A redução univalente de oxigênio molecular nas células produz intermediários altamente reativos tais como o íon radical Superóxido (O-•2), o radical hidroxil (HO•) e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Níveis muito altos ou baixos de tais espécies representam séria ameaça ao metabolismo celular. Diferentes estados patológicos têm sido relacionados com níveis anormais destas espécies em eritrócitos e plaquetas. A proteção biológica contra efeitos tóxicos associados com níveis excessivos de espécies ativadas de oxigênio, tem sido atribuída a três enzimas principais presentes em eritrócitos e outras células: superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase. Neste trabalho, foram feitas dosagens dessas enzimas protetoras em eritrócitos de indivíduos portadores de porfiria aguda intermitente. Esta doença caracteriza-se por um defeito na biossíntese de heme e clinicamente manifesta-se por dor abdominal intensa, paralisia e distúrbios neuropsíquicos. Foram encontrados nos pacientes em crise aguda atividades elevadas de superóxido dismutase e de glutationa peroxidase enquanto que a atividade de catalase permaneceu normal. Tais resultados apontam a possibilidade de que as manifestações clínicas de IAP relacionadas com toxicidade por oxigênio. Estejam Comparou-se também a atividade destas três enzimas em eritrócitos de residentes na cidade de são Paulo com o de moradores de Vila Parisi, conhecida pelo seu altíssimo nível de poluiçao atmosférica. Os níveis de superóxido dismutase e de glutationa peroxidase são bem mais elevados (cerca de 1,5 vezes) nos indivíduos residentes em Vila Parisi. A elevação da concentração intracelular destas enzimas pode ser sua resposta ao aumento da taxa de oxidação da oxihemoglobina, a qual é conhecida fonte de íons superóxido. Estes dados demonstram profundas diferenças no metabolismo de 02 entre esses dois grupos e talvez uma possível adaptação metabólica dos moradores de Vila Parisi aos altos níveis de poluição a que estão expostos. / The univalent reduction of molecular oxygen in cells produces very reactive species such as the superoxide anion (O-•2), the hydroxyl radical (HO•) and hydrogen peroxide (H2O2). Abnormally high or low concentrations of such species may represent a serious threat to the cellular metabolism. Indeed, several disorders have been associated with abnormal levels of these species in erythrocytes and platelets.The biological protection against toxic effects due to excessive levels of activated species of molecular oxygen has been attributed mainly to three enzymes occurring in erythrocytes and other cells: superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GSH-Px) and catalase. In the present work, we report the activities of SOD, GSH-Px and catalase in the erythrocytes of patients with intermittent acute porphyria (IAP), an inborn error in the heme biosynthetic pathway. The clinical manifestations of IAP include abdominal pain and neuropsychiatric symptons. In patients undergoing acute attack, we found increased levels of SOD and GSH-Px, while that of catalase remains unchanged. These results point to the possibility that the clinical manifestations of IAP are related to oxygen toxicity. We have also compared the activities of these enzymes in residents of the city of são Paulo (Brazil) and in subjects living in Vila Parisi (Cubatão, SP, Brazil), a village submitted to high levels of atmospheric pollution. The erythrocyte SOD and GSH-Px levels were found to be ca. 1.5 fold higher in residents of Vila Parisi. These high intracellular enzyme concentrations may reflect a biological defense against an increase in the rate of oxyhemoglobin oxidation, known to be a source of superoxide species. Our results point to important differences between the two populations with respect to the metabolism of oxygen and, perhaps, a metabolic adaptation in the residents of Vila Parisi to the dramatically high levels of atmospheric pollution.

A redução univalente de oxigênio molecular nas células produz intermediários altamente reativos tais como o íon radical Superóxido (O-•2), o radical hidroxil (HO•) e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Níveis muito altos ou baixos de tais espécies representam séria ameaça ao metabolismo celular. Diferentes estados patológicos têm sido relacionados com níveis anormais destas espécies em eritrócitos e plaquetas. A proteção biológica contra efeitos tóxicos associados com níveis excessivos de espécies ativadas de oxigênio, tem sido atribuída a três enzimas principais presentes em eritrócitos e outras células: superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase. Neste trabalho, foram feitas dosagens dessas enzimas protetoras em eritrócitos de indivíduos portadores de porfiria aguda intermitente. Esta doença caracteriza-se por um defeito na biossíntese de heme e clinicamente manifesta-se por dor abdominal intensa, paralisia e distúrbios neuropsíquicos. Foram encontrados nos pacientes em crise aguda atividades elevadas de superóxido dismutase e de glutationa peroxidase enquanto que a atividade de catalase permaneceu normal. Tais resultados apontam a possibilidade de que as manifestações clínicas de IAP relacionadas com toxicidade por oxigênio. Estejam Comparou-se também a atividade destas três enzimas em eritrócitos de residentes na cidade de são Paulo com o de moradores de Vila Parisi, conhecida pelo seu altíssimo nível de poluiçao atmosférica. Os níveis de superóxido dismutase e de glutationa peroxidase são bem mais elevados (cerca de 1,5 vezes) nos indivíduos residentes em Vila Parisi. A elevação da concentração intracelular destas enzimas pode ser sua resposta ao aumento da taxa de oxidação da oxihemoglobina, a qual é conhecida fonte de íons superóxido. Estes dados demonstram profundas diferenças no metabolismo de 02 entre esses dois grupos e talvez uma possível adaptação metabólica dos moradores de Vila Parisi aos altos níveis de poluição a que estão expostos. / The univalent reduction of molecular oxygen in cells produces very reactive species such as the superoxide anion (O-•2), the hydroxyl radical (HO•) and hydrogen peroxide (H2O2). Abnormally high or low concentrations of such species may represent a serious threat to the cellular metabolism. Indeed, several disorders have been associated with abnormal levels of these species in erythrocytes and platelets.The biological protection against toxic effects due to excessive levels of activated species of molecular oxygen has been attributed mainly to three enzymes occurring in erythrocytes and other cells: superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GSH-Px) and catalase. In the present work, we report the activities of SOD, GSH-Px and catalase in the erythrocytes of patients with intermittent acute porphyria (IAP), an inborn error in the heme biosynthetic pathway. The clinical manifestations of IAP include abdominal pain and neuropsychiatric symptons. In patients undergoing acute attack, we found increased levels of SOD and GSH-Px, while that of catalase remains unchanged. These results point to the possibility that the clinical manifestations of IAP are related to oxygen toxicity. We have also compared the activities of these enzymes in residents of the city of são Paulo (Brazil) and in subjects living in Vila Parisi (Cubatão, SP, Brazil), a village submitted to high levels of atmospheric pollution. The erythrocyte SOD and GSH-Px levels were found to be ca. 1.5 fold higher in residents of Vila Parisi. These high intracellular enzyme concentrations may reflect a biological defense against an increase in the rate of oxyhemoglobin oxidation, known to be a source of superoxide species. Our results point to important differences between the two populations with respect to the metabolism of oxygen and, perhaps, a metabolic adaptation in the residents of Vila Parisi to the dramatically high levels of atmospheric pollution.

Para otimizar um modelo experimental para o estudo do desbalanço redox em porfirias relacionadas ao acúmulo de ácido 5-aminolevulínico-(ALA), via inibição da ALA desidratase-(ALA-D), ratos foram tratados com o éster metílico de succinilacetona-(SAME), um catabólito da tirosina que inibe fortemente a ALA-O, mimetízando o estado metabólico observado nos portadores de portirias e tirosinemias. Estabeleceram-se modelos de tratamento agudo por 36 e 18 h. No primeiro, os animais receberam 3 injeções de SAME (10, 40 ou 80 mg/kg, grupos Ali-IV). No segundo, os animais receberam 3 injeções de 40 mg/kg de SAME, ALA ou éster metílico de ALA (grupos BII-IV), ALA:SAME (30: 10 mg/kg, grupo BV), ou 10 mg/kg SAME (grupo BVI). Paralelamente, avaliou-se se os sintomas neurológicos característicos das portirias decorriam de danos oxidativos mitocondriais. Para isso, aplicou-se uma tecnologia óptica para medidas da difusão da depressão cortical que determinou a oxigenação e o estado redox do cit c em mitocôndrias do córtex cerebral de ratos submetidos ao tratamento crônico com ALA (40 mg/kg), SAME (10 e 40 mg/kg) e ALA:SAME (30: 1O mg/kg), a cada 48 h, durante 30 dias. Tratamento agudo/36 h: Os níveis de ALA no plasma, fígado, cérebro e urina e o clearance renal do ALA aumentaram nos grupos tratados. A atividade de ALA-D e a coproporfirina urinária reduziram. A marcação para proteínas carboniladas, ferro e ferritina aumentou no fígado e cérebro dos grupos tratados, especialmente no All. Os níveis de malondialdeído hepático aumentaram no grupo AIV. A razão GSH/GSH+GSSG e a atividade de GPx cerebrais aumentaram nos grupos AIV e AIII, respectivamente. Consistentemente com estes dados indicando um desbalanço oxidativo induzido pelo SAME, alterações mitocondriais e citosólicas ultraestruturais foram reveladas, especialmente no fígado. Tratamento agudo/18 h: Os níveis de ALA plasmáticos aumentaram nos grupos tratados, exceto em BIV. O grupo BII mostrou aumento dos níveis hepáticos de ALA. Interessantemente, a inibição da atividade de ALA-D não foi evidenciada. O conteúdo de ferro plasmático aumentou no grupo BII. Para os grupos tratados com 10 e 40 mg SAME/kg, a atividade de SOD hepática reduziu ~50% com a extensão do tratamento de 18 para 36 h, sugerindo que este último é mais efetivo em promover danos oxidativos induzidos pelo ALA. Tratamento crônico/30 dias: Embora nenhuma alteração tenha sido evidenciada no estado redox dos animais tratados, o tratamento com ALA reduziu o fluxo sanguíneo cerebral (CBF) e o consumo de oxigênio-(CMRO2), sugerindo uma vasoconstrição mediada pelo ALA, efeito este confirmado por ensaios de reatividade vascular conduzidos em anéis de aorta de ratos incubados com ALA. O tratamento com ALA:SAME restaurou os níveis de CBF e CMRO2. Interessantemente, a disponibilidade do radical superóxido-(O2•-) estava reduzida nos anéis de aorta incubados com ALA. Juntos, estes dados: a)validam o modelo de tratamento agudo/36 h para o estudo bioquímico e dos possíveis efeitos fisiológicos induzidos pelo ALA, e b)sugerem que as alterações mediadas pelo ALA exógeno levam à vasoconstrição. / To optimize an experimental model for studying redox imbalance in porphyrias related to 5-aminolevulinic acid (ALA) accumulation through the inhibition of ALA dehydratase (ALA-D), rats were treated with methyl ester of succinylacetone (SAME), a tyrosine catabolite that strongly inhibits ALA-D, what mimics the metabolic state observed in patients suffering from porphyrías and tyrosinemias. Models of acute treatment were established during 36 and 18 h. In the first model, animals received 3 injections of SAME (10, 40 or 80 mg/kg, groups Ali-IV). In the second model, animals received 3 injections of 40 mg/kg SAME, ALA or methyl ester of ALA (groups BII-IV), ALA:SAME (30:10 mg/kg, group BV), or 10 mg/kg SAME (group BVI). Concomitantly, we evaluated if the neurologic symptoms characteristics of porphyrias were a consequence of the oxidative mitochondrial impairment. For this, an optical technology for the measurement of cortical spreading depression was applied. This techonology determined the cerebral oxygenation and the redox state of cit c in mitochondria of the cerebral cortex of rats submitted to a chronic treatment with ALA (40 mg/kg), SAME (10 and 40 mg/kg) and ALASAME (30:10 mg/kg), alternate days, during 30 days. Acute treatment/36 h: ALA levels in plasma, liver and urine and clearance of renal ALA increased in treated groups. ALA-D activities and urinary coproporphyrin were found to be decreased. Liver and brain proteins carbonyl, iron and ferritin were higher in the liver of treated groups, especially in All. Liver malondialdehyde levels were higher in group AIV. Cerebral GSH/GSH+GSSG ratio and GPx activities increased in groups AIV and AIII, respectively. Consistently with these data indicating SAME-induced oxidative imbalance, mitochondrial and cytosolic ultrastructural changes were revealed, especially in the liver. Acute treatment/18 h: Plasma ALA levels increased in all treated groups but BIV. Group BII showed increased hepatic ALA levels. Interestingly, inhibition in ALA-D activities was not evidenced. Plasma iron content increased in group BII. For the groups treated with 10 and 40 mg SAME/kg, liver SOD activities reduced ~50% by extending the treatment from 18 to 36 h, suggesting that the latter is more effective in ALA-induced oxidative damage. Chronic treatment /30 days: Despite no changes in the redox state of treated animals were observed, the treatment with ALA reduced the cerebral blood flow (CBF) and the consumption of oxygen (CMRO2), suggesting a vasoconstriction mediated by ALA. This effetc was confirmed by vascular reactivity assay performed in aortic rings of rats incubated with ALA. The treatment with ALA:SAME recovered the CBF and CMRO2 levels. Interestingly, the availability of superoxide radical (O2•-) was reduced in the aortic rings incubated with ALA. Altogether, these data a) validate the model of acute treatment/36 h for studying biochemical and possibly physiological effects induced by ALA, and b)suggest that the changes mediated by exogenous ALA lead to vasoconstriction.

Para otimizar um modelo experimental para o estudo do desbalanço redox em porfirias relacionadas ao acúmulo de ácido 5-aminolevulínico-(ALA), via inibição da ALA desidratase-(ALA-D), ratos foram tratados com o éster metílico de succinilacetona-(SAME), um catabólito da tirosina que inibe fortemente a ALA-O, mimetízando o estado metabólico observado nos portadores de portirias e tirosinemias. Estabeleceram-se modelos de tratamento agudo por 36 e 18 h. No primeiro, os animais receberam 3 injeções de SAME (10, 40 ou 80 mg/kg, grupos Ali-IV). No segundo, os animais receberam 3 injeções de 40 mg/kg de SAME, ALA ou éster metílico de ALA (grupos BII-IV), ALA:SAME (30: 10 mg/kg, grupo BV), ou 10 mg/kg SAME (grupo BVI). Paralelamente, avaliou-se se os sintomas neurológicos característicos das portirias decorriam de danos oxidativos mitocondriais. Para isso, aplicou-se uma tecnologia óptica para medidas da difusão da depressão cortical que determinou a oxigenação e o estado redox do cit c em mitocôndrias do córtex cerebral de ratos submetidos ao tratamento crônico com ALA (40 mg/kg), SAME (10 e 40 mg/kg) e ALA:SAME (30: 1O mg/kg), a cada 48 h, durante 30 dias. Tratamento agudo/36 h: Os níveis de ALA no plasma, fígado, cérebro e urina e o clearance renal do ALA aumentaram nos grupos tratados. A atividade de ALA-D e a coproporfirina urinária reduziram. A marcação para proteínas carboniladas, ferro e ferritina aumentou no fígado e cérebro dos grupos tratados, especialmente no All. Os níveis de malondialdeído hepático aumentaram no grupo AIV. A razão GSH/GSH+GSSG e a atividade de GPx cerebrais aumentaram nos grupos AIV e AIII, respectivamente. Consistentemente com estes dados indicando um desbalanço oxidativo induzido pelo SAME, alterações mitocondriais e citosólicas ultraestruturais foram reveladas, especialmente no fígado. Tratamento agudo/18 h: Os níveis de ALA plasmáticos aumentaram nos grupos tratados, exceto em BIV. O grupo BII mostrou aumento dos níveis hepáticos de ALA. Interessantemente, a inibição da atividade de ALA-D não foi evidenciada. O conteúdo de ferro plasmático aumentou no grupo BII. Para os grupos tratados com 10 e 40 mg SAME/kg, a atividade de SOD hepática reduziu ~50% com a extensão do tratamento de 18 para 36 h, sugerindo que este último é mais efetivo em promover danos oxidativos induzidos pelo ALA. Tratamento crônico/30 dias: Embora nenhuma alteração tenha sido evidenciada no estado redox dos animais tratados, o tratamento com ALA reduziu o fluxo sanguíneo cerebral (CBF) e o consumo de oxigênio-(CMRO2), sugerindo uma vasoconstrição mediada pelo ALA, efeito este confirmado por ensaios de reatividade vascular conduzidos em anéis de aorta de ratos incubados com ALA. O tratamento com ALA:SAME restaurou os níveis de CBF e CMRO2. Interessantemente, a disponibilidade do radical superóxido-(O2•-) estava reduzida nos anéis de aorta incubados com ALA. Juntos, estes dados: a)validam o modelo de tratamento agudo/36 h para o estudo bioquímico e dos possíveis efeitos fisiológicos induzidos pelo ALA, e b)sugerem que as alterações mediadas pelo ALA exógeno levam à vasoconstrição. / To optimize an experimental model for studying redox imbalance in porphyrias related to 5-aminolevulinic acid (ALA) accumulation through the inhibition of ALA dehydratase (ALA-D), rats were treated with methyl ester of succinylacetone (SAME), a tyrosine catabolite that strongly inhibits ALA-D, what mimics the metabolic state observed in patients suffering from porphyrías and tyrosinemias. Models of acute treatment were established during 36 and 18 h. In the first model, animals received 3 injections of SAME (10, 40 or 80 mg/kg, groups Ali-IV). In the second model, animals received 3 injections of 40 mg/kg SAME, ALA or methyl ester of ALA (groups BII-IV), ALA:SAME (30:10 mg/kg, group BV), or 10 mg/kg SAME (group BVI). Concomitantly, we evaluated if the neurologic symptoms characteristics of porphyrias were a consequence of the oxidative mitochondrial impairment. For this, an optical technology for the measurement of cortical spreading depression was applied. This techonology determined the cerebral oxygenation and the redox state of cit c in mitochondria of the cerebral cortex of rats submitted to a chronic treatment with ALA (40 mg/kg), SAME (10 and 40 mg/kg) and ALASAME (30:10 mg/kg), alternate days, during 30 days. Acute treatment/36 h: ALA levels in plasma, liver and urine and clearance of renal ALA increased in treated groups. ALA-D activities and urinary coproporphyrin were found to be decreased. Liver and brain proteins carbonyl, iron and ferritin were higher in the liver of treated groups, especially in All. Liver malondialdehyde levels were higher in group AIV. Cerebral GSH/GSH+GSSG ratio and GPx activities increased in groups AIV and AIII, respectively. Consistently with these data indicating SAME-induced oxidative imbalance, mitochondrial and cytosolic ultrastructural changes were revealed, especially in the liver. Acute treatment/18 h: Plasma ALA levels increased in all treated groups but BIV. Group BII showed increased hepatic ALA levels. Interestingly, inhibition in ALA-D activities was not evidenced. Plasma iron content increased in group BII. For the groups treated with 10 and 40 mg SAME/kg, liver SOD activities reduced ~50% by extending the treatment from 18 to 36 h, suggesting that the latter is more effective in ALA-induced oxidative damage. Chronic treatment /30 days: Despite no changes in the redox state of treated animals were observed, the treatment with ALA reduced the cerebral blood flow (CBF) and the consumption of oxygen (CMRO2), suggesting a vasoconstriction mediated by ALA. This effetc was confirmed by vascular reactivity assay performed in aortic rings of rats incubated with ALA. The treatment with ALA:SAME recovered the CBF and CMRO2 levels. Interestingly, the availability of superoxide radical (O2•-) was reduced in the aortic rings incubated with ALA. Altogether, these data a) validate the model of acute treatment/36 h for studying biochemical and possibly physiological effects induced by ALA, and b)suggest that the changes mediated by exogenous ALA lead to vasoconstriction.