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El Óxido Nítrico y la Formación de Células Óseas

El óxido nítrico (NO, por sus siglas en inglés) es una molécula simple que consta de un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno, lo que lo hace aún más simple que el agua. La investigación sobre los efectos de esta pequeña pero importante molécula comenzó en la década de 1970 cuando los científicos comenzaron a examinar por qué los vasos sanguíneos se relajaban cuando se añadían ciertos compuestos. Esto llevó al descubrimiento de NO y sus sorprendentes efectos en el cuerpo, y el óxido nítrico fue nombrado como la molécula del año en 1992.   En 1998, veinte años después del inicio de esta investigación, se otorgó un Premio Nobel a estos investigadores por sus descubrimientos innovadores con respecto al óxido nítrico. Durante las últimas dos décadas, la investigación de NO ha seguido creciendo y ha habido un aumento exponencial en el número de publicaciones sobre esta molécula fascinante. Algunos de los efectos del óxido nítrico que promueven la salud incluyen aumento de la circulación, disminución de la presión arterial, mejor digestión, aumento de la libido, mejora del sistema inmunológico y huesos más fuertes.

Cómo se Produce el Óxido Nítrico en el Cuerpo

El método convencional de síntesis del óxido nítrico es a partir del aminoácido L-Arginina (ver la figura 1) La L-arginina se oxida a través de una serie de pasos que involucran una familia de enzimas llamadas óxido nítrico sintasas (NOS). Hay esencialmente tres isozimas denominadas NOS comunes; estass son iNOS, eNOS y nNOS. Cada una de estas enzimas desempeña un papel diferente en la generación de NO en diferentes tejidos como los nervios, el endotelio o los vasos sanguíneos, o según se solicite. En cada caso, sin embargo, se requieren condiciones de oxígeno normales (también llamadas “normoxia”), así como un nivel de pH de neutro a alto (alcalino). Cuando se cumplen estas condiciones, la conversión dependiente de NOS de la L-arginina se produce de manera eficiente.   La producción de óxido nítrico es la razón principal de la ingesta dietética de L-arginina. Sin embargo, en condiciones de bajo nivel de oxígeno (también llamada “hipoxia”), la conversión de L-Arginina a óxido nítrico está muy limitada. Las condiciones de bajo oxígeno pueden ocurrir por una variedad de razones. Por ejemplo, el bloqueo parcial o completo de un vaso sanguíneo (isquemia), las condiciones de ejercicio físico extremo o las altitudes elevadas pueden reducir el flujo sanguíneo y, por lo tanto, reducir el suministro de oxígeno a los tejidos y las células del cuerpo. Además, tales condiciones de bajo nivel de oxígeno también están acompañadas por una mayor producción de ácido láctico que reduce el pH, lo que hace que el tejido condicione tanto la hipoxia como la ácida.

Otra Forma de Producir Óxido Nítrico

Investigadores del Instituto Karolinska en Estocolmo, Suecia, e investigadores de la Universidad de Londres, Inglaterra, descubrieron un nuevo camino hacia la generación de óxido nítrico a partir de nitratos. Los investigadores suecos e ingleses intentaban descubrir por qué ciertas dietas, como la dieta mediterránea, las dietas vegetarianas, las dietas japonesas y la famosa dieta DASH (Enfoques dietéticos para detener la hipertensión) protegían especialmente el corazón. Ambos grupos informaron de forma independiente que la clave del éxito de estas dietas fue el consumo de vegetales de hojas verdes y que un componente clave de todas estas dietas fue el alto contenido de nitratos.   Los investigadores propusieron que el nitrato se convirtiera en óxido nítrico a través de un proceso reductor de la siguiente manera: esencialmente, el nitrato se reduce en la boca por bacterias que normalmente están presentes en la parte posterior de la lengua. Estas bacterias especializadas utilizan el nitrato para ayudarles a producir energía en forma de ATP. A cambio, las bacterias utilizan su propia enzima reductora de nitrato llamada nitrato reductasa para generar nitrito. Esta relación especial es un ejemplo interesante de simbiosis entre humanos y bacterias: una relación de beneficio mutuo. El nitrito es una molécula mucho más activa que el nitrato y está presente en altas concentraciones en la saliva que se traga en el estómago donde están presentes condiciones de bajo contenido de oxígeno (en relación con la boca) y alto contenido de ácido.   Estas condiciones son ideales para una mayor reducción del nitrito en óxido nítrico. Todo el proceso de reducción de nitrato en nitrito y luego en óxido nítrico ocurre sin la intervención de enzimas NOS. Estas enzimas no estarían activas en estas condiciones de bajo oxígeno y bajo pH de todos modos. Cabe señalar que las condiciones de bajo oxígeno y bajo pH no solo ocurren en el estómago, sino que también pueden ocurrir en todo el cuerpo en ciertas situaciones, como el ejercicio físico extremo, enfermedades del corazón y el estrés psicológico y físico. Ambas vías de la generación de óxido nítrico se muestran en la figura 2.   Cómo Ocurre la Remodelación Ósea El hueso es un tejido complejo compuesto de varios tipos de células que se someten continuamente a un proceso de renovación y reparación denominado “remodelación ósea” (consulte la figura 3). Los dos tipos de células principales responsables de la remodelación ósea son los osteoclastos (“comedores de huesos”), que destruyen el hueso, y los osteoblastos (“constructores de huesos”), que forman un hueso nuevo. Durante el ciclo de remodelación ósea, los huesos viejos o dañados son removidos por los osteoclastos, que secretan ácido y enzimas que digieren el hueso sobre la superficie del hueso. Posteriormente, los osteoclastos migran fuera del área del hueso sometido a reabsorción y mueren.   Son reemplazados por osteoblastos, que depositan una nueva matriz ósea en forma de osteoide. Más tarde, el osteoide se calcifica para formar un hueso maduro. Durante la formación ósea, algunos osteoblastos se incrustan dentro de la matriz ósea y se convierten en osteocitos, un tercer tipo de célula único para el hueso. Los osteocitos se interconectan entre sí y con las células en la superficie ósea a través de canales en la matriz ósea. Se piensa que los osteocitos actúan como sensores de estrés mecánico en el esqueleto, al detectar y responder a los cambios en el flujo de líquido que corre a través de los canalículos en el hueso3-5. La remodelación ósea está regulada por varias hormonas sistémicas, como la hormona paratiroidea ( PTH), vitamina D, hormonas sexuales (por ejemplo, estrógeno) y calcitonina, así como por factores locales que incluyen óxido nítrico, prostaglandinas, factores de crecimiento y citoquinas6.

¿Cómo se Involucra el Óxido Nítrico (NO) en la Salud Ósea?

El óxido nítrico parece tener un efecto doble en la actividad de los osteoblastos. Los estudios in vitro han indicado que las pequeñas cantidades de óxido nítrico producidas por los osteoblastos pueden estimular su propio crecimiento, así como la producción de proteínas moduladoras inmunitarias7. Aunque algunos investigadores han demostrado que los donantes de liberación lenta de óxido nítrico estimulan el crecimiento y la diferenciación de los osteoblastos in vitro8-10. otros trabajadores reportaron que los donantes de óxido nítrico y los inhibidores NOS (sintasa de óxido nítrico) tuvieron poco efecto sobre el crecimiento o la diferenciación de los osteoblastos, excepto en concentraciones altas donde el crecimiento de los osteoblastos realmente parecía inhibido11,12.   La evidencia más convincente que respalda el papel del óxido nítrico en la función de los osteoblastos proviene de los estudios de eNOS (NOS endotelial) en animales. Dos grupos de investigadores han informado sobre defectos importantes en la formación de hueso y en la actividad de los osteoblastos y en la reducción de la respuesta de crecimiento al estrógeno administrado tanto in vivo como in vitro en animales deficientes en eNOS. Los mecanismos moleculares responsables de esto quedan por definir, pero indican la existencia de una interacción importante entre eNOS y las vías moleculares involucradas en la diferenciación y función de los osteoblastos13,14. Además, un posible mecanismo para la inhibición de la actividad de los osteoclastos por óxido nítrico es la modificación de la catepsina K (una enzima reguladora ósea). La catepsina K es altamente expresada en osteoclastos y desempeña un papel clave en el mecanismo de reabsorción ósea, ya que degrada el colágeno óseo. Se ha demostrado que el óxido nítrico y varios donantes de óxido nítrico inhiben la actividad de esta enzima15.

Lo Que Necesita Saber

La salud ósea es un componente clave del envejecimiento saludable. Como la mayoría de nuestra población está entrando o en sus últimos años, es imperativo que miremos nuestras opciones, las novedosas y las convencionales, cuando se trata de mantener nuestros huesos fuertes. Este artículo se ha centrado en la novedosa pero efectiva molécula de óxido nítrico y su papel en mantener el proceso de remodelación ósea robusto a lo largo del tiempo. Nuestros huesos están muy vivos y es vital que nuestro sistema siga extrayendo el hueso viejo y colocando hueso nuevo en su lugar. El consumo de alimentos ricos en óxido nítrico que producen nitrato en combinación con otros nutrientes claves para la formación de los huesos (como calcio, magnesio, vitaminas D, C y K) es una receta potente para mantener la integridad de los huesos y vale la pena considerarla para prevenir o manejar los problemas relacionados con mala salud de los huesos.

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