Efectes del fum de tabac envers el funcionalisme mitocondral: paper del monòxid del carboni

Abstract

Els mecanismes fisiopatològics del fum del tabac són poc coneguts. Alguns autors demostren un augment de radicals lliures (RL) i dany oxidatiu en relació al consum de tabac. La font serien molts components del fum del tabac, però també hi podria contribuir una disfunció mitocondrial. Pocs treballs analitzen les possibles alteracions mitocondrials en relació al fum del tabac però apunten cap a una probable interacció a nivell de la cadena respiratòria mitocondrial (CRM), implicant-ne una o més substàncies.<br/><br/>La hipòtesi és que el fum del tabac és tòxic per a la CRM. Donat que el monòxid de carboni (CO) és un dels principals components del fum del tabac i donada la gran afinitat del CO pel grup <i>heme</i>, les alteracions mitocondrials als fumadors s'haurien de trobar principalment a nivell del complex IV.<br/>Els objectius són analitzar el funcionalisme mitocondrial en fumadors crònics i la possible reversibilitat dels efectes del fum del tabac en abandonar el costum tòxic, investigar l'efecte agut del fum del tabac en persones no fumadores i finalment esbrinar el paper que pot tenir el CO en la patogènesi dels possibles efectes del fum del tabac envers el funcionalisme mitocondrial.<br/><br/>S'estableixen 4 grups de pacients: un grup de fumadors crònics sense patologia coneguda que abandonen el seu costum tòxic (A), un grup de voluntaris sans no fumadors que fumaran 5 cigarretes en 45min (B), un grup d'intoxicats per CO (C) i un grup de pacients no fumadors sotmesos a cirurgia ortopèdica per a col·locació de pròtesi de maluc (D). En tots es determinen nivells de carboxihemoglobina (COHb) mitjançant CO-oximetria i nivells de CO en aire exhalat (COAE) mitjançant un transductor electroquímic. Als grups A, B i C s'extrau una mostra de sang per a aïllar cèl·lules mononuclears mitjançant un gradient de Ficoll i quantificar el contingut proteic mitjançant el mètode de Bradford. Al grup D s'extrau una mostra de múscul per a aïllar mitocondris. Els estudis de funcionalisme mitocondrial es fan mitjançant espectrofotometria i polarografia i els de dany oxidatiu de membranes lipídiques mitjançant fluorimetria.<br/><br/>Els fumadors mostren una inhibició del 23% de l'activitat del complex IV en relació als no fumadors, a més, d'un major dany oxidatiu en forma de peroxidació lipídica. La inhibició de l'activitat del complex IV dels fumadors progressivament es va normalitzant en abandonar el consum de tabac.<br/>En consumir tabac els no fumadors es produeix una immediata disminució de l'activitat del complex IV que es recupera en 24h.<br/>Els pacients intoxicats per CO mostren una inhibició de l'activitat del complex IV del 78% acompanyada d'un augment de la peroxidació lipídica respecte els controls no fumadors. L'estudi de l'evolució temporal del funcionalisme mitocondrial de pacients intoxicats per CO, mostra una inhibició inicial dels complexes III i IV acompanyada d'una disminució de l'activitat oxidativa pels diferents substrats, i a més, que les activitats enzimàtiques romanen alterades en el temps però amb una tendència progressiva cap a la recuperació.<br/>Els mitocondris aïllats de múscul, en ser sotmesos a concentracions creixents de CO a 0, 50, 100 i 500ppm, mostren una inhibició de l'activitat del complex IV tant més important quan major sia la concentració de CO al que els mitocondris hagin estat exposats, no resultant-ne afectat cap altre complex de la CRM.<br/><br/>El fum del tabac altera el funcionalisme mitocondrial, principalment inhibint l'activitat del complex IV de la cadena respiratòria mitocondrial, essent en principi aquesta alteració reversible en deixar de fumar. En fumadors, aquesta alteració s'acompanya d'un augment del dany oxidatiu, cosa que no s'observa en no fumadors. El monòxid de carboni contingut al fum del tabac sembla ser el principal responsable d'aquesta toxicitat mitocondrial.

Reactive oxygen species are an important pathophysiologic mechanism of tobacco smoke. Tobacco smoke is a major source of this substances, but additionally any mitochondria dysfunction could contribute. There are few studies on the relationship between tobacco consumption and mitochondria activity then considering tobacco smoke as a mitochondria toxic. Since tobacco smoke is an important source of carbon monoxide (CO) and CO has "heme" affinity, main target in smoker mitochondria should be complex IV.<br/>The aim is to investigate mitochondria dysfunction in smokers and reversibility when stop smoking, the acute effects of tobacco smoke on non-smokers mitochondria, and the specific pathogenic mechanism of CO on the mitochondria respiratory chain (MRC) of human mitochondria.<br/>MRC function is studied in smokers (A), non-smokers (B), patients suffering from acute CO intoxication (C), and patients submitted to orthopaedic surgery (D). Carboxihaemoglobin and exhaled-CO levels are determined in all groups. Blood samples are obtained in groups A, B and C, and mononuclear cells are isolated by Ficoll's gradient and protein content is quantified according to Bradford's method. In group D, muscle sample is obtained and mitochondria are isolated. MRC function, respectively oxidative and enzymatic activities, is assessed by polarographic and spectrophotometric assays. Lipid membrane peroxidation as oxidative damage is assessed by fluorimetric assays.<br/>Results show a 23% of inhibition complex IV activity in smokers associated with an enhanced oxidative damage. Smoking cessation returns to normal levels enzyme activities. Non-smokers show a similar inhibition in complex IV activity immediately after smoking, that returns to initial levels in 24h. Patients suffering from acute CO intoxication show a 78% inhibition complex IV activity and an enhanced oxidative damage. When a follow-up is made, inhibition of complex activities remain large time but there is a tendency to improve. Finally, isolated mitochondria show a progressive inhibition of complex IV activity by increased exposures of CO concentrations, while other complexes are not affected.<br/>Tobacco smoke causes mitochondrial dysfunction, mainly through a reversible inhibition in complex IV activity. This finding coexists with an increased oxidative damage in smokers, but not in non-smokers. Carbon monoxide seems to be main responsible for the mitochondrial toxicity.