Efecto de pesticidas organofosforados en la fisiología del músculo cardíaco

Abstract

Los organofosforados son insecticidas ampliamente utilizados en la producción agrícola, de elevada toxicidad. El más utilizado es el Clorpirifos (CPF). Su mecanismo de acción conocido es mediante la inhibición de la acetilcolinesterasa, provocando diversos síntomas y signos sistémicos, incluyendo el corazón. El objetivo central de nuestro trabajo fue estudiar los efectos agudos del CPF a nivel cardíaco, así como los posibles mecanismos de acción directos no dependientes de acetilcolina implicados. Para ello, se utilizaron corazones aislados denervados de cobayos previamente sacrificados siguiendo estándares éticos establecidos por la CHEA (Comisión Honoraria de Experimentación Animal). Se registró la actividad eléctrica y contráctil ante el agregado de CPF, elaborando curvas dosis-respuesta. Estos experimentos se repitieron suministrando nanoburbujas de hidrógeno molecular, poderoso agente reductor, junto a una dosis de CPF. Además, en células cardíacas aisladas mediante técnicas enzimáticas a partir de corazones aislados, se efectuaron registros de corrientes iónicas de membrana. Mediante técnicas informáticas de Docking molecular se estudiaron posibles blancos moleculares. El análisis estadístico se realizó mediante los softwares Clampfit y SigmaPlot 11. Se evidenció que el CPF es capaz de provocar un efecto inotrópico y cronotrópico negativo en corazones aislados, evidente en la relación inversa de las curvas dosis-respuesta. También, la exposición al hidrógeno molecular generó una disminución parcial del efecto deletéreo producido sobre la función cardíaca. A nivel celular, se constató que el pesticida altera el potencial de membrana en reposo a expensas de alteraciones en corrientes de potasio IK1. En el modelado molecular se observó que el CPF tiene múltiples potenciales sitios de interacción a nivel de receptores y canales cardíacos. Se concluyó que el CPF altera la función cardíaca tanto a nivel de órgano aislado como a escala celular, registrando cardiotoxicidad significativa que obedece a mecanismos independientes de la acetilcolina, tanto a nivel de receptores y canales iónicos de la membrana.

Organophosphates are widely used insecticides in agricultural production, which are highly toxic. The most frequently used is Chlorpyrifos (CPF). Its known mechanism of action is through acetylcholinesterase inhibition, causing multiple symptoms and signs at systemic level, including the heart. The aim of our work was to study the acute effects of CPF at the cardiac level, as well as the possible direct non-acetylcholine-dependent mechanisms of action involved. For this purpose, isolated denervated guinea pig hearts previously sacrificed according to ethical standards established by the CHEA (Comisión Honoraria de Experimentación Animal) were used. Electrical and contractile activity was recorded in response to the addition of CPF, elaborating dose-response curves. These experiments were repeated by supplying nanobubbles of molecular hydrogen, a powerful reducing agent, together with a dose of CPF. In addition, in cardiac cells isolated by enzymatic techniques from isolated hearts, recordings of membrane ionic currents were made. Molecular docking techniques were used to study possible molecular targets. Statistical analysis was performed using Clampfit and SigmaPlot 11 software. It was evidenced that CPF generates a negative inotropic and chronotropic effect in isolated hearts, evident in the inverse relationship of the dose-response curves. Also, exposure to molecular hydrogen generated a partial decrease in the deleterious effect on cardiac function. At the cellular level, it was found that the pesticide alters the resting membrane potential caused by alterations in IK1 potassium currents. Molecular modeling showed that CPF has multiple potential interaction sites at the level of cardiac receptors and channels. It was concluded that CPF alters cardiac function, both in isolated heart and cells, registering significant cardiotoxicity consistent with acetylcholine-independent mechanisms at membrane receptors and ion channels.