Óxido nítrico

• Cando se expón ao oxíxeno, o NO convértese en dióxido de nitróxeno.

2 NO + O₂ → 2 NO₂

Esta conversión especúlase que ocorre a través do intermediario ONOONO. En auga, o NO reacciona co oxíxeno e a auga para formar HNO₂ ou ácido nitroso. A reacción crese que procede así:

4 NO + O₂ + 2 H₂O → 4 HNO₂

• O NO reacciona co flúor, cloro, e bromo para formar as especies XNO (X é o halóxeno), chamadas haluros de nitrosilo, como o cloruro de nitrosilo. O ioduro de nitrosilo pode tamén formarse, mais é unha especie cunha vida extremadamente curta e tende a volver a formar I₂.

2 NO + Cl₂ → 2 NOCl

• O nitroxilo (HNO) é a forma reducida do óxido nítrico.
• O dímero de óxido nítrico N₂O₂ fórmase ao arrefriar o óxido nítrico.
• O óxido nítrico reacciona coa acetona e un alcóxido dando un diazeniodiolato ou nitrosohidroxilamina e acetato de metilo:^[5]

Esta é unha reacción vella (de 1898) pero que aínda ten interese hoxe na investigación do profármaco NO. O óxido nítrico pode tamén reaccionar directamente co metóxido de sodio, formando formato de sodio e óxido nitroso.^[6]

Preparación

Comercialmente, o NO prodúcese por oxidación de amoníaco a 750-900 °C (normalmente a 850 °C) con platino como catalizador:

4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O

A reacción endotérmica non catalizada do O₂ e o N₂, que se realiza a alta temperatura (>2000 °C) por causa dos lóstregos nas tormentas eléctricas non se desenvolveu para unha síntese comercial práctica (ver proceso de Birkeland–Eyde):

N₂ + O₂ → 2 NO

No laboratorio, o óxido nítrico xérase por redución do ácido nítrico diluído con cobre:

8 HNO₃ + 3 Cu → 3 Cu(NO₃)₂ + 4 H₂O + 2 NO

ou por redución de ácido nitroso en forma de nitrito de sodio ou de nitrito de potasio:

2 NaNO₂ + 2 NaI + 2 H₂SO₄ → I₂ + 4 NaHSO₄ + 2 NO

2 NaNO₂ + 2 FeSO₄ + 3 H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 2 NaHSO₄ + 2 H₂O + 2 NO

3 KNO_2(l) + KNO_3(l) + Cr₂O_3(s) → 2 K₂CrO_4(s) + 4 NO_(g)

A ruta do sulfato de ferro(II) é simple e utilizouse en experimentos de laboratorio simples. Os denominados compostos NONOato tamén se usan para xerar NO.

Química de coordinación

O NO reacciona con todos os metais de transición para dar lugar a complexos chamados nitrosilos de metal. O modo máis común de enlace do NO é o tipo linear terminal (M-NO). O ángulo do grupo M-N-O varía de 160° a 180°, pero a pesar de todo segue chamándose "linear". Neste caso, o grupo NO é considerado un doante de 3 elecróns no método de contaxe de electróns covalente (neutro), ou un doante de 2 electróns no método iónico.^[7]

No caso dunha conformación M-N-O curvada, o grupo NO pode considerarse un doante de 1 electrón usando a contaxe neutra, ou un doante de 2 electróns usando a cotaxe iónica.^[8] Poden considerarse eses complexos como derivados do NO⁺, o cal é isoelectrónico co CO.

O óxido nítrico pode servir como un pseudohaluro de 1 electrón. Neses complexos, o grupo M-N-O caracterízase por ter un ángulo entre 120° e 140°.

O grupo NO pode tamén servir de ponte entre centros metálicos por medio do átomo de nitróxeno con diversas xeometrías.

Medición da concentración

A concentración de óxido nítrico pode determinarse usando unha reacción quimioluninescente simple que implique ao ozono:^[9] Unha mostra que conteña óxido nítrico mestúrase cunha gran cantidade de ozono. O óxido nítrico reacciona co ozono para producir oxíxeno e dióxido de nitróxeno. Esta reacción tamén produce luz (quimioluminescencia), a cal pode medirse cun fotodetector. A cantidade de luz producida é proporcional á cantidade de óxido nítrico que hai na mostra, o que permite a medición.

NO + O₃ → NO₂ + O₂ + hv

Outros métodos de proba son a electroanálise (aproximación amperométrica), onde o NO reacciona cun eléctrodo para inducir unha corrente ou cambio de voltaxe. A detección de radicais NO en tecidos biolóxicos é especialmente difícil debido ao curto tempo de vida e á concentración destes radicais nos tecidos. Un dos poucos métodos prácticos é o spin trapping do óxido nítrico con complexos de ferro-ditiocarbamato e a subseguinte detección dos complexos mono-nitrosil-ferro con resonancia paramagnética electrónica (EPR).^[10][11]

Hai tamén un grupo de indicadores de tinguidura fluorescente dos que se dispón en forma acetilada para medidas intracelulares. O composto máis común é a 4,5-diaminofluoresceína (DAF-2).^[12]

Desde unha perspectiva termodinámica, o NO é inestable con respecto ao O₂ e ao N₂, aínda que esta conversión é moi lenta a temperatura ambiente en ausencia dun catalizador. Como a calor de formación do NO é endotérmica, a súa síntese a partir de nitróxeno molecular e oxíxeno require temperaturas elevadas por riba de 1000 °C.

Unha importante fonte natural deste composto son as tormentas eléctricas. O uso de motores de combustión interna incrementou drasticamente a presenza de óxido nítrico no medio ambiente. Un dos propósitos do uso de convertedores catalíticos nos coches é minimizar as emisións de NO ao catalizaren a súa reversión a O₂ e N₂.

O óxido nítrico é un gas pequeno difusible e unha molécula bioactiva ubicua. O óxido nítrico no aire pode converter o ácido nítrico, que está implicado na chuvia ácida. Porén, é unha importante fonte de nutrientes nitroxenados para as plantas en forma de nitratos, nos cales se pode transformar. Ademais, tanto o NO coma o NO₂ participan na depleción da capa de ozono.

Aínda que o NO ten relativamente poucos usos directos, prodúcese a escala masiva como un intermediario no proceso de Ostwald para a síntese de ácido nítrico a partir de amoníaco. En 2005, só nos Estados Unidos producíanse 6 millóns de toneladas métricas de ácido nítrico.^[13] Úsase tamén na industria dos semicondutores para varios procesos. Nunha das súas aplicacións, utilízase xunto co óxido nitroso para formar portas de oxinitruro en dispositivos CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor).

O óxido nítrico pode usarse para detectar radicais de superficie en polímeros. O tratamento de radicais de superficie con óxido nítrico orixina a incorporación de nitróxeno, o cal pode ser cuantificado por medio de espectroscopia fotoelectrónica de raios X.

O NO é unha das poucas moléculas sinalizadoras gasosas coñecidas, e ademais é excepcional por ser un radical en estado gasoso. É un mensaxeiro biolóxico clave en vertebrados, que intervén en varios procesos biolóxicos.^[14] É un bioproduto atopado en case todos os tipos de organismos, que van desde as bacterias ás células de plantas, fungos e animais.^[15] O óxido nítrico coñécese como "factor relaxante derivado do endotelio" ou EDRF, e biosintetízase endoxenamente a partir da L-arxinina, oxíxeno, e NADPH coa intervención de varios encimas óxido nítrico sintases (NOS). A redución de nitrato inorgánico pode tamén servir para producir óxido nítrico. O revestimento interno dos vasos sanguíneos (endotelio) utiliza o óxido nítrico para causar a relaxación do músculo liso que o rodea, o que dá lugar a unha vasodilatación e a un incremento do fluxo sanguíneo. O óxido nítrico é moi reactivo (e ten unha vida media de poucos segundos), aínda que difunde libremente a través das membranas. Estes atributos fan que o óxido nítrico sexa unha molécula ideal para a sinalización parácrina (entre células veciñas) e autócrina (na propia célula).^[16] Hai unha vía alternativa, independente da óxido nítrico sintase, denominada vía nitrato-nitrito-óxido nítrico, que eleva o óxido nítrico por medio da redución secuencial do nitrato da dieta derivado de alimentos de orixe vexetal.^[17] Os vexetais ricos en nitratos, en particular os de follas verdes, como as espinacas, rúcula, e remolacha, incrementan os niveis cardioprotectores de óxido nítrico cunha redución correspondente da presión sanguínea en persoas pre-hipertensivas.^[18][19] Para que o corpo xere óxido nítrico por medio da vía do nitrato-nitrito-óxido nítrico, un paso obrigado é a redución do nitrato a nitrito na boca, feita polas bacterias comensais.^[20] A monitorización do status do óxido nítrico pola proba da saliva detecta a bioconversión de nitrato derivado de plantas en óxido nítrico. Unha elevación nos niveis salivarios é indicativo de dietas ricas en vexetais de follas verdes que son a miúdo abundantes en dietas anti-hipertensión.^[21]

A produción de óxido nítrico é alta en poboacións que viven en altitudes elevadas, o que axuda a estas poboacións a evitar a hipoxia ao facilitar a vasodilatación dos vasos pulmonares. Entre os efectos están a vasodilatación, neurotransmisión (ver gasotransmisores), modulación do ciclo de crecemento dos cabelos,^[22] a produción de intermediarios reactivos do nitróxeno e a erección do pene (grazas á súa capacidade de vasodilatar). A nitroglicerina e o nitrito de amilo funcionan como vasodilatadores porque se converten en óxido nítrico no corpo. O fármaco anti-hipertensivo vasodilatador minoxidil contén un residuo de NO e pode actuar como agonista do NO. Igualmente, o citrato de sildenafilo, coñecido popularmente como Viagra, estimula as ereccións principalmente ao potenciar a sinalización da vía do óxido nítrico no pene.

O óxido nítrico (NO) contribúe á homeostase dos vasos sanguíneos ao inhibir a contracción do músculo liso vascular e o seu crecemento, a agregación das plaquetas, e a adhesión de leucocitos ao endotelio. As persoas con aterosclerose, diabete, ou hipertensión teñen alteradas con frecuencia as vías do NO.^[23] Unha inxestión alta de sal atenúa a produción de NO en pacientes con hipertensión esencial, aínda que a súa biodispoñibilidade permanece sen regular.^[24]

Os fagocitos (monocitos, macrófagos, e neutrófilos) tamén xeran NO como parte da resposta inmunitaria humana.^[25] Os fagocitos están armados con óxido nítrico sintase inducible (iNOS), a cal é activada polo interferón-gamma (IFN-γ) como sinal único, ou polo factor de necrose tumoral (TNF) xunto cun segundo sinal.^[26][27][28] Por outra parte, o factor de crecemento transformante beta (TGF-β) proporciona un forte sinal inhibitorio para a iNOS, mentres que a interleucina-4 (IL-4) e a IL-10 proporcionan sinais inhibitorios febles. Deste modo, o sistema inmunitario pode regular o armamento que teñen os fagocitos para intervir nas inflamacións e respostas inmunitarias.^[29] O óxido nítrico é segregado en forma de radicais libres nas respostas inmunitarias e é tóxico para as bacterias e parasitos intracelulares, como, por exemplo, Leishmania^[30] e malaria;^[31][32][33] os mecanismos utilizados inclúen danos no ADN^[34][35][36] e a degradación de centros de ferro-xofre a ións de ferro e compostos de nitrosilos de ferro.^[37]

Como resposta a estas accións inmunitarias, en moitos patóxenos bacterianos evolucionaron mecanismos para a resistencia ao óxido nítrico.^[38] Como o óxido nítrico podería funcionar como molécula inflamatoria en condicións como a asma, hai un crecente interese no uso do óxido nítrico exhalado como proba respiratoria en enfermidades nas que hai inflamación das vías aéreas.

O óxido nítrico pode contribuír a danos por reperfususión cando se producen cantidades excesivas durante a reperfusión (volta da circulación sanguínea despois dun período de isquemia) que reaccionan co superóxido para producir o nocivo oxidante peroxinitrito. En contraste, o óxido nítrico inhalado axuda a sobrevivir e recuperarse do envelenamento polo herbicida paraquat, o cal produce superóxidos que danan os tecidos pulmonares e dificulta o metabolismo de NOS.

En plantas, o óxido nítrico pode producirse por calquera destas catro rutas: (i) óxido nítrico sintase dependente de L-arxinina,^[39][40][41] (aínda que e debate a existencia nas plantas de homólogos das NOS animais),^[42] (ii) nitrato redutase unida a membranas, (iii) cadea de transporte electrónico mitocondrial, ou (iv) reaccións non encimáticas. Nas plantas, é unha molécula de sinalización, actúa principalmente contra o estrés oxidativo e tamén xoga un papel nas interaccións planta-patóxeno. Tratando as flores cortadas e outras plantas con óxido nítrico aumenta o tempo que estas tardan en murchar.^[43]

Dous importantes mecanismos de reacción do óxido nítrico son a S-nitrosación de grupos tiol, e a nitrosilación de ións de metais de transición. A S-nitrosación implica a conversión (reversible) de grupos tiol, como os dos residuos de cisteína das proteínas, para formar S-nitrosotiois (RSNOs). A S-nitrosación é un mecanismo para a regulación postraducional dinámica da maioría ou de todas as principais clases de proteínas.^[44] O segundo mecanismo, a nitrosilación, implica a unión de NO a ións de metais de transición como o ferro e o cobre. Nesta función, o NO denomínase ligando nitrosilo. Os casos típicos implican a nitrosilación de hemoproteínas, como os citocromos, que altera así a actividade encimática normal. Os ións ferro nitrosilados son especialmente estables, xa que a unión do ligando nitrosilo ao ión ferroso (Fe(II)) é moi forte. A hemoglobina é un exemplo notable dunha proteína hemo que pode ser modificado polo NO por ambas as vías: o NO pode unirse directamente ao hemo na reacción de nitrosilación, e independentemente formar S-nitrosotiois por S-nitrosación de restos tiol.^[45]

Mecanismo de acción

Hai varios mecanismos polos cales o NO pode afectar á bioloxía das células vivas. Entre eles están a oxidación de proteínas que conteñen ferro como a ribonucleótido redutase e a aconitase, a activación da guanilato ciclase soluble, a ADP-ribosilación de proteínas, a nitrosilación de grupos sulfhidrilo de proteínas, e a activación do factor regulador do ferro.^[46] O inmunosupresor FK506 inhibe o NF-κB, a expresión xénica de iNOS (NO sintase inducible) e a produción de NO en resposta á inflamación.^[47]

O NO actúa por medio da estimulación da guanilato ciclase soluble, que é un encima heterodimérico coa subseguinte formación de GMP cíclico. O GMP cíclico activa a proteína quinase G, a cal causa a recaptación de Ca²⁺ e a apertura de canles de potasio activadas por calcio. A caída na concentración de Ca²⁺ asegura que a quinase da cadea lixeira da miosina (MLCK) xa non poderá fosforilar a molécula de miosina, o que detén o ciclo de pontes cruzadas necesario para a contracción e orixina a relaxación das células do músculo liso.^[48]

Uso neonatal

Mesturas de óxido nítrico/oxíxeno utilízanse en coidados intensivos para promover a dilatación capilar e pulmonar para tratar a hipertensión pulmonar primaria na aspiración post-meconio en pacientes neonatais^[49][50] e relacionada con defectos conxénitos. Estas mesturas de gases son a miúdo usadas como último recurso antes do uso da oxixenación por membrana extracorpórea. A terapia de óxido nítrico ten o potencial de incrementar significativamente a calidade de vida e, nalgúns casos, salvar as vidas de nenos neonatos en risco de sufrir unha enfermidade vascular pulmonar.^[51]

O óxido nítrico inhalado está contraindicado no tratamento de neonatos que dependen dunha derivación dereita-esquerda da circulación sanguínea.

Hai algúns problemas asociados á utilización de óxido nítrico en neonatos, como erros na dose asociados co sistema de administración, hipotensión e hipoxemia asociadas coa retirada súbita do fármaco, edema pulmonar en pacientes con síndrome CREST (esclerose sistémica cutánea), e mesmo dores de cabeza no persoal do hospital causados polo óxido nítrico.

Usos pediátricos e en adultos

Nalgúns países, como EUA, o uso do óxido nítrico só está permitido en neonatos. Aos adultos non se lles fai inhalar NO nas unidades de coidados intensivos a non ser en casos individualizados, acompañando outras terapias definitivas para tratar as causas de hipoxias respiratorias.^[52]

Embolismo pulmonar

O óxido nítrico adminístrase como terapia de emerxencia en pacientes con insuficiencia ventricular dereita aguda secundaria dun embolismo pulmonar.^[53]

Farmacoloxía

O óxido nítrico considérase un fármaco anti-anxina de peito: Causa vasodilatación, o que axuda a aliviar a dor isquémica (anxina) ao diminuír o traballo que ten que facer o corazón. Ao dilatar os vasos sanguíneos, os fármacos de óxido nítrico diminúen a presión arterial e a presión no ventrículo esquerdo.^[54]

Esta vasodilatación non fai diminuír o volume de sangue que bombea o corazón, senón que fai decrecer a forza coa que o músculo cardíaco ten que bombear un mesmo volume de sangue. As pílulas de nitroglicerina, tomadas baixo a lingua, utilízanse para previr ou tratar a dor de peito aguda. A nitroglicerina reacciona cun grupo sulfhidrilo (–SH) producindo óxido nítrico, o cal vasodilata, aliviando a dor. Outro uso potencial do óxido nítrico é para aliviar as disfuncións contráctiles da vexiga urinaria,^[55] e probas recentes indican que os nitratos poden ser beneficiosos para o tratamento da anxina debido ao consumo reducido de oxíxeno no miocardio tanto porque decrece a precarga e poscarga como por certa vasodilatación directa dos vasos coronarios.^[54]

Mecanismo de acción

O óxido nírtrico é un composto producido por moitas células do corpo. Relaxa o músculo liso vascular ao unirse ao residuo hemo do encima guanilato ciclase citosólica, activando a guanilato ciclase, o que incrementa os niveis intracelulares de GMPc (guanosina 3’,5’-monofosfato cíclica), o que produce vasodilatación. Cando é inhalado, o óxido nítrico dilata os vasos pulmonares, pero debido ao eficaz que é a súa captación pola hemoglobina, ten un efecto mínimo sobre os vasos sanguíneos do conxunto do corpo.^[56]

O óxido nítrico inhalado parece incrementar a presión parcial do oxíxeno arterial (PaO₂) ao dilatar os vasos pulmonares en áreas mellor ventiladas dos pulmóns, movendo o fluxo sanguíneo pulmonar fóra dos segmentos do pulmón que teñen unha baixa proporción ventilación/perfusión (V/Q) cara a segmentos con proporcións normais ou mellores.^[57]

Farmacocinética

En canto á súa farmacocinética, o óxido nítrico absórbese sistemicamente despois da súa inhalación. A maioría do óxido nítrico pasa ao sangue da rede de capilares pulmonar, onde se combina coa hemoglobina que está saturada de oxíxeno nun 60 a 100%.

O nitrato foi identificado como o metabolito predominante do óxido nítrico que se excreta na urina, e supón >70% da dose de óxido nítrico inhalada. O nitrato é retirado do plasma nos riles a unha velocidade que se aproxima á velocidade de filtración glomerular.

Bibliografía

• Butler A. e Nicholson R.; "Life, death and NO." Cambridge 2003. ISBN 978-0-85404-686-7.
• van Faassen, E. E.; Vanin, A. F. (eds); "Radicals for life: The various forms of Nitric Oxide." Elsevier, Amsterdam 2007. ISBN 978-0-444-52236-8.
• Ignarro, L. J. (ed.); "Nitric oxide:biology and pathobiology." Academic Press, San Diego 2000. ISBN 0-12-370420-0.

Ligazóns externas

• International Chemical Safety Card 1311
• CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
• Premio Nobel de Medicina de 1998 polo descubrimento do papel do óxido nítrico na regulación cardiovascular
• Papel do óxido nítrico na saúde e diabete. Arquivado 18 de xullo de 2015 en Wayback Machine.
• Microscale Gas Chemistry: Experiments with Nitrogen Oxides
• Your Brain Boots Up Like a Computer – novas visións sobre o papel biolóxico do óxido nítrico.
• Assessing Potencial do óxido nítrico no pé diabético
• New Discoveries About Nitric Oxide Can Provide Drugs For Schizophrenia
• Óxido nítrico na Chemical Database