl (≤ 1,0 mmol/l la femei

Raport talie/sold> 0,90 la barbati ; >0,85 la femei si/sau IMC ≥ 30 kg/ m2

- Microalbuminurie : rata de excretie urinara a abuminei≥20 µg/min sau raportul albumina/creatinina≥30 mg/g.

Daca pacientul este normoglicemic, diagnosticul pozitiv presupune, pe langa cel putin doi factori prezenti din cei enumerati mai sus si confirmarea prezentei insulinorezistentei, definita prin indexul HOMA-IR(homeostasis model of insulinoresistance) si a formulei: insulinemie bazala (µU/ml)xglicemie bazala(mmol/l)/22,5.(8). Conform definitiei OMS, au fost descrise si alte componente ale sindromului metabolic: hiperuricemie, tulburarile de coagulare, nivelele crescute ale inhibitorului activarii plasminogenului(PAI-1), dar ele nu sunt necesare pentru diagnosticarea sindromului.

Criteriile NCEP (2001)

In 2001, conform National Cholesterol Education Program- adult Treatement Panel III (NCEP-ATP III), SM este definit prin prezenta concomitenta a cel putin trei din urmatoarele criterii :

Glicemie à jeun ≥6,1 mmol/l (≥110 mg/dl) ; modificata in 2003 in ≥ 100 mg/dl.

TA≥130/85 mmHg

TG ≥ 1,7 mmol/l (≥150 mg/dl)

HDL≤1,28 (50 mg/dl) la femei

≤ 1,0 (40 mg/dl) la barbati

Circumferinta taliei ≥ 102 cm la barbati

≥88 cm la femei

Aceasta definitie este mai usor de utilizat in practica clinica, pentru ca nu necesita efectuarea testului oral de toleranta la glucoza, determinarea microalbuminuriei sau a insulinemiei.Definitia presupune o abordare clinica, avand ca obiectiv reducerea impactului bolilor cardiovasculare asupra populatiei, comparativ cu definitia OMS, care prezinta o abordare fiziopatologica a SM. De la elaborarea ei, in anul 2001, definitia NCEP-ATP III a SM a fost cea mai utilizata in trialurile clinice.

Trebuie separat sindromul de insulinorezistenta, care poate insoti alte entitati ca de exemplu, ovarul polichistic si lipodistrofiile, de sindromul metabolic insasi, avand ca finalitate esentiala izolarea unei populatii cu risc cardiovascular crescut, in care situatie insulinorezistenta ramane piatra de temelie.

Sindromul metabolic este depistat in practica prin prezenta a cel putin trei din cinci criterii NCEP-ATP III. Pentru a simplifica mai mult, se poate retine notiunea de talie hipertrigliceridemica( descrisa de Desprès, care permite sa reperam usor pacientii care prezinta triada aterogena hiperinsulinemie- apo B crescute-LDL mici si dense. Aceste definitii s-au modificat pe parcursul timpului, spre exemplu circumferinta abdominala fixata la 102 cm pentru barbati in definitia NCEP-ATPIII, definitie americana, nu este adaptata populatiei europeene si nici celei asiatice. Trebuie deci sa modulam aceste definitii in functie de grupurile etnie, scopul primodial fiind de a repera in fiecare populatie grupul subiectiilor cu risc care trebuie supusi metodelor de preventie.

Echipa lui Desprès explica acest sindrom prin modul de viata actual, bazat pe reducerea excesiva a activitatii fizice, in timp ce aportul caloric este in crestere, de unde si cresterea grasimii abdominale formata de adipocite de mare talie reistente la insulina, grasime care va indue numeroase dezordini metabolice. Studiul Interheart(10), recent publicat confirma rolul predictiv al taliei, superior IMC. La originea sindromului metabolic se gasesc insulinorezistenta si obezitatea abdominala, acesti doi actori care pot fi legati intre ei, insulinorezistenta hepatica poate fi modulata prin eliberarea de catre tesutul adipos abdominal in circulatia splahnica a acizilor grasi liberi si a citokinelor.(IL6, TNFα). Conceptia actuala da prioritate grasimii viscerale, care prin fenomenul de lipotoxicitate, va declansa cascada celorlalti factori asociati, justificand denumirea de talie hipertrigliceridemica data de canadieni.

American Association of Endocrinologist(AACE) a elaborat in 2002 o alta definitie a SM, cu precizarea ca diagnosticul de SM depinde de judecata clinica, in functie de prezenta urmatoarelor criterii:(11)

- Supragreutate/ obezitate, cu IMC 25 kg/m²

TG ≥150 mg/dl

HDL-C scazut < 40 mg/dL la barbati si <50 mg/dL la femei

TA 130/85 mmHg

Valoarea glicemiei la 2 ore dupa incarcarea cu 75 g glucoza >140 mg/dL

Valoarea glicemiei a jeun intre 110 si 126 mg/dL

Alti factori de risc: antecedente heredo-colaterale de DZ tip 2, HTA sau boli cardiovasculare aterosclerotice, sindromul ovarului polichistic, sedentarism, varsta avansata, apartenenta la grupuri etnice cu risc crescut, pentru DZ tip 2 sau boli cardiovasculare aterosclerotice.

Definitia actuala a SM a fost elaborata sub patronajul Federatiei Internationale de Diabet (IDF), in 2005, conform careia diagnosticul SM presupune prezenta obezitatii abdominale (la populatia caucaziana, talie ≥ 94 cm la barbati si ≥ 80 cm la femei) si a cel putin doua din urmatoarele caracteristici: TG≥150 mg/dl, HDL-C < 50 mg/dl la femei si < 40 mg/dl la barbati, TA ≥ 130/85 mmHg sau HTA controlata, glicemie a jeun ≥100 mg/dl(5,6 mmol/l) sau DZ tip 2.(12)

Epidemiologia SM

Prevalenta sindromului metabolic variaza in functie de diverse studii, datorita predispozitiei probabil poligenice a populatiilor studiate, de expunerea lor la factori de mediu propice pentru dezvoltarea acestui sindrom, dar in egala masura si datorita criteriilor diagnostice utilizate si datorita grupelor de varste studiate, stiind ca frecventa creste cu varsta. De exemplu, studiul DESIR (13) gaseste o incidenta a sindromului metabolic de 16% la barbati si 11% la femei in Franta iar studiul MONICA de 22,5% si 18,5%.

Daca se vorbeste de diagnosticul sindromului metabolic, deci de definitia utilizata, atunci trebuie stiut ca in functie de definitia utilizata, prevalenta lui variaza sensibil in sanul aceleasi populatii. Astfel, intr-un studiu pe o populatie din l'ile Maurice prevalenta sindromului metabolic a fost de 10,6% la barbati, dupa definitia ATP III si 9 % dupa definitie EGIR si 20,9% daca se utilizeaza definitie OMS. Pe de alta parte preventa creste cu varsta si in anumite populatii, nivelul de obezitate este foarte diferit intre barbati si femei. In consecinta, simplu raport femei/barbati si varsta populatiei studiate vor face sa varieze mult prevalenta sindromului metabolic.

Utilizand datele din National Health and Nutrition Examination Survey III(NHANES III), la 8608 pacienti cu varsta > 20 ani, prevalenta SM conform definitiei OMS, a fost de 25,1% si conform definitiei NCEP-ATPIII de 23,9%.

In concluzie, SM poate fi diagnosticat la 1 din 4 adulti, interesand in mod egal femeile si barbatii.

Importanta SM

Studiile arata asocierea sindromului metabolic cu un risc crescut de aparitie a DZ tip 2, bolilor cardiovasculare, in special cardiopatia ischemica, dar si accidentelor vasculare cerebrale. De asemenea, SM se asociaza cu cresterea mortalitatii prin boli cardiovasculare dar si prin boli generale.

Recent s-a urmarit stabilirea incidentei evenimentelor cardiovasculare atribuite SM. Intr-o metaanaliza a riscului cardiovascular la pacientii cu SM Gami(1) si colaboratorii au analizat un numar important de studii cuprinzand 172.573 pacienti. Riscul cardiovascular si de mortalitate este de 1,78, asocierea fiind mai puternica la femei (2,63 RR vs 1,98) si in studiile in care s-a utilizat ca si criterii de SM cele propuse de organizatia mondiala a sanatatii(RR 2,68 si 2,06 vs. 1,67 pentru definitia National Cholesterol Education Program si 1,35 pentru celelalte definitii). Acestea au indicat un risc cardiovascular semnificativ crescut si mortalitate crescuta la cei cu SM.

2.1 Introducere

Endoteliul vascular este o structura monocelulara ce tapeteaza intreg arborele vascular. Nu este o simpla bariera anatomica intre sangele circulant si celulele musculare vasculare, ci joaca un rol esential intr-o multitudine de cai fiziologice fundamentale: hemostaza, transportul metabolitilor intre sange si tesuturi, fenomene de angiogeneza, repararea leziunilor vasculare, controlul tonusului muscular. Celulele endoteliale sunt foarte heterogene din punct de vedere fenotipic in functie de arborele vascular- venos sau arterial.

In conditii fiziologice, factori hemodinamici (presiunea arteriala, debit sanguin) sunt determinanti majori ce influenteaza biologia endoteliului, si acestia fie prin actiunea directa legata in principal de variatiile fluxului sanguin (stimuli mecanici), fie prin actiunea indirecta asociata cu modificarile locale de factori chimici (stimuli chimici). Printre stimuli chimici figureaza neurotransmitatori (acetilcolina, ATP, substanta P), hormoni sau peptide eliberate de celulele sanguine si de celulele vasculare (angiotensina, vasopresina, serotonina, trombina) si chiar si substantele eliberate de celulele endoteliale insasi (endotelina, bradikinina, aangiotensina, monoxide de azot). Concentratia in ioni de calciu controleaza sinteza si secretia de substante vasoactive a celulelor endoteliale. Studii recente au raportat ca in plus fata de cresterea rapida in concentratie a ionilor de calciu liberi in citosoli(Ca 2+i), evenimente independente de acesta, se pot manifesta stimuland celulele endoteliale, ca de exemplu stimuli fizici (raspunsul la fluxul sanguin).

Endoteliul capilar

Endoteliul capilar este mult mai permeabil decat cel al arterelor mari si decat a epiteliului, ceea ce faciliteaza difuziunea moleculara. Permeabilitatea lui difera in functie de variatiile de structura ale endoteliului, in functie de care se disting trei categorii.

Capilarele continue, care sunt cele mai putin permeabile, se gasesc in muschi, tesut nervos, plamani, tesut conjunctiv si glande exocrine. Capilarele continue din muschii scheletici, au un endoteliu cu grosime de 0,2-0,4 mm. celulele endoteliale sunt separate de fenestre de 0,4 nm. Majoritatea celulelor endoteliale contin numeroase vezicule de pinocitoza numite caveole cu diametru de 50-100 nm. Caveolele sunt descrise morfologic de Palade in 1953, ca niste invaginatii ale membrane plasmatice. Caveolele, mici cavitati ale membranei plasmatice, sunt observate in majoritatea tipurilor celulare si in particular, in celulele muscular netede si in endoteliu: sunt mult mai abundente in microcirculatie decat la nivelul vaselor mari. Caveolele au o compozitie biochimica unica care le distinge de restul membranei plasmatice. Ele sunt in principal compuse din colesterol, glicosfingolipide si sfingomielina, cu o cvasi-absenta a fosfolipidelor. Ele sunt acoperite de un strat de proteine membranare, unde se gaseste caveolina si proteine legate de glicosilfosfatidilinozitol.

Pasajul substantelor ce traverseaza peretele capilarelor continue, se poate realiza fie direct, fie prin intermediul celulelor endoteliale. Poate sa existe in plus ca si in celulele capilare cerebrale, un transport activ a glucozei si a anumitor aminoacizi. Caveolele celulelor endoteliale participa la transferul moleculelor mari in traversarea peretelui capilar.

Capilarele fenestrate, de permeabilitate intermediara, se gasesc in glomerulii renali, intestine, glande endocrine. Celulele endoteliale sunt de asemenea traversate de pori, permeabili la toate lichidele organice, cu exceptia moleculelor proteice mari si a hematiilor. Membrana bazala a endoteliului fenestrat, de obicei continua, constituie o bariera secundara limitand pasajul subtantelor. Ultrafiltratul renal este elaborat datorita acestei bariere endoteliale.

Capilarele sinusoide, cele mai permeabile, sunt prezente in ficat, maduva osoasa, splina, ganglioni limfatici si cortex suprarenalian. Endoteliul capilarelor sinusoide caracterizate prin absenta veziculelor, comporta discontinuitate paracelulara care se prelungeste in membrana bazala. Transferul substantelor se face in principal intre celulele endoteliale multumita acestor largi discontinuitati paracelulare. Rezulta ca lichidul interstitial din jurul capilarelor hepatice are aceasi compozitie ca si plasma.

Fenestrele, porii si discontinuitatile paracelulare ale peretilor capilari, pe care substantele le trec difuzand liber, au o largime de 4 nm, dar singure moleculele cu diametru inferior pot sa treaca, indicand un mecanism de filtraj suplimentar. Diametrul acestor discontinuitati, variaza in functie de natura capilarului, astfel sunt mai mai mari la nivelul versantului venos comparativ cu cel arterial. Inflamatia sau alte substante diverse (histamine, bradikinina, prostaglandine) cresc dimensiunea lor, la extremitatea venoasa, facandu-le foarte permeabile.

Endoteliul arterial

Endoteliul arterelor mari de conductanta este foarte sensibil la factorii mecanici. Fluxul sanguin exercita o forta asupra endoteliului direct proportionala cu viteza sangelui, vascozitatea sanguina si invers proportional cu marimea calibrului arterial. Fortele de forfecare conditionaza arhitectura celulelor endoteliale. Astfel, la nivelul sinusului carotidian si la nivelul bifurcatiilor arterelor, unde fluxul nu este laminar si fortele de forfecare slabe, celulele endoteliale au aspect de « piatra de pavaj », favorizand localizarea cu predilectie a placii de aterom.

Functiile endoteliului vascular

In anul 1980, Furchgott si Zawadzki demonstrau rolul esential pe care il are endoteliul vascular in vasodilatatia produsa de acetilcolina, revolutionand fiziologia cardiovasculara.(14) Ulterior multiple studii privind acest "organ" active au aratat ca disfunctia celulelor endoteliale si consecintele acesteia, rigiditatea si remodelarea arterial, constituie cheia in aparitia si progresia bolilor cardiovasculare, iar ameliorarea acestora reprezinta o importanta tinta terapeutica.

Endoteliul normal regleaza homeostazia vasculara prin sase functii majore: (1) modularea permeabilitatii vasculare;(2) modularea tonusului vasomotor;(3) modularea homeostaziei coagularii; (4) reglarea inflamatiei si imunitatii; (5) reglarea cresterii celulare;(6) oxidarea LDL-colesterolului. Aceste functii se realizeaza prin intermediul a numerosi mediatori dintre care cel mai studiat este oxidul de azot (NO).

Secretia endoteliala de NO este in principal catalizata de NO-sintaza izoforma endoteliala(eNOS), desi endoteliul are capacitatea de a elibera NO si prin actiunea NO-sintetazei izoforma inductibila (iNOS), in special in prezenta unei conditii proinflamatorii. NOS transforma L-arginina in L-citrulina si NO. eNO poate fi inhibata competitiv prin analogi ai L-argininei, cum ar fi N-monometil-L-arginina(L-NMMA).(15) Sinteza si eliberarea NO din endoteliul vascular poate fi stimulata de diversi mediatori neuroendocrini (acetilcolina, substanta P, bradikinina), precum si de factori mecanici (de exemplu stresul de forfecare). Acestia sunt folositi in cadrul tehnicilor de evaluare a functiei endoteliale. Odata eliberat, NO determina relaxarea celulelor musculare netede prin activarea guanilat ciclazei si cresterea intracelulara a guanozin 3,5 mono fosfatului, ducand la asa numita vasodilatatie dependenta de endoteliu/NO dependenta. Nitratii anorganici, ca de exmplu nitroprusiatul de sodium sau nitroglicerina, pot activa aceeasi cale reprezentand insa donori externi de NO si realizand asa numita vasodilatatie independenta de endoteliu(NO independenta).

Totodata, NO are actiune antitrombotica, inhiba proprietatile fibrotice ale angiotensinei II si endotelinei I prin down-regulation a receptorilor pentru aceste molecule, si are actiune antiinflamatorie prin inhibarea NF-kB.

NO are multiple roluri si la nivelul cordului, atat prin medierea vasodilatatiei coronariene, cat si prin reglarea functiei sistolice si diastolice a ventriculului stang sau a functiei cardiace cronotrope. Studii recente arata ca diverse tipuri de celule cardiace contin cel putin una dintre cele trei forme de NOs, si anume: eNOS, iNOS si nNOS.(16) Astfel, terminatiile nervoase simpatice exprima pe suprafata lor nNOS, care regleaza eliberarea catecolaminelor la nivelul cordului si creste raspunsul la stimularea beta adrenergica. Cardiomiocitele contin eNOS, ce determina inhibarea cresterii celulare, a agregarii plachetare sau a adeziunii monocitelor. In acelasi timp, se produce scaderea consumului miocardic si inhibarea actiunii inotrop pozitiva indusa de stimularea catecolaminergica. In acest mod, atat eNOS cat sin NOS contribuie la mentinerea in limite normale a cuplarii excitatie-contractie si a mecanismelor Frank-Starling. Expresia de iNOS este stimulata in orice tip de celula cardiaca in prezenta unor citokine proinflamatorii. In consecinta, la concentratii fiziologice, NO pare a avea un efect inotrop pozitiv, in timp ce concentratii mai mari ale acestuia determina reducerea contractilitatii miocardului. In acelasi timp, NO poate regla intinderea fibrelor musculare si astfel contribuie la cresterea functiei cardiace diastolice.(17) Stratul celulelor musculare netede are multiple functii, incluzand reglarea tonusului vasomotor ca raspuns la diversi stimuli, sinteza colagenului si a elastinei, elaborarea factorilor de crestere si a citokinelor, precum si migrarea si proliferarea intimala. Astfel, acesta reprezinta un determinant important al elasticitatii arteriale. Activitatea contractila a celulelor muscular netede este mediata de filamentele citoplasmatice care contin actina si miozina, iar cea de migrare si proliferare intimala este reglata de promotorii sau inhibitorii cresterii celulare.

Rolul celulelor endoteliale:

Modularea permeabilitatii vasculare

Modularea tonusului vasomotor:

-vasodilatatie: NO, prostaciclina, EDHF/MHF, peptidul natriuretic C

-vasoconstrictie: endoteline(ET-1), angiotensina II, tromboxanul A2, ROS.

Modularea homeostaziei coagularii:

-anticoagulante/antitrombotice:NO, prostaciclina, trombomodulina, avtivatorul plasminogenului, molecule heparin like

- protrombotice: factorul VIII-vWF, factorul tisular, PAI

Reglarea inflamatiei si imunitatii: NO, IL-6, IL-8, IL-1, molecule de adeziune intercelulara, E-selectina, P-selectina, NF-kB, antigene de histocompatibilitate

Reglarea cresterii celulare

Stimularea cresterii:PDGF, CSF, FGF

Inhibarea cresterii: NO, TGF-b, heparina

Oxidarea LDL-colesterol

Functia de reglare a tonusului vascular:

Principala functie a endoteliului vascular sanatos este aceea de vasodilatatie. Oxidul nitric este cea mai importanta substanta vasodilatatoare produsa de celulele endoteliale. Initial, a fost denumita de Furchgott si Zawadzki EDRF(endothelium derived relaxing factor), apoi grupul Moncada(18) si Ignarro a identificat aceasta substanta ca fiind NO, radical liber gazos cu rol de mediator pentru numeroase substante relaxante pentru muschiul vascular neted, ca si: bradikinina, histamina, serotonina, acetilcolina si ATP. Putem considera deci, ca oxidul nitric este un derivat nitric endogen, generat de endoteliu vascular si care antreneaza relaxarea localizata a celulelor musculare netede si inhibarea agregarii plachetare.(19)

Oxidul nitric este sintetizat in celulele endoteliale din L-arginina sub actiunea enzimei NO-sintetaza endoteliala(seNO). L-arginina este furnizata celulelor de transportori specifici de aminoacizi cationici, numit sistemul y+. Celulele endoteliale sunt relative putin dependente de L-arginina extracelulara, intrucat poseda echipament enzimatic nescesar transformarii reciproce a L-citrulinei in L-arginina.In aceasta reactie azotul terminal al gruparii guadinice a L-argininei da nastere NO. Aceasta reactie are nevoie de prezenta de oxigen molecular si de anumiti cofactori, incluzand calmodulina, tetrahidrobiopterina (THB4), NADPH, dinucleotida flavin-adenin, mononucleotida flavinica. Ca si produs secundar, din aceasta reactie rezulta L-citrulina.(20) Vasodilatatia se realizeaza prin activarea guanilat ciclazei solubile de catre NO endotelial. Sintetaza NO endoteliala este activata prin activarea calciului ionic.(Ca2+), care rezulta prin activarea unui receptor membranar in care mesagerii secunzi sunt: inositol trifosfatul si diacilglicerolul.

Se cunosc la ora actuala, trei forme de NOS: NOS I sau NOS neuronala, NOS III sau endoteliala si NOS II sau inductibila, care este exprimata in principal dupa inducerea de catre cytokine proinflamatorii. Cele trei forme de NOS sunt codificate de trei gene diferite care prezinta intre ele 50-60% aceeasi secventa peptidica. Aceste enzime sunt complexe avand unele proprietati comune. Ele poseda un loc de recunoastere pentru calmodulina, ceea ce explica absoluta nevoie a Ca2+ si a calmodulinei pentru activarea NOS endoteliale si neuronale. In schimb, activitatea NOS inductibile este independenta de Ca2+ liber extracellular, ceea ce face legarea sa puternica de calmodulina. In timp ce multiple enzime de oxidare utilizeaza un singur    donor de electron, oxidarea L-argininei in NO de catre NOS este o reactie de oxidare implicand cinci electroni, pe langa complexul Ca-calmodulina si alti multiplii cofactori. Secventa de aminoacizi a celor trei izoforme de NOS releva ca fiecare are un loc de fixare pentru NADPH, unul pentru flavin adenin dinucleotid, unul pentru flavin mononucleotid si unul pentru hem(protoporfirina IX). Cei doi electroni donati simultan de NADPH sunt transferati la flavine si sunt stocati tranzitor, apoi sunt transferati la hem. Intr-un prim timp, hemul catalizeaza oxidarea argininei in NG-hidroxi-L-arginina. In al doilea timp, NG-hidroxi-L-arginina este obiectul unui atac nucleofil la nivelul extremitatii sale guanidino-carbonate cu generarea citrulinei si NO. Interactiunea NO cu hemul NO sintazei, antreneaza un feedback negativ al sintezei sale.

NO este eliberat continuu la la nivelul vaselor sanguine datorita fortelor de forfecare generate de curgerea sangelui in contact cu endoteliu, fenomen la originea vasodilatatiei dependente de flux. Aceste forte de forfecare, care actioneaza la suprafata celulelor endoteliale, reprezinta un puternic activator al transcriptiei genei de la nivelul NOS endoteliale. Activarea eNOS prin stresul de forfecare se realizeaza prin fosforilarea enzimei de PKB/Akt la nivelul serinei 1177(Dimmeler S, Fleming I, Fisslthaler et al.Activation of nitric oxide synthase in endothelial cells by Akt-dependent phosphorylation.Nature 1999 ; 399 :601-5.), dar multiplii alti stimuli activeaza NOS endoteliala prin acelasi mecanism : bradikinina, estradiolul, statinele.(Schulz R, Rassaf T, Massion PB, et al. Recent advances in the understanding of the role of nitric oxide in cardiovascular momeostasis. Pharmacol Ther 2005 ; 108 :225-56.)

Endoteliului vascular joaca un rol important in controlul adeziunii si agregarii plachetare prin eliberarea paracrina de NO si prostaciclina. Efectele NO asupra plachetelor sunt mediate de guanosin monofosfat ciclic. In plus, plachetele sunt capabile ele insele sa sintetizeze NO autocrin, pornind de la NOS local, cand sunt activate de : colagen, ADP, trombina. Prin diminuarea calciului indusa de sinteza intraplachetara de NO si formarea de GMPc, agregarea plachetara scade, completand astfel actiunea antiagreganta a NO de origine endoteliala.

2.3 Rolul disfunctiei endoteliale

Disfunctia endoteliala este definita ca reducerea biodisponibilitatii substantelor vasodilatatoare, in particular a NO si cresterea celor vasoconstrictoare. Alaturi de consecintele sale structurale si functionale, remodelarea si rigiditatea arteriala, reprezinta legatura dintre factorii de risc cardiovasulari si initierea aterosclerozei, precum si elementul principal care determina complicarea acesteia.

Mecanismele de reducere a biodisponibilitatii NO pot fi rezumate astfel:

Diminuarea producerii de NO:

a.       Deficit de arginina, substratul NO sintazei endoteliale

b.      Acumularea inhibitorilor endogeni de eNOS(ADMA)

c.       Deficit de cofactori ai NOS endoteliale-tetrahidrobiopterina

d.      Diminuarea expresiei eNOS

e.       Alterarea cailor de transductie a semnalului coducand la activarea eNOS

Cresterea degradarii NO(stressul oxidativ):

a.       "necuplarea" NO sintetazei endoteliale

b.      Expresia NADPH oxidazei

c.       Cresterea activitatii xantinoxidazei.

In principal, reducerea biodisponibilitatii NO poate fi datorata mai multor factori: scaderea productiei de eNOS, blocarea cofactorilor necesari sintezei de eNOS si degradarea sau inactivarea in exces a NO de catre speciile reactive de oxigen(SRO).(21) Cresterea productiei de SRO, superoxid, ionul peroxid sau radicalii liberi de peroxil, reprezinta principala cauza a scaderii biodisponibilitatii NO in bolile cardiovasculare.(22) Cresterea stresului oxidativ asociat factorilor de risc cardiovasculari duce la aparitia leziunilor vasculare si cresterea permeabilitatii celulelor endoteliale disfunctionale pentru particulele de LDL-colesterol, urmate de oxidarea acestora in intima arteriala. In consecinta, sunt eliberate o serie de factori de crestere celulara si profibrotici, stimulandu-se astfel proliferarea celulelor musculare netede si a producerii de colagen in exces, cu initierea formarii placii de aterom.(23) Acest fenomen determina remodelare arteriala, cu cresterea grosimii intima-medie, urmata de diminuarea distensibilitatii arteriale, asa numita rigidizare arteriala precoce.(24)

Sindromul metabolic si disfunctia endoteliala

3.1 Introducere

Numeroase anomalii metabolice intalnite in sindromul metabolic, cuprinzand hiperglicemia, excesul de acizi grasi si insulinorezistenta, determina anomalii in functia celulelor endoteliale prin afectarea sintezei sau degradarii oxidului nitric.(25)

Desi mecanismul precis prin care sindromul metabolic produce disfunctie endoteliala ramane sa fie elucidat, exista numeroase posibilitati de a produce afectarea endoteliului vascular si de a creste riscul cardio-vascular la acesti pacienti. Cele mai frecvente anomalii metabolice, hormonale, hemostatice la pacientii cu sindrom metabolic si care pot contribui la disfunctia endoteliala sunt (26):

Hiperinsulinemia

Hiperglicemie

Cresterea acizilor grasi

Hipertrigliceridemie

Scaderea HDL colesterolului

Cresterea LDL colesterolului cu particule mici si dense

Cresterea apolipoproteinei B

Cresterea nivelului factorului de crestere al insulinei-1

Cresterea nivelului angiotensinei II tisulare

Cresterea inhibitorului activatorului plasminogenului-1

Cresterea proteinei C reactive

Cresterea stresului oxidativ.

Mecanismele celulare care sunt potential implicate in disfunctia endoteliala la pacientii cu SM sunt:

scaderea sintezei de oxid nitric

scaderea raspunsului la oxidul nitric

scaderea NADPH

cresterea degradarii oxidului nitric

scaderea activitatii Na+K+ATPazei

cresterea protein kinazei C

cresterea stresului oxidativ

scaderea antioxidantilor

cresterea produsilor finali de glicare avansata

3.2 Rolul insulinorezistentei in aparitia disfunctiei endoteliale din SM

Cele mai multe din anomaliile care sunt intalnite la pacientii cu SM sunt secundare insulinorezistentei, care este defectul primar. Cresterea nivelului de insulina care rezulta din insulinorezistenta activeaza sistemul simpatoadrenergic precum si sistemul renina-angiotensina; acestea pot conduce la o varietate de modificari hemodinamice, metabolice si vasculare incluzand disfunctia endoteliala. Insulina stimuleaza producerea de oxid nitric de catre celulele endoteliale prin cresterea activitatii sintetazei oxidului nitric pe calea activarii fosfatidilinositol-3 kinasei. Hiperinsulinemia si insulinorezistenta joaca un rol important in disfunctia endoteliala. Desi in stare fiziologica, insulina stimuleaza sinteza de oxid nitric si creste vasodilatatia mediata de oxidul nitric, aceasta actiune este micsorata sau inversata in situatia de insulinorezistenta cum se intalneste in SM. Cu toate ca mecanismul precis prin care insulinorezistenta produce disfunctie endoteliala ramane sa fie elucidat, a fost sugerat ca, in plus fata de scaderea sintezei si raspunsului la oxid nitric, insulinorezistenta este asociata cu cresterea productiei de endotelina 1, care poate cauza vasoconstrictie si joaca un rol important in dezvoltarea hipertensiunii arteriale.

Insulina, prin legarea de receptorul sau, va activa doua cai diferite :

Calea PI3kinaza : activarea acestei cai in alte tesuturi ca de exemplu in muschi, conduce la cresterea captarii si utilizarii glucozei. Activarea acestei cai in celulele endoteliale conduce la cresterea sintezei de NO.

Calea MAPkinazei : care va conduce la cresterea proteinelor inflamatorii, de la proliferare celulara, la PAI-1.

Alterarea balantei intre aceste doua cai poate explica asocierea intre insulinorezistenta si disfunctie endoteliala. Daca s-ar utiliza in vitro inhibitori specifici ai caii PI3kinazei, legarea insulinei de receptorul sau de la suprafata celulelor endoteliale, se insoteste de o diminuare a transcriptiei NO-sintetazei cu inversarea activarii caii MAP kinazei, conducand la o supraexpresie a moleculelor de adeziune si aderenta monocitelor la endoteliu. Alte studii sunt necesare pentru o mai buna cunoastere a mecanismelor implicate in alterarea peretelui vascular in insulinorezistenta.

Alt mecanism prin care insulinorezistenta determina disfunctie endoteliala este initierea inflamatiei si in principal nivelul seric al proteinei C reactive, care se pare ca este in relatie cu insulinrezistenta. Particulele de LDL cholesterol in prezenta PCR sunt preluate de macrofage si transformate in celule spumoase in spatiul subendotelial. Oxidarea particulelor de LDL poate creste nivelul proteinelor care stimuleaza endoteliul sa intensifice preferential productia de ADMA in loc de NO(Triggle CR, Ding H, Anderson TJ. The endothelium in health and disease; A discussion of the contribution of non-nitric oxide endothelium-derived vasoactive mediators to vascular homeostasis in normal vessel and in type II diabetes. Mol Cell Biochem 2004;263:21-27.)

Un alt mechanism prin care insulinorezistenta afecteaza endoteliul vascular este acela al cresterii productiei de radicali liberi de oxigen si de eliberare in exces de acizi grasi din tesuturile adipoase care produc si ei in final radicali liberi de oxigen ce inhiba productia de NO(Barzilay JI, Freedland ES. Inflammation and its relationship to insulin resistance, type 2 diabetes mellitus and endothelial dysfunction Review. Metabolic syndrome and related disorders Volume 1, Nr. 1;2003; Mary Ann Liebert, Inc. 54-67.)

3.3 Rolul hiperglicemiei in disfunctia endoteliala din SM

Disfuctia endoteliala indusa de hiperglicemie este mediata de cresterea stresului oxidativ, un promotor al inflamatiei adventitiale si a neovascularizatiei in vasa vasorum la modele experimentale de ateroscleroza la diabetici. Studii recente au aratat cresterea inflamatiei, neovascularizatiei si hemoragiilor in placa la pacientii diabetici cu ateroscleroza. Factorul tisular, cel mai potent declansator al cascadei coagularii este crescut la pacientii diabetici cu control glicemic nesatisfacator. Microparticulele circulante ale factorului tisular sunt de asemenea asociate cu apoptoza placii de catre macrofage, inchiderea verigii dintre inflamatie, ruptura placii si trombogenitatea sanguina. Lipoproteinele cu densitate mare, responsabile de transportul colesterolului liber sunt reduse la pacientii cu insulinorezistenta si diabet.

Cinci mecanisme moleculare sunt implicate in disfunctia endoteliala produsa de hiperglicemie:

I.           activarea protein kinazei C pe calea diacilglicerolului

II.        cresterea caii hexosaminelor

III.     cresterea glicarii avansate si formarii produsilor finali ai glicarii

IV.     cresterea caii poliol

V.        activarea factorului proinflamator al transcriptiei nucleare factorul nuclear kappa B (28).

Una din caile prin care hiperglicemia produce disfunctie endoteliala este calea poliol; aceasta conduce la depletie in NADPH, care este esential pentru regenerarea moleculelor antioxidante (ca si glutation, tocoferol, acid ascorbic) si este cofactor al sintezei de oxid nitric endotelial.(29). De asemenea se produce o crestere a raportului NADH/NAD+ care rezulta din scaderea activitatii Na+K+ATPazei.

Hiperglicemia de asemenea creste sinteza de diacilglicerol care poate activa un important semnal transductor pe calea protein kinazei C. Activarea caii proteinkinazei C poate conduce direct la scaderea NO sintetazei endoteliale si la cresterea producerii de endotelina 1 (30). Aditional, calea proteinkinazei C poate determina producerea unor variati factori de crestere ca si: factorul de crestere endotelial (VEGF), factorul de crestere epidermal (EGF), factorul de crestere (TGF-ß) care joaca un rol important in procesul de remodelare vasculara. In final, activarea caii proteinkinazei C pare sa fie cel mai important factor responsabil pentru producerea unor multiplii factori protrombotici, ca si factorul von Willenbrand, inhibitorul activatorului plasminogenului 1(PAI 1), factorul X si fibrinogenul.

Hiperglicemia de asemenea este asociata cu alte multiple modificari moleculare, incluzand productia produsilor finali de glicare, care pot creste susceptibilitatea LDL colesterolului la oxidare si activarea receptorilor care sunt responsabili pentru eliberarea interleukinei 1(IL-1), factorului de necroza tumorala (TNF- ) si factori de crestere care pot stimula migrarea si proliferarea celulelor musculare netede(31).

Rolul acizilor grasi liberi in disfunctia endoteliala din SM

Nivelul circulant al acizilor grasi liberi este crescut in SM datorita eliberarii lor in exces de catre tesutul adipos si diminuarea utilizarii lor de muschiul scheletal. Acizii grasi liberi produc disfunctie endoteliala prin mai multe mecanisme, cuprinzand (32):

cresterea productiei de radicali liberi de oxigen

activarea protein kinazei C

exacerbarea dislipidemiei

Exista numeroase consecinte fiziopatologice ale disfunctiei endoteliale: scaderea productiei de oxid nitric, scaderea productiei de prostaciclina, cresterea productiei de: endotelina 1, factor de crestere endoteliala, factorul epidermal de crestere, factorul de crestere: TGF-ß, interleukina-1, factorul de necroza tumorala TNF-α, moleculele de adeziune vasculara, cresterea stresului oxidativ, radicalilor liberi de oxigen, glicarea, oxidarea proteinelor antioxidante, creste productia de factor von Willenbrand, creste productia inhibitorului activatorului plasminogenului 1, scade productia tisulara de activator al plasminogenului.

Aceste modificari includ alterarea celor mai importante cai implicate in remodelarea vasculara si ulterior in riscul de evenimente cardio-vasculare. In prezent nu este clar precizat rolul fiecarui din aceste componente care pot altera endoteliul vascular in SM; oricum este dovedit ca o multitudine de anomalii actioneaza impreuna la cresterea riscului de boala vasculara si ulterior la cresterea riscului de morbiditate si mortalitate cardiovasculara la pacientii cu SM.

Intr-un studiu recent(33), Suzuki si colaboratorii au aratat ca SM se asociaza cu incidenta crescuta a evenimentelor cardiovasculare si ca disfunctia endoteliala evaluata neinvaziv(FMD) la acest pacienti poate fi utilizata pentru a identifica pacientii cu risc cardiovascular crescut.

BIBLIOGRAFIE:

1.Gami A.S., Witt B.J., Howard D.E, et. al. Metabolic syndrome and risk of incident cardiovascular events and death-J Am Coll Cardiol, 2007;49:403-14.

James PT, Rigby N, Leach R. The obesity epidemic , metabolic syndrome and future prevention strategies. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2004;11:3-8. Jorgensen ME, Borch-Johnsen K. The metabolic syndrome-is one global definition possible? Diabet Med 2004;21:1064-5.

3. Reaven GM. Role of insulin resistance in human disease. Diabetes 1988;37:1595-607.

Kahn R, Buse J, Ferrannini E, Stren M. The metabolic syndrome : time for a critical appraisal :joint statement from the American Diabetes Association and the European Association for the Study of Diabetes Care 2005;28:2289-304.

5. American Diabetes Association. Consensus Development Conference on Insulin Resistance. November 5-6, 1997. Diabetes Care 1998;21:310-4.

6. Alberti KG, Zimmet PZ. Definition, diagnosis and classification of diabetes mellitus provisional report of WHO consultation. Diabet Med 1998;15:539-53.

7. Expert Panel on Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Cholesterol in adults. Executive summary of the Third Report of The National Cholesterol Education Program (NCEP) Expert Panel on Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Cholesterol in Adults(Adult Treatment Panel III). JAMA 2001;285:2486-97.

8.Matthews DR, Hosker JP, Rudenski AS et al. Homeostasis model assessment: insulin resistance and beta-cell function from fasting plasma glucose and insulin concentrations in man. Diabetologia 1985;28:412-419.

9. Lemieux I, Pascot A, Couillard C, et al. Hypertriglyceridemic waist: a marker of the atherogenic metabolic triad (hyperinsulinemia, hyperapolipoprotein B, small dense LDL) in men? Circulation :179-84.

10. Yusuf S, Hawken S, Ounpuu S, Dans T, Avezum A, Lanas F, et al. Effect of potentially modifiable risk factors associated with myocardial infarction in 52 countries (the interheart study): case-control study. Lancet 2004; :937-52.

Bloomgarden ZT.American Association of Endocrinologist(AACE) Consensus Conference on the Insulin Resistance Syndrome, 25-26 august 2002, Washington DC. Diabetes Care 2003;26:1297-1303.

12. The International Diabetes Federatin consensus wordwide definition of the Metabolic Syndrome. Available at:

Balkau B, Vernay M, Mhamdi L, Novak M, Arondel D, Vol S,et al. The incidence and persistence of the NCEP (nationalcholesterol education program) metabolic syndrome. The french DESIR study. Diabetes Metab 2003; :526-32.

Furchgott RF, Zawadzki JV. The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle acetylcoline. Nature 1980; 288:373-376.

15. Heiss C, Kleinbongard P, Dejam A, et al. Acute consumption of flavonol-rich cocoa and the reversal of endothelial dysfunction in smokers. J Am Coll Cardiol 2005;46:1276-1283.

16. Raij L. Nitric oxide in pathogenesis of cardiovascular disease. J Clin Hypertens 2006 ;8 :30-39.

Monnink SH, van Haelst PL, van Boven AJ, et al. Endothelial dysfunction in patients with coronary artery disease: A comparison of three frequently reported tests. J Investig Med 2002; 50: 19-24.

18. Moncada S, Palmer RMJ, Higgs EA. Nitric oxide: physiology, pathophysiology and pharmacology. Pharmacol Rev 1991;43:109-42.

19. Radomski MW, Palmer RMJ, Moncada S. The anti-aggregating properties of vascular endothelium: interactions between prostacyclin and oxid nitric. Br J Pharmacol 1987;92:639-46.

20. Wang BY, Ho HK, Lin PS et al. Regression of atherosclerosis. Role of nitric oxide and apoptosis. Circulation 1999;99:1236-41. Davignon J, Ganz P. Role of endothelial dysfunction in atherosclerosis. Circulation 2004;109:III27-III32.

Cai H, Harrison DG. Endothelial dysfunction in cardiovascular disease: the role of oxidant stess. Circ Res 2000;87:840-844.

22. Maadamanchi NR, Vendrov A, Runge MS.Oxidative stress and cardiac disease. Arteriosler Thromb Vasc Biol 2005;25:29-38.

Hansson GK. Inflammation, atherosclerosis and coronary artery disease. N Engl J Med 2005;352: 1685-1695.

24. Willkinson IB, Franklin SS, Cockcroft JR. Nitric Oxide and the regulation of large artery stiffness. Hypertesion 2004; 44 :112-116.

Creager MA, Luscher TF, Casentino F, Beckman JA. Diabetes and vascular disease: pathophysiology, clinical consequences, and medical therapy:part I.Circulation 2003;108:1527-32.

26. Deedwania PC. Metabolic syndrome and vascular disease: is nature or nurture leading the new epidemic of cardiovascular disease? Circulation 2004; 109:2-4.

27. Charriere S., Bernard S. Physiology of metabolic syndrome, EFES 2003-6^e congres europeen d'Endocrinologie, Lyon, 26-30 avril 2003

Du XL, Matsumura T, Edelstein D, et al. Inhibition of GAPDH activity by poly(ADP-ribose) polymerase activates three major pathways of hyperglicemic damage in endothelial cells. J Clin Invest 2003;112:1049-57.

29. Guerci B, Bohme P, Kearney-Schwartz A, Zannad F, Drouin P. Endothelial dysfunction and type 2 diabetes. Diabetes Metab (Paris) 2001;27:436-47.

30. Park JY, Takahara N, Gabriele A, Chou E, Naruse K, Suzuma K, et al. Induction of endothelin-1 expression by glucose. An effect on protein Kinase C activation. Diabetes 2000; 49;1239-48.

31. Deedwania PC. Diabetes is a vascular disease: the role of endothelial dysfunction in pathophysiology of cardiovascular disease in diabetes. Cardiol Clin 2004;22:505-509.

32. Inoguchi T, Li P, Umeda F, et al. High glucose level and free fatty acid stimulate reactive oxygen species production through protein kinase C- dependent activation of NAD(P)H oxidase in cultured vascular cells. Diabetes 2000; 49:1939-1945.

33. Suzuki T, Hirata K, Elkind M,et al. Metabolic syndrome, endothelial dysfunction, and risk

of cardiovascular events: The Northern Manhattan Study (NOMAS), Am Heart J 2008;0:1-6.