Está demostrado que la TOHB genera vasoconstricción. La vasoconstricción producida se denomina “no hipoxemiante”, ya que no contrarresta el efecto de hiperoxia ni profundiza la hipoxia en tejidos isquémicos o mal perfundidos. Esto se debe a que el oxígeno que alcanza el tejido se encuentra disuelto en la sangre. Está favorecida por el aumento de O. disponible en pequeñas arterias y capilares y se produce en tejidos sanos, sin deterioro de la oxigenación, estimulando una redistribución de flujo hacia zonas hipoperfundidas..Estudios llevados a cabo por Saltzman en 1968 evidenciaron en exploraciones funduscópicas realizadas en medio hiperbárico que, a pesar de la acusada vasoconstricción, la hiperoxigenación se manifestaba.⁵

Este mecanismo también está involucrado en la disminución y el alivio del dolor mediado por la reducción en los niveles del vasodilatador óxido nítrico (NO) en condiciones de hiperoxia.^1,2,3 Además, puede ayudar a vencer mecanismos de resistencia vascular presentes en algunas patologías.³ La hiperoxia incrementa la generación de ATP, lo que previene el metabolismo anaeróbico en las células tisulares y la acidosis en los tejidos, asociados con la aparición del dolor.

También se genera vasoconstricción refleja, mediada por el Sistema Nervioso Central a través de receptores α-adrenérgicos, que disminuye hasta 20 % el flujo sanguíneo sin alteración del retorno venoso, lo cual se traduce en un beneficio para la reducción del edema a cualquier nivel.⁶

En individuos sanos, la vasoconstricción está mediada por la liberación de endotelina I y TNFα por parte de distintos tipos celulares.⁷ La vasoconstricción periférica causada por la Oxigenoterapia Hiperbárica es un mecanismo compensatorio frente a la hiperoxia, por lo tanto, solo afecta a los vasos sanguíneos de la microcirculación de los tejidos sanos y en diferente medida. Así, se constituye en la mayor respuesta en vasoconstricción en el cerebro.⁸

Cuando existe un estado de hipoxia local (vasculopatía periférica, síndrome compartimental, edema maligno, trastornos metabólicos), este territorio se beneficia del volumen plasmático de los territorios sanos. Esto quiere decir que el tejido sano (el rico en oxígeno) sobrealimenta al hipóxico o pobre (efecto Robin Hood).⁵ La condición no hipoxemiante de la vasoconstricción periférica se da principalmente por la cantidad de oxígeno diluido en plasma y contribuye de manera significativa a este efecto Robin Hood, además de no ser perjudicial para los tejidos sanos.

Angiogénesis y Vasculogénesis

La hiperoxia estimula la neovascularización o formación de nuevos vasos, a partir de dos procesos: estimula el proceso de manera local (angiogénesis) y estimula la llegada y diferenciación de células madre (vasculogénesis).^9,10,11 En la zona de neovascularización se genera un estrés oxidativo que hace de estímulo a la producción de mediadores del crecimiento celular.²

A nivel bioquímico, en estos mecanismos participan numerosos factores de crecimiento, factores de transcripción, hormonas y mediadores químicos como, por ejemplo: factor inducible por hipoxia 1 (HIF-1), factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), factor de crecimiento epidérmico (EGF), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) e interleuquinas (IL).¹² En sitios de neovascularización que cursan con hipoxia, la generación de ERO estimula la producción de factores de transcripción (HIF-1: factor inducible por hipoxia)¹¹a través de la estabilización y dimerización de subunidades HIF-1α y HIF-1β.⁹ A su vez, HIF-1 estimula la producción de factores de crecimiento involucrados en neovascularización como FCEV o VEGF (del inglés: vascular endotelial growth factor)¹¹, para la migración y diferenciación de células madre a células endoteliales.^{14, 15} Si bien la hipoxia es el principal mecanismo desencadenante de la angiogénesis¹⁶, si esta condición se prolonga en el tiempo, el proceso de angiogénesis no persiste o se realiza en forma desordenada e inestable (angiogénesis degenerativa).^{11,12,13,14,15}

Particularmente, el efecto proangiogénico desencadenado por TOHB está mediado por un aumento sostenido de la producción de VEGF. Esto promueve la formación de nuevos vasos, tras varias sesiones¹⁴, porque, cuando se realiza el tratamiento, se obtienen niveles sostenidos y progresivos de VEGF, lo que provoca angiogénesis efectiva.

Por otro lado, en médula ósea, TOHB tiene efecto sobre la actividad de la enzima óxido nítrico sintasa medular (ONS), que sintetiza óxido nítrico (NO). La movilización de células progenitoras desde la médula ósea a la circulación periférica es un proceso dependiente de NO. La estimulación de la enzima ONS activa una metaloproteinasa-9 que cliva a SCF (Stem cell factor) de la membrana plasmática. Esto permite la movilización de la célula y favorece el proceso de neovascularización y cicatrización ^13,14. Así, la diferencia principal con el oxígeno normobárico en sí es la capacidad de movilizar las células stem cell CD34+ CD45dim, progenitoras de células endoteliales ^13,14,16 que se encuentran fuertemente asociadas con la cicatrización de diferentes heridas como pie diabético y quemaduras.^17,18

Como se comentó previamente, el oxígeno es un mediador fundamental para la cicatrización y regeneración tisular. Su presencia y, especialmente, su aumento reduce el edema tisular. Existe una relación directa entre los niveles de oxígeno disponibles y la tasa de curación. La vasoconstricción favorece la reducción de la respuesta inflamatoria y, por lo tanto, la reducción de edema¹ presente en procesos isquémicos e hipóxicos en tejidos blandos, hueso y cerebro^7,19,20 TOHB reduce la producción y liberación de citoquinas proinflamatorias por neutrófilos y monocitos.^{1, 7,20}

La concentración de oxígeno en los vasos compensa la vasoconstricción periférica. De esta manera, se impide la extravasación de líquido al tejido circundante, lo que disminuye el edema.¹

Hay estudios que revelan los efectos de la oxigenación hiperbárica en la producción de citoquinas.. Esta terapia aumenta la producción de FGF y la síntesis de colágeno, disminuye la interleuquina 1 (IL-1), interleuquina 6 (IL-6) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF alfa). Los efectos del factor de crecimiento transformante beta 1 (TGFβ1) y el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFβ) son mayores con TOHB.^{7, 21}

VEGF, TGFβ1 (factor de crecimiento transformante beta 1), y PDGFβ (factor de crecimiento derivado de plaquetas) presentan patrones de liberación bifásica. Esto quiere decir que se liberan tanto en hipoxia como hiperoxia. Sin embargo, la liberación estimulada por la hiperoxia es mayor.⁷ Los efectos de TGFβ1 y PDGFβ son mayores con TOHB.^{7, 17}

En individuos sanos, la TOHB inhibió en un 50 % el interferón gamma (IFN gamma) en los linfocitos, sin alterar la producción de IL1 e IL2, en ausencia de enfermedad.²²

En cultivos in vitro de células endoteliales, se evidenció la disminución de interleuquinas proinflamatorias, principalmente en interleuquina 8 (IL8), calreticulina (CALR) y anexina (ANXA), con un mayor efecto antinflamatorio con el tratamiento de oxigenación hiperbárico a 1,5 atm versus 2,4 atm. En este mismo trabajo, se logra una disminución de endoglina y de las proteínas de apoptosis CASP1 y TP53 solo a 1,5 atm.²³

El TNF α es el principal estímulo que induce la expresión de las moléculas de adhesión en el endotelio activado. Una vez que el endotelio es activado, la extravasación de los leucocitos transita por los cuatro pasos conocidos: adhesión inicial, rodamiento, firme adhesión y migración transendotelial.

Además de disminuir la activación inflamatoria en el endotelio, con TOHB se observa disminución de la expresión de integrinas en leucocitos (CD18), lo que puede contribuir a disminuir la inflamación en el daño por isquemia-reperfusión, al reducir la adhesión leucocitaria para reclutamiento de células inflamatorias en el sitio isquémico.^19,20

Existen reportes sobre la acción de TOHB en la modulación del estrés oxidativo, disminución de la adhesión leucocitaria y disminución de la inflamación en modelos animales de isquemia-reperfusión, que coloca a la oxigenación hiperbárica en una función importante en el preacondicionamiento quirúrgico de cirugías cardíacas y trasplantes.^{24, 25} TOHB puede afectar directamente la apoptosis celular, la transducción de señales y la expresión génica en aquellos tejidos que son sensibles al oxígeno o la hipoxia. El preacondicionamiento con oxígeno hiperbárico proporciona un reservorio de oxígeno a nivel celular no solo transportado por la sangre, sino también por difusión desde el tejido intersticial, donde alcanza una alta concentración que puede durar varias horas, mejora la función endotelial y la reología y disminuye la inflamación local y el edema. Principalmente, la protección está dada en la up regulation de las enzimas antioxidantes que protegen el efecto deletéreo del aumento de EROs en el tejido injuriado y evita la apoptosis consecuente.^{24, 25}

Huang y col. postulan que el aumento de EROs otorgado por TOHB gatilla las cascadas moleculares que conducen a la protección vía inducción de la proteína de choque térmico 32 (HSP32), como se observó en modelos animales de injurias medulares.²⁶

Con respecto al desarrollo de inflamación crónica, la activación del sistema Toll Like Receptors (TLR) contribuye al mantenimiento de la respuesta inflamatoria y a la inflamación crónica en muchas situaciones. TOHB protege la neurona después de la injuria traumática cerebral e incluso en la inflamación crónica de grandes quemados. Así, se evidencia una inhibición de los caminos de señalización NF-kB y de la expresión de estas plataformas moleculares en diferentes tejidos, después de la oxigenación hiperbárica.^{27, 28}

Se ha demostrado en cultivos in vitro que la hiperoxia estimula la diferenciación celular, la formación de depósitos minerales y el metabolismo fosfocálcico.²⁹ La función celular y la remodelación ósea llevadas a cabo por las células osteogénicas son dependientes de oxígeno y se ven estimuladas por la producción de factores de crecimiento en condiciones de hiperoxia.

El efecto angiogénico y la producción de óxido nítrico también colaboran con la formación de hueso y la diferenciación celular^1,29, a través de la circulación y movilización de células progenitoras.

Por otro lado, TOHB suprime la formación de osteoclastos actuando en los estadios iniciales de diferenciación, disminuyendo la expresión de proteínas como RANK Y RANKL (el sistema intercelular proteico de ligando y receptor activador del factor nuclear kB encargado de la activación y diferenciación de células óseas). Una desregulación en alguno de sus componentes puede generar una disminución en la masa ósea, lo que puede llevar a desarrollar osteoporosis. Por lo tanto, TOHB disminuye la población de osteoclastos y en consecuencia la resorción ósea.³⁰

También impide la progresión de injurias e infecciones ante lesiones que afectan el tejido óseo porque, al disminuir la inflamación y el edema óseo²⁰ y resolver la infección en osteomielitis, favorece la osteogénesis por un mecanismo secundario.

TOHB en la célula ósea promueve una mayor liberación de fosfatasa alcalina ósea, un mayor depósito de calcio y fósforo, una mayor proliferación de osteoblastos y acelera la formación del nódulo óseo.²⁹

La síntesis de colágeno y la formación de la matriz extracelular son producidas por la proliferación de fibroblastos, lo que favorece la formación del tejido cicatrizal y nuevos vasos y conduce a resolver las condiciones de hipoxia y de la injuria del tejido hipoperfundido. Este efecto es mediado por la síntesis aumentada de los factores de crecimiento, favorecido por la TOHB a través de radicales libres y EROS.¹⁵

El colágeno es una proteína estructural sintetizada por los fibroblastos mediante reacciones químicas complejas, que incluyen la hidroxilación de los aminoácidos prolina y lisina. La reacción de hidroxilación y el entrecruzamiento de las fibras de colágeno son procesos favorecidos en condiciones de hiperoxia (péptidos y propéptidos del colágeno).^2,15 El oxígeno es necesario para que la enzima hidroxiprolina produzca los entrecruzamientos y pueda formar moléculas de colágeno estables.

Se ha demostrado en modelos animales que TOHB aumenta la expresión de los genes de procolágeno tipo I en la cicatrización del tendón y de ligamentos e inhibe la expresión de las metaloproteasas.^32,33 EROs activa la expresión de factores de crecimiento para la activación de los fibroblastos³⁴ y resulta en un aumento significativo de la síntesis de colágeno tipo I y tipo III relacionados con un aumento de óxido nítrico local a nivel de la herida en cicatrización. De esta manera, se concluye que el oxígeno no sólo es importante en la maduración del colágeno, necesario para formar un colágeno estable, sino que aumenta la síntesis de los precursores del colágeno.³⁵

TOHB moviliza las células madre progenitoras por la estimulación de la síntesis de Óxido Nítrico NO en la médula ósea.^{13, 36} La hiperoxia aumenta el NO in vivo en la médula ósea y la liberación de las células progenitoras endoteliales a la circulación periférica, asociadas con una recuperación aumentada de la perfusión de oxígeno en los miembros inferiores. Igualmente, fomenta el cierre de las heridas isquémicas, contribuyendo a la oxigenación, vascularización y cicatrización de las heridas.¹⁶

Por otro lado, la modulación con el oxígeno es una variable clave a considerar en el diseño de los protocolos de diferenciación de células beta- pancreáticas y contribuye a futuras estrategias en el trasplante de células beta maduras³⁷para tratar la diabetes insulinodependiente. La TOHB mejora el trasplante de células en injertos, la recuperación funcional en el infarto cardíaco y la diferenciación de las células madre mesenquimales.^38,39

Modelos experimentales demostraron que TOHB promueve la diferenciación de células madre neuronales en neuronas y oligodendrocitos y reduce el número de astrocitos in vitro, posiblemente, por la regulación de las vías dependientes de la señalización de la proteína Wnt3, b catenina y la proteína morfogénica ósea 2 BMP2.⁴⁰

Por otro lado, se observa una up-regulation de la proliferación de las células neuronales dentro de los nichos neurogénicos en el cerebro adulto. Más aún, TOHB produce la migración de las células madre al área de injuria, como se demostró en modelo animal de lesiones cerebrales isquémicas y traumáticas.⁴¹

Así, no sólo produce movilización de células madre desde médula ósea, sino que se postula para preacondicionamiento (porque disminuye la inflamación neuronal) y diferenciación de las mismas encélulas endoteliales o neuronales. TOHB es una herramienta fundamental en todas las aplicaciones de la medicina regenerativa.^{40,42, 43}

La hiperoxia puede, al mismo tiempo, estimular el aumento de los niveles de EROs y de especies antioxidantes enzimáticas y no enzimáticas. El efecto del aumento de producción de ERO dependerá del tipo celular, la concentración de O₂ y la duración de la exposición.^3,44 Este mecanismo se encuentra regulado, cuando la hiperoxia no se acentúa ni prolonga demasiado en el tiempo como para saturar las defensas antioxidantes en tejidos normales y nocausar daño ni disfunción celular. Por ejemplo, TOHB puede inducir la protección contra estímulos oxidantes en células endoteliales, a través de sobreexpresión de genes antioxidantes.^45,46

Existe evidencia científica del aumento de la respuesta oxidante, generado por la oxigenación hiperbárica, que implica un aumento de la expresión de los genes antioxidantes y citoprotectores. Entre ellos, la proteína de choque térmico (HSPA1A), hemooxigenasa 1 (HMOX1) y metalotioneína 1X (MT1X), con un pico de aumento a las 4 horas posteriores a TOHB.⁴⁵ Más aún, las células endoteliales tratadas con TOHB fueron resistentes al estrés oxidativo, cuando se expusieron a un agente oxidante in vitro (tButyl peróxido de hidrógeno) con un efecto citoprotector del oxígeno hiperbárico sobre el estrés oxidativo en las células endoteliales.⁴⁵

Esta condición de aumento de las enzimas antioxidantes ante un estímulo de estrés oxidativo se propone como preventivo protector ante la isquemia en la médula espinal y cerebro. Así, TOHB es utilizada como preacondicionamiento quirúrgico porque aumenta la tolerancia a la isquemia.⁴⁷

Se evidencia un aumento de la enzima antioxidante superóxido dismutasa (SOD) con TOHB a diferentes presiones en cerebro, pulmón y eritrocitos⁴⁸ y un aumento en la actividad de SOD y glutatión peroxidasa (GSH) en tejido hepático. También se observó la regeneración por aumento de marcadores de índices mitóticos y proliferación celular (MI y PCNA) con una disminución del marcador de estrés oxidativo malondialdheído (MDA) en los hepatocitos de modelos experimentales animales.⁴⁹

Las enzimas glutatión Peroxidasa 4 (GPX4) y lactoperoxidasa (LPO) se hiper- expresaron en la injuria por isquemia-reperfusión pulmonar en modelo animal, con reducción de los genes de estrés oxidativo en animales tratados con TOHB.⁵⁰Se sugirió que, además de regular la inflamación en la injuria por reperfusión, TOHB regula el daño producido por las especies reactivas de oxígeno en exceso.

En la patología infecciosa en general, la hiperoxia generada es activa contra el biofilm bacteriano y aumenta la actividad bactericida de muchos antibióticos contra estos microorganismos.^31,51,52

Las especies reactivas de oxígeno (EROs) que se generan a partir de la hiperoxia tienen actividad bactericida per se, además de contribuir a aumentar la inmunidad celular por promover la fagocitosis.^2,31La combinación de TOHB y el tratamiento antimicrobiano adecuado pueden contribuir a disminuir la resistencia bacteriana que se genera por la exposición a niveles de EROs subletales cuando el tratamiento convencional antibiótico es administrado sin el oxígeno como potente adyuvante activador.^51,52,53

Por otro lado, las especies reactivas de oxígeno (producidas por la metabolización del oxígeno principalmente en la mitocondria) tienen actividad bactericida per se y tienen acción directa contra los lípidos de la membrana bacteriana, la síntesis de proteína y sobre el ADN microbiano.³¹

Se reconocen cuatro EROS principales: superóxido (O2•−), peróxido de hidrógeno (H2O2), radical hidroxilo (•OH) y oxígeno singlete (1O2). Ellos tienen diferentes cinéticas y niveles de actividad.⁵⁴ Los efectos de O2•− y H2O2 son menos agudos que los de •OH y 1O2, ya que los primeros son menos activos y pueden ser detoxificados con enzimas endógenas antioxidantes (enzimáticas como catalasa y superóxido dismutasa y no enzimáticas), que son inducidas por el estrés oxidativo. Sin embargo, ninguna enzima puede desintoxicar el radical •OH o 1O2. Esto lo hace extremadamente tóxico y letal, agudo para la bacteria⁵⁴, por lo que se considera el aumento temporal de estos EROs y radicales libre con un efecto bactericida directo contra diferentes bacterias, además de contribuir a la capacidad fagocítica de macrófagos y leucocitos e inhibir toxinas bacterianas involucradas en la patogénesis infecciosa.^31,54

En condiciones adversas como la hipoxia (característica en heridas) aumenta la predisposición a infecciones. Algunas células del sistema inmune como los neutrófilos o polimorfonucleares (PMN) responden a la presencia de patógenos y ejercen su acción bactericida a través de la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO), radicales libres y la acción de peroxidasas.^1,31

Estos mediadores químicos dañan el ADN y oxidan proteínas y lípidos (lipoperoxidación), inhibiendo el metabolismo bacteriano. En este contexto, se doblega el ataque frente a microorganismos anaerobios, incapaces de producir sus toxinas en condiciones de hiperoxia (α-toxinas producidas por esporas de Clostridium perfringens, agente causal de la gangrena gaseosa).^31,55

Además, TOHB ejerce acción sinérgica con algunos antibióticos y facilita el transporte dependiente de O. a través de la pared celular bacteriana.³¹

Cabe destacar que el efecto de TOHB sobre la inmunidad celular reduce el daño celular mediado por glóbulos blancos en tejidos isquémicos, sin afectar sus funciones inmunes (degranulación, fagocitosis), por lo tanto, no genera compromiso inmune para el paciente.^1,31 En este contexto, el acondicionamiento o pretratamiento con TOHB protege del daño por reperfusión postisquémica (inhibe la síntesis de β2-integrinas, responsables del secuestro y la adhesión de neutrófilos circulantes a las paredes de los vasos).¹

La acción de TOHB en el fortalecimiento de los efectos antimicrobianos del sistema inmune se produce por una cascada de interleuquinas y balance del mismo. El aumento de los niveles de O2 durante TOHB causa algunos efectos celulares como la supresión de mediadores proinflamatorios, disminución transitoria en la proporción de células T CD4: CD8 y la aparición de apoptosis de linfocitos y neutrófilos. En general, estos efectos pueden mejorar los mecanismos antimicrobianos del sistema inmunitario y la curación de infecciones.^1,31

La respuesta inmune celular adaptativa contra virus de la inmunodeficiencia humana (HIV) podría ser favorecida con el oxígeno hiperbárico, disminuyendo la carga viral y la replicación en monocitos periféricos en estudios experimentales.⁵⁶

TOHB favorece la función neuronal, ya que revierte el estado de hipoxia, disminuye el edema, favorece la neuroplasticidad y la elongación axonal.^1,2 Dentro de los mecanismos involucrados en la neuroprotección por TOHB, cabe destacar la preservación de la producción y las reservas energéticas celulares, la regulación del estrés oxidativo, la disminución de la acumulación y la adhesión de neutrófilos.^7,19,57 A nivel mitocondrial, es capaz de restaurar la polaridad y permeabilidad de la membrana, mejorando la eficiencia en la producción de energía y la modulación de los niveles de ERO.^{19, 58,59}

Además, al favorecer la vasoconstricción y la antiinflamación, TOHB disminuye la presión intracraneal y el volumen del líquido céfalorraquídeo.^19,60 Sumados a una mejor oxidación tisular y normalización del estado oxidativo a nivel mitocondrial, estos efectos ayudan a preservar la función y actividad neuronal y protegen de la apoptosis en algunas enfermedades neurodegenerativas^15,61,62 En el mecanismo de neuro- protección están involucrados fenómenos tales como la proliferación celular. Como vimos anteriormente, TOHB es capaz de movilizar células progenitoras de la médula ósea, que se diferencian en células neurotrópicas⁶³, síntesis de factores neurotrópicos, elongación axonal y mielinización.¹⁹

TOHB también estimula la neuroplasticidad a través de la regeneración axonal periférica. Así, se evidencia crecimiento axonal en los nervios injuriados, estimulando la mitocondria de la placa neuromuscular y la neuroplasticidad.^63,64 Más aún, la restauración del impulso nervioso de las neuronas periféricas y la estimulación de la mitofagia de las mitocondrias dañadas contribuyen a disminuir el dolor neuropático en diversas patologías.^65,66,67,68

La neuroprotección se favorece con TOHB por una conjunción de procesos como la angiogénesis, el aumento de la oxigenación y la mejora de la función y metabolismo neuronal. La disminución de la neuroinflamación crónica desencadena en simultáneo proteínas con efectos neuroprotectores, tal como se demostró en modelo animal de enfermedad de Alzheimer^61,62 que resultó en efecto antioxidante y antiinflamatorio para frenar la progresión de algunas enfermedades neurodegenerativas.