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ENDOCRINOLOGÍA
ENDOCRINOLOGÍA
VÍCTOR M. ARCE
PABLO F. CATALINA
FEDERICO MALLO
CONTENIDOS
PARTE I: MECANISMOS DE ACCIÓN HORMONAL
Capítulo 1. Transporte de sustancias a través de membranas
Capítulo 2. Canales iónicos
Capitulo 3. Receptores acoplados a proteínas G
Capítulo 4. Dimerización de receptores acoplados a proteínas G
Capítulo 5. Receptores con actividad tirosina-quinasa
Capítulo 6. Receptores asociados a tirosina-quinasa
Capítulo 7. Receptores de la superfamilia del TGF-β
Capítulo 8. Receptores nucleares
PARTE II: NEUROENDOCRINOLOGÍA
Capítulo 9. La unidad hipotálamo-hipófisis
Capítulo 10. Prolactina
Capítulo 11. Eje hipotálamo-hipófiso-testicular
Capítulo 12. Eje hipotálamo-hipófiso-ovárico
Capítulo 13. Neurohipófisis
Capítulo 14. Factores tróficos y función neuroendocrina
Capítulo 15. Neuroesteroides y sistema nervioso periférico
PARTE III. CRECIMIENTO Y DESARROLLO SEXUAL
Capítulo 16. Hormona de crecimiento
Capítulo 17. Regulación y acciones de la ghrelina
Capítulo 18. Actualizaciones en endocrinología de la reproducción
Capítulo 19. La pubertad y sus trastornos
PARTE IV: TIROIDES
Capítulo 20. Fisiología de la glándula tiroides
Capitulo 21. Mecanismos moleculares implicados en la función tiroidea
Capítuo 22. Síndromes de resistencia a la acción de las hormonas tiroideas
Capítulo 23. Anomalías en la función de la glándula tiroides
Capítulo 24. Urgencias en patología tiroidea
PARTE V: SUPRARRENALES
Capítulo 25. Regulación del eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales
Capítulo 26. Fisiología de la corteza suprarrenal
Capítulo 27. Hiperplasia suprarrenal congénita
Capítulo 28. Síndrome de Cushing
Capítulo 29. Hiperaldosteronismo primario
Capítulo 30. Feocromocitoma
PARTE VI. PARATIROIDES
Capítulo 31. Anatomía y fisiología de las glándulas paratiroideas
Capítulo 32. Hiperparatiroidismo primario
PARTE VII. OBESIDAD
Capítulo 33. Regulación de la ingesta
Capítulo 34. Trastornos del comportamiento alimentario: efecto de la composición de
la dieta
Capítulo 35. Obesidad: conceptos básicos
Capítulo 36. Tratamiento de la obesidad
Capítulo 37. El síndrome metabólico
PARTE VIII: DIABETES
Capítulo 38. Diabetes mellitus: conceptos básicos
Capítulo 39. Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2
Capítull 40. Avances en el diagnóstico de la diabetes mellitus
Capítulo 41. Descompensaciones hiperglucémicas en la diabetes
Capítulo 42. Complicaciones crónicas de la diabetes mellitus
Capítulo 43. Avances en el tratamiento de la diabetes mellitus
PARTE IX: OTROS SISTEMAS ENDOCRINOS
Capítulo 44. Características fisiológicas de la barrera hematoencefálica
Capítulo 45. Efectos fisiologicos del IGF-1: neuroprotección
Capítulo 46. Hormonas reguladoras de los procesos de neurogénesis y gliogénesis
Capítulo 47. Neuroinmunoendocrinología y enfermedades autoinmunes
Capítulo 58. Psiconeuroinmunología
Capítulo 49. El corazón como órgano endocrino: péptidos natruiréticos
Capítulo 50. La superfamilia del TGF-β: miembros, regulación y respuestas celulares
PARTE X: MÉTODOS EN ENDOCRINOLOGÍA
Capítulo 51. Cultivos celulares
Capítulo 52. Organización histológica del sistema endocrino: técnicas de estudio
Capítulo 53. Metodologías en el laboratorio clínico: el inmunoensayo
Capítulo 54. Introducción a la electrofisiología de las células endocrinas
Capítulo 55. Ratones modificados genéticamente
Capítulo 56. Aplicaciones de los ratones modificados genéticamente en endocrinología
RELACIÓN DE AUTORES
Isabel Alonso
Servicio de Endocrinología
C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra)
[email protected]
Amalia Andrade
Servicio de Análisis Clínicos
C.H.U. Xeral-Cies de Vigo
[email protected]
Ana Aranda
Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols”.
Consejo Superior de Investigaciones Científicas y
Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM)
[email protected]
Víctor M. Arce
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Carmen Carneiro
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Eva Carro
Servicio de Neurología
Hospital 12 de Octubre
[email protected]
Xesús Casabiell
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Felipe F. Casanueva
Departamento de Medicina
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Pablo F. Catalina
Servicio de Endocrinología
C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra)
[email protected]
José A. Costoya
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Fernando Cordido
Departamento de Medicina
Universidade de A Coruña
[email protected]
Jesús Devesa
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Carlos Dieguez
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Ricardo V. García-Mayor
Servicio de Endocrinología, Diabetes, Nutrición y Metabolismo
C.H.U. Xeral-Cies de Vigo
[email protected]
Africa González
Área de Inmunología.
Universidade de Vigo.
[email protected]
Francisco González
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Lucas González
Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde
Universidade de Vigo
[email protected]
Carlos Spuch
Laboratorio Neurociencias
Karolinska Institute
[email protected]
J. Antonio Lamas
Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde
Universidade de Vigo
[email protected]
Francisca Lago
Departamento de Medicina
Hospital Clínico Universitario de Santiago de Compostela
[email protected]
Alfonso Leal
Departamento de Medicina
Hospital Virgen del Rocio. Sevilla
[email protected]_andalucia.es
Yolanda Diz Chaves
Lab. Neurociencias
Instituto Cajal. CSIC. Madrid.
[email protected]
Joaquín Lado
Departamento de Medicina
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Mª Reyes Luna
Servicio de Endocrinología, Diabetes, Nutrición y Metabolismo.
C.H.U. Xeral-Cies de Vigo
[email protected]
Federico Mallo
Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde
Universidade de Vigo
[email protected]
Aurelio Martís
Servicio de Endocrinología
C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra)
[email protected]
Encarnación de Miguel
Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde
Universidade de Vigo
[email protected]
Rubén Nogueiras
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Roberto Peinó
Departamento de Medicina
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Avelina Pérez-Bravo
Servicio de Psiquiatría.
C.H.U. Xeral-Cies de Vigo
[email protected]
Celia Pombo
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Juan Carlos Rueda
Servicio de Cirugía
C.H.O.P (Complexo Hospitalario de Pontevedra)
[email protected]
Pilar Santisteban
Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols”
Consejo Superior de Investigaciones Científicas y
Universidad Autónoma de Madrid (CSIC-UAM)
[email protected]
Estela Sanchez
Departamento de Biología Funcional e Ciencias da Saúde
Universidade de Vigo
[email protected]
Rosa Señarís
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Cristina Taboada
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Manuel Tena-Sempere
Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología.
Universidad de Córdoba
[email protected]
Mª Ausencia Tomé
Departamento de Medicina
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
Ignacio Torres-Alemán
Instituto Cajal
Consejo Superior de Investigaciones Científicas.
[email protected]
Anxo Vidal
Departamento de Fisioloxía.
Universidade de Santiago de Compostela
[email protected]
PARTE I
MECANISMOS DE
ACCIÓN HORMONAL
CAPÍTULO 1
P A S O D E S U S T A N C IA S A T R A V É S D E
M EM BRANAS
Las células necesitan intercambiar sustancias con el exterior para su funcionamiento.
Además este intercambio permite que la célula pueda comunicarse con otras. Todo
intercambio tiene que producirse forzosamente a través de la membrana celular. La
membrana celular consta de una bicapa de lípidos (fosfolípidos, colesterol y
glicolípidos) que tienen una parte polarizada y otra no polarizada (moléculas
anfipáticas). Al estar disueltos en agua, las partes no polarizadas (hidrófobas) se unen
entre si y las polarizadas (hidrófilas) miran hacia el agua, conformándose así
membranas bicapa. Al microscopio electrónico estas capas se ven como una capa
clara (25-40 ) limitada por dos capas oscuras (25 cada una). Entre las moléculas
de lípidos hay moléculas proteicas que conforman estructuras que funcionan como
receptores, canales o bombas. Dependiendo de la función de cada célula, las
proporciones de proteínas y lípidos de sus membranas se modifican. En la tabla 1.1
se muestra un ejemplo de células del hígado y del cerebro.
Tabla 1.1. Composición de la membrana plasmática
Hígado
Proteínas
Lípidos
Colesterol
Fosfolípidos
Otros
60%
40%
16%
39%
45%
Cerebro
31%
69%
27%
45%
28%
Las funciones de las proteínas de membrana son variadas, pero las funciones más
frecuentes son canales, bombas, enzimas, receptores y sistemas de unión
intercelulares. Estas proteínas pueden producir movimientos iónicos o activar
segundos mensajeros (AMPc, GMPc, Ca2+, etc). El movimiento iónico produce cambios
en el potencial transmembrana. Para eso es necesario que los iones atraviesen la
membrana celular utilizando un mecanismo de transporte. Los mecanismos de
transporte se dividen en dos grandes grupos: pasivos (por difusión y canales) y activos
(bombas, exocitosis y pinocitosis).
MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA
Transporte pasivo por simple difusión
La energía térmica de las moléculas hace que estén en un continuo estado de
agitación y que se desplacen. El desplazamiento que sufren las moléculas en un
líquido ha sido estudiado por Einstein y Stokes, quienes asumieron que estos
desplazamientos estaban regidos por las fuerzas de rozamiento entre las moléculas.
Suponiendo que las moléculas fuesen esféricas el desplazamiento por difusión sigue
esta ecuación:
RT
D = -------6πνrN
Donde D es el desplazamiento por difusión, ν es la viscosidad del medio, r es el
radio de la partícula, R es la constante de los gases (8,314 J/Kmol), T es la
temperatura (expresada en grados Kelvin) y N es el número de Avogadro (6,022·1023).
Este movimiento hace que las moléculas de soluto puedan atravesar las membranas
celulares. El paso de soluto por este mecanismo se rige por la Ley de Fick o ley de
difusión:
DA (Ca-Cb)
F = ---------------X
En donde D es el coeficiente de difusión del soluto en la membrana, A es el área
de membrana considerada, Ca y Cb las concentraciones a ambos lados de la
membrana y X el grosor de la membrana. Los coeficientes de difusión varían
dependiendo de las membranas y de los solutos. Para el caso de que el disolvente sea
el agua, la tabla 1.2 da los coeficientes de difusión de diferentes sustancias.
Tabla 1.2. Coeficientes de difusión (cm2·s) en agua
Sustancia
Coeficiente de difusión
H20
2,2·10-5
02
2,0·10-5
Cl-
2,0·10-5
K
2,0·10-5
+
Na+
1,3·10-5
Glicina
1,0·10-5
Glucosa
0,6·10-5
Lactosa
0,4·10-5
Hemoglobina
0,07·10-5
Como puede verse por la ecuación de Fick lo que realmente determina el paso de
sustancias por difusión es la diferencia de concentraciones a ambos lados de la
membrana. Cuando esto se iguala no hay paso neto de sustancias. Hay que fijarse
que en esta ecuación no se considera la existencia de cargas eléctricas que, como ya
se verá supone un importante problema para el movimiento iónico.
Transporte pasivo por canales
Los canales son estructuras proteicas transmembrana que permiten el paso de
sustancias a su través (ver capítulo 2). Los más relevantes son los que permiten el
paso de iones porque modifican el potencial transmembrana generado por las bombas
iónicas. Existen multitud de canales con diferentes propiedades. Una vez los canales
se abren, el paso de iones a su través esta regulado por el potencial de equilibrio del
ión, por las concentraciones de ión a ambos lados de la membrana y por el potencial
transmembrana.
Transporte activo por bombas
En las membranas celulares existen complejos proteicos que consumen energía y que
son capaces de mover iones y otras sustancias contra un gradiente eléctrico o de
concentración. La energía normalmente la obtienen del ATP o del potencial
transmembrana. Existe una importante variedad de ellas.
Transporte activo por exocitosis, fagocitosis y pinocitosis
Este tipo de transporte se produce cuando parte de la membrana celular engloba
sustancias formando vesículas y las expulsa de la célula o las incluye en la célula. Es
un mecanismo que se utiliza mayormente en las sinapsis, donde las vesículas
contienen neurotransmisores.
CONSECUENCIAS DEL PASO SELECTIVO DE IONES POR UNA
MEMBRANA
El transporte por difusión llevaría a una situación estable que no sería útil para la
célula. Es necesaria la existencia de mecanismos que transporten sustancias incluso
en contra de la concentración. Para esto están los transportadores activos, también
llamados bombas. Como normalmente lo que se transporta son iones, estas bombas
reciben el nombre de bombas iónicas.
Iones y potencial de membrana
Una de las consecuencias del paso selectivo de iones a través de membranas es que
aparecen potenciales eléctricos transmenbrana que interfieren enormemente con
desplazamiento iónico que los genera. Los potenciales transmembrana se producen
con pequeñas cantidades de iones por lo que la concentración apenas varía a ambos
lados de la membrana. Esto es importante porque las bombas iónicas, aunque deben
consumir mucha energía para mover un ión a través de la membrana contra
potencial, en realidad el número absoluto de iones que mueven es muy bajo.
Si un ión está a diferentes concentraciones a ambos lados de una membrana, el
ión tiende a ir hacia el lado en donde la concentración es más baja. Pero al mismo
tiempo que pasan iones forzados por la diferencia de concentración, comienza a
aparecer un potencial transmembrana que frena el paso hasta que se alcanza un
equilibrio. El potencial que hay en esta situación de equilibrio se puede calcular con
la ecuación de Nerst:
RT
Ci
E = --------- ln ------zF
Ce
que, suponiendo que la temperatura es de 20ºC queda reducida a:
58.2
Ce
E = ------ log -------z
Ci
en donde E es el potencial transmembrana, R es la constante de los gases, T es la
temperatura (expresada en grados Kelvin), z es la valencia del ión, F es el número de
Faraday, y Ce Ci son las concentraciones a ambos lados de la membrana (Ce
extracelular, Ci intracelular). La tabla 1.3 nos da una idea de las concentraciones y
de los potenciales de equilibrio de diferentes iones en una célula muscular esquelética
de un mamífero.
Como las concentraciones no varían (excepto en el caso del Ca2+ intracelular y el
hecho de que el H+ se tampona), la salida o entrada de un ión al abrirse un canal
viene determinada por el potencial transmembrana que haya en ese momento (-90 mV
en el ejemplo de la tabla). La tendencia es a que entren o salgan iones para ajustar el
potencial transmembrana al potencial de equilibrio del ión. Es importante tener en
cuenta el signo de la carga del ión. También es importante tener en cuenta que al
moverse el ión, él mismo cambia el potencial transmembrana hasta llevarlo al su
potencial de equilibrio. En el caso del Cl- por ejemplo, si el potencial transmembrana
es -90 mV y se abren sus canales, sale de la célula repelido por la negatividad
intracelular y atraído por la positividad extracelular, pero solo hasta que se alcancen
los -81 mV de su potencial de equilibrio. Si el potencial de membrana fuese
inicialmente -60 mV y se abriesen los canales de Cl-, el Cl- entraría en la célula
empujado por la diferencia de concentración, hasta que la membrana alcanzase los 81 mV, es decir, hiperpolarizandola. Por este motivo los canales de Cl- tienden a
estabilizar la hiperpolarización de la célula.
Tabla 1.3. Concentraciones y potenciales de equilibrio de diferentes iones en una célula muscular
esquelética de un mamífero.
Ion
Concentración
externa (mEq)
Concentración
interna (mEq)
Ev (mV)
(Basal 90)
Na+
K+
Ca2+
142
4
2.4
10
140
0.0001
+67
-90
+127
ClMg2+
CO3H-
103
1.2
28
4.2
58
10
-81
-49
-26
FosfatosSO42H+
4
1
0.00004
75
2
0.0001
+74
+9
-23
Glucosa
90 mg/dl
0-20 mg/dl
Aminoacidos
90 mg/dl
200 mg/dl
Colesterol
Fosfolipidos
Grasa neutra
0.5 mg/dl
2-95 mg/dl
PO2
33 mmHg
20 mmHg
PCO2
pH
Proteinas
46 mmHg
7.4
2 g/dl
50 mmHg
7.0
16 g/dl
Normalmente en reposo, la célula muscular tiene un potencial transmembrana de
–90 mv. Esto significa que el único ión que está en equilibrio es el K+, es decir que no
tendría un desplazamiento neto a través de la membrana aunque se abran los canales
de K+. Por el contrario, el Na+ y el Ca2+ tienen 157 (90+67) y 218 (128+90) mV que los
fuerzan a entrar dentro de la célula cuando se abren sus canales. En condiciones de
reposo esto no ocurre porque la membrana celular es muy impermeable a estos iones
y solo permite su entrada cuando se abren unos canales específicos para ellos.
Para poder mantener estas concentraciones y este potencial transmembrana es
necesaria la existencia de unos mecanismos que transporten los iones a ambos lados
de la membrana incluso contra el gradiente de concentración y eléctrico. Estos
transportadores son las bombas iónicas.
BOMBAS IONICAS
La mayor parte de los experimentos que condujeron a conocer la existencia de
bombas iónicas se han realizado en el axón gigante del calamar (o la sepia) y en los
glóbulos rojos. En estas y otras células hay un potencial transmembrana que es
mantenido por las bombas iónicas y cuya energía es utilizada para transportar otras
sustancias contra gradiente de concentración, como por ejemplo aminoácidos,
azúcares y agua. Además muchos enzimas citoplasmáticos se estimulan por K+ o Na+.
Algunas bombas toman la energía directamente del ATP, por que en realidad son
ATPasas, por ejemplo la bomba sodio/potasio o la bomba de Ca2+. Otras aprovechan
los gradientes eléctricos generados por los iones. Normalmente las bombas en lugar
de transportar un solo ión, lo que hacen es intercambiar iones, por ejemplo sacar Na+
de la célula y meter K+ en la célula. Por esta razón también se denominan bombas
intercambiadoras de iones.
Las ATPasas suelen mover iones porque pueden obtener toda la energía necesaria
para este proceso, que es importante al tener que luchar contra el gradiente eléctrico.
Las bombas no ATPasas suelen tener menor requerimiento energético porque
transportan sustancias no iónicas y por lo tanto no afectadas por el gradiente
eléctrico, o, cuando transportan estas sustancias ionizadas lo que suelen hacer es
intercambiarla con otra de la misma polaridad para evitar crear cambios en el
potencial eléctrico. En la tabla 1.4 se presenta una relación de bombas ATPasas y no
ATPasas.
Tabla 1.4. Bombas iónicas ATPasas y no ATPasas.
ATPasas
Bomba
Bomba
Bomba
Bomba
Na+/K+.
Ca2+/Mg2+ muscular
de Ca2+ de los glóbulos rojos
de H+ de las células parietales de estómago
Bomba de H+ de las células cromafines
suprarrenales
Bomba de H+ de los túbulos contorneados distales
del riñón
No ATPasas
Bomba de aminoácidos.
Bomba de azucares
Bomba de neurotransmisores
Bombas intercambiadoras
(Na+/Cl-, Na+/Ca2+, Na+/Mg2+, Na+/H+)
Bombas intercambiadoras de iones negativos (Cl/CO3H-)
La bomba de sodio/potasio
Esta es la bomba más conocida y es la que se describirá aquí brevemente. Necesita
energía que obtiene del ATP, expulsa Na+ del interior de la célula e introduce K+ en el
interior de la célula. La bomba Na+/K+ es en realidad un enzima que hidroliza el ATP y
a cambio mueve iones. Un mol de ATP almacena 65 kJ.
La bomba consiste en una proteína larga incrustada en la membrana celular y
tiene la mayor parte dentro del citoplasma celular cruzando la membrana 10 veces.
La parte intracelular tiene un sitio de unión del ATP y otro punto donde se produce la
fosforilización. En la porción extracelular hay un punto en donde se une la oubaína,
un toxico que bloquea la bomba. Se cree que los lugares a donde se une el Na+ y el K+
están en los fragmentos que cruzan la membrana. Los glicósidos cardiacos (digital)
también bloquean esta bomba.
Su funcionamiento es como sigue y se ha deducido fundamentalmente a partir de
estudios en el axón gigante del calamar utilizando Na+ radiactivo (24Na+). Para
producirse el intercambio de iones primero se unen tres iones Na+ al transportador.
Después se produce la hidrólisis del ATP que pierde un fósforo que se une al
transportador produciéndose la fosforilización de un fragmento de la proteína. Esta
fosforilización modifica la conformación de la proteína (transportador) y expulsa los
tres iones Na+ al exterior. En este momento se unen 2 iones K+ al transportador. A
continuación el transportador se defosforiliza y recupera su conformación original,
con lo que libera el K+ en el interior de la célula. Como salen tres iones de Na+ y solo
entran dos iones K+, el resultado neto es que el exterior de la célula se hace positivo
con respecto al interior. Por esta razón se dice que la bomba Na+/K+ es electrogénica.
Para que este mecanismo funcione es necesario que haya ambos iones y que haya
ATP suficiente. Los experimentos en los que se modifican estas sustancias
demuestran que la salida de Na+ se ve alterada.
Un aspecto importante de este mecanismo es que es mucho más lento que el paso
iónico por canales, de tal forma que la corriente iónica generada por las bombas solo
supone el 1% de la generada por los canales en el mismo tiempo. Ocurre que la mayor
parte de las células abran sus canales solo por breves periodos de tiempo y poco
frecuentemente, lo que da tiempo a que las bombas recuperen los potenciales
transmembrana.
BIBLIOGRAFÍA
Ashcroft FM 2000 Ionic Channels and Disease. Academic Press.
Hille B 1992 Ionic Channels of Excitable Membranes. Sinauer Associates Inc.
Purves D, Augustine GJ, Fritzpatrick D, Katz LC, LaMantia A-S, McNamara JO 1997 Neuroscience.
Sinauer Associates Inc.
Kandel ER, Schwartz JH 2000 Principles of Neural Science (4ª edition). McGrawHill.
RECURSOS DE INTERNET
http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/mother/chan.html
CAPÍTULO 2
C A N A L E S IÓ N IC O S
Los canales son estructuras proteicas incluidas en la membrana celular que permiten
el paso de sustancias. Los canales más estudiados y más relevantes para las células
son los canales que permiten el paso de iones. Se encuentran en las membranas
celulares de animales, plantas, y bacterias, y juegan un importante papel en procesos
tales como la excitación nerviosa y muscular, secreción hormonal, aprendizaje y
memoria, proliferación celular, transducción sensorial, control del balance de sales y
agua, la regulación de la presión sanguínea y la contracción cardiaca.
El estudio de la estructura y función de los canales tiene importancia porque
ayuda a comprender el funcionamiento celular y además porque sus alteraciones son
la causa de diferentes enfermedades, ocasionadas por la mutación de un gen que
codifica la proteína de un canal pudiendo así alterar su funcionamiento. Por ejemplo,
la hipopermeabilidad de los canales de Na+ epiteliales es la causa del
pseudohipoaldosteronismo tipo I. Las alteraciones de los ligandos que activan o
desactivan el canal (por alteraciones genéticas que afectan al ligando por ejemplo)
pueden causar el malfuncionamiento del canal (como ocurre en algunos tipos de
diabetes mellitus). La presencia de anticuerpos contra las proteínas del canal también
puede producir alteraciones del canal. En algunos casos ciertas bacterias o virus
insertan canales en las membranas celulares que causan la muerte celular, como
ocurre con el estafilococo aureus. Finalmente, hay ciertas toxinas que alteran el
funcionamiento de los canales, como la tetrodotoxina (TTX), por ejemplo.
ESTRUCTURA MOLECULAR DE UN CANAL IÓNICO
Los canales son proteínas incluidas en las membranas celulares. Hay que señalar que
no solo se encuentran en las membranas externas, sino que también los hay en otras
membranas, como en el retículo endoplasmático y las mitocondrias.
La cadena de la proteína (subunidad α, β, etc.) cruza varias veces la membrana y
se expande por el citoplasma celular y por el exterior de la célula. El fragmento de
cadena que cruza la membrana se denomina dominio y es siempre una cadena α.
Cada dominio puede tener uno o varios segmentos transmembrana que son las
porciones incluidas en la membrana celular. Suele haber un loop intramembrana (H5,
hairpin) responsable de la selectividad del ion y de la apertura del poro del canal.
Parte de la proteína esta fuera de la célula y parte dentro de la célula. La parte
externa puede unirse a polisacaridos.
Normalmente el canal esta formado por varias proteínas diferentes llamadas
subunidades, que reciben el nombre de α, β, etc. Un canal se forma por
combinaciones de estas unidades formando dímeros, trímeros o tetrámeros.
Normalmente cualquier subunidad por si sola puede conformar un canal funcional,
pero al añadirse las restantes subunidades mejora o cambia el funcionamiento del
canal.
Al juntarse varias subunidades forman una estructura circular dejando un poro
en el centro por donde pasan los iones. Si el canal es voltaje-sensitivo, tiene un
fragmento de la proteína (hairpin) formado por aminoácidos que pueden ionizarse,
normalmente incluido en la membrana, que es sensible al voltaje y abre o cierra el
canal como una compuerta. Si el canal depende de un ligando para abrirse o cerrarse,
tiene un lugar a donde este puede unirse.
Puede haber una parte de la cadena de aminoácidos intracelular que funcione
como una compuerta tapando o destapando el poro del canal. También suele haber
una parte que facilita la unión con otras unidades α o β. La estructura tridimensional
(topología) y las características polares de sus aminoácidos de estas unidades
proteicas son los que determinan las propiedades funcionales de los canales.
Clonación de canales
El desarrollo de la biología molecular ha permitido reproducir canales iónicos en base
a la secuencia de aminoácidos que contienen sus cadenas. Así es posible inducir en
una célula la expresión de un gen de una unidad α o β de un canal. Al clonar esta
proteína, termina incluyéndose en la membrana celular y allí puede ser estudiado.
Para esto se utilizan frecuentemente oocitos de Xenopus. Sin embargo no es posible
estar seguros de que el canal que obtengamos sea igual al que se forma en una célula
original. Los canales de las membranas en su forma original y en células originales se
denominan canales en forma nativa. Los canales obtenidos mediante manipulación de
genes reciben el nombre de canales clonados. Aunque ambas formas se utilizan a
veces indistintamente, lo cierto es que pueden ser muy diferentes puesto que hay
aspectos del canal que pueden no ser conseguidos simplemente por la manipulación
genética. Por ejemplo, los componentes de polisacáridos que tienen algunos canales
pueden afectar el funcionamiento del canal. La organización final de sus diferentes
subunidades también puede ser importante para su funcionamiento. La existencia de
otras proteínas o moléculas que interaccionen con el canal pueden modificar sus
características.
TIPOS DE CANALES IÓNICOS
La clasificación de los canales es difícil puesto que no hay criterios claros para
agruparlos, pero una clasificación que puede ser útil es la siguiente.
• canales voltaje-dependientes.
• canales ligando-dependientes (ionotrópicos).
• canales activados por segundos mensajeros (metabotrópicos).
• otros canales.
Los canales voltaje-dependientes permiten el paso de iones dependiendo del
voltaje transmembrana. Los canales ligando-dependientes ionotrópicos requieren la
unión de una sustancia al propio canal para permitir o anular el paso de iones. Los
canales activados por segundos mensajeros (metabotrópicos) requieren que una
sustancia se una a un receptor de membrana alejado del canal para que se active una
cadena de segundos mensajeros y estos activen finalmente el canal. Además de estos
tipos hay otros canales con ciertas particularidades que no se pueden incluir en estos
grupos.
Canales voltaje-dependientes
Hay numerosos tipos de canales voltaje-dependientes. Aquí se describirán como
ejemplo los canales Na+ voltaje-dependientes.
Localización
Han sido encontrados en el cerebro, la medula espinal, el músculo esquelético, el
músculo cardiaco, el útero y la glía. Hay varios subtipos. En el cerebro de la rata por
ejemplo hay canales de Na+ voltaje-dependientes con al menos cuatro tipos de
cadenas α diferentes. Esto hace que tengan diferentes propiedades. Por ejemplo, el
canal de Na+ del corazón es menos sensible a la TTX que el canal de Na+ del cerebro.
Aquí se describe el canal de Na+ voltaje-dependiente de forma general.
Estructura
Está conformado por dos proteínas diferentes, α y β. La proteína α es la mayor y esta
formada de unos 2000 aminoácidos que conforman cuatro series repetidas de
aminoácidos (I a IV). Cada una de estas series tiene 6 dominios transmembrana (1 a
6) y un hairpin intramembrana que es el que hace de compuerta. La terminal NH2 y la
COOH están ambas intracelulares. Esta unidad α por si sola ya funciona como un
canal y no necesita de la unidad β. La proteína β es más pequeña, tiene un solo
dominio transmembrana con el extremo NH2 extracelular y el COOH intracelular. La
parte extracelular esta fuertemente glicosilada con polisacaridos. No es indispensable
para el funcionamiento del poro, pero su presencia mejora notablemente el
rendimiento como canal de la unidad α.
Funcionamiento
Los dominios transmembrana de la proteína β forman un poro en la membrana
celular. La subunidad β está cerca de la subunidad α pero no se conoce su forma de
acción. La activación (apertura) del canal se produce al cambiar el potencial
transmembrana. Una de las propiedades más peculiares de este canal es su marcada
sensibilidad al voltaje. Con el potencial de reposo (-90 mV) la probabilidad de apertura
del canal es extraordinariamente baja. La despolarización abre rápidamente los
canales, de forma que un cambio de 9 mV en la despolarización incrementa por diez
las probabilidades de abrirse un canal. La apertura del canal es tiempo dependiente,
cuado se produce la despolarización el canal se abre bruscamente pero solo durante 1
ms o menos y a continuación se cierran y permanecen así hasta que la membrana se
hiperpolariza de nuevo. El sensor de voltaje que inicia la apertura es la lisina o
arginina incluida en el segmento S4 de los dominios transmembrana. Cuando se
produce un cambio en el potencial transmembrana el dominio transmembrana se
desplaza hacia fuera dentro de la membrana modificando el poro y probablemente
cambian la conformación del loop intramembrana de cada subunidad α permitiendo el
paso del ión a su través. La inactivación (cierre) del canal se produce de forma rápida
e inmediatamente después de la apertura. Se produce por el cierre del loop 1488-1490
dentro del citoplasma celular localizado entre las subunidades III y IV de la unidad α
y denominado IFM por tener tres aminoácidos críticos: isoleucina (1488), fenilalanina
(1499) y metionina (1490). La fenilalanina en la posición 1489 es el más importante.
Este loop funciona como una tapadera que cierra el poro del canal por el extremo
intracelular y permanece durante toda la despolarización. Solo se vuelve a abrir
cuando se repolariza la membrana de nuevo. La TTX es un tóxico que se encuentra en
los ovarios y el hígado de un pez llamado Fugu, muy apreciado en Japón. La TTX se
une al aminoácido 387 y tapona el poro, por lo que el canal deja de funcionar.
Canales ligando-dependientes (ionotrópicos)
Los canales dependientes del receptor de la acetilcolina (ACh) son los que se exponen
a continuación como ejemplo. Estos canales tienen dos grandes subtipos: nicotínicos
y muscarínicos. Ambos canales dejan pasar iones Na+ y K+. Se denominan así porque
unos son activados por una sustancia y los otros por la otra. Ambos son activados por
la ACh, pero de forma diferente. Los canales dependientes del receptor muscarínico
están separados del propio receptor. Este receptor al ser activado por la muscarina
activa una cascada de segundos mensajeros que son los que realmente actúan
finalmente sobre el canal, alejado del receptor. Es un receptor metabotrópico. En el
caso de los canales nicotínicos, el receptor está en el propio canal. Este es un canal
ionotrópico. Estos son los que trataremos aquí.
Localización
Los canales de ACh dependientes con receptor nicotínico se encuentran en las
sinapsis interneuronales y en la sinapsis neuromuscular en donde permiten la
comunicación sináptica.
Estructura
Se localizan en la membrana postsináptica. Son pentámeros que tienen dos unidades
α, una β, una ε y una δ, pero puede haber combinaciones variadas de ellas. Las
subunidades α son parecidas entre si con cuatro dominios transmembrana. Ambas
NH2 y COOH están fuera de la célula. La ACh se une a la terminación NH2, con lo que
permite la apertura del canal.
Funcionamiento
Cuando se libera acetilcolina, esta se une a la terminación NH2 (que es extracelular)
de una o varias unidades y modifica la estructura del poro. Este se abre y deja pasar
Na+ y K+ con lo que se despolariza la célula.
Canales activados por segundos mensajeros (metabotró-picos)
La mayor parte de estos canales están en las membranas postsinápticas. Estos
canales se abren indirectamente, de tal forma que el receptor y el efector (canal) son
moléculas separadas y diferentes. Hay dos grandes familias de receptores
metabotrópicos, los receptores acoplados a una proteinas G y los receptores
acoplados a tirosinquinasa.
Canales acoplados a proteínas G
Las proteínas G son proteínas que se unen a una o varias moléculas del nucleótido
guanina (ver capítulo 3). A esta familia pertenecen los receptores α y β de la
adrenalina, el receptor muscarínico de la ACh, el receptor GABAb, algunos receptores
de glutamato, de serotonina, de neuropéptidos, los receptores de olor y la rodopsina.
Cuando la molécula de la sustancia activa (normalmente un neurotransmisor) se
une al receptor, se activan las proteínas G, poniendo en marcha la cascada de
segundos mensajeros. Como segundos mensajeros funcionan el AMPc, el inositol
fosfato, el diacilglicerol, y el ácido araquidónico.
Canales acoplados a receptores tirosinquinasa
Ciertos receptores de membrana con actividad tirosinquinasa son capaces de modular
la actividad de canales iónicos, aunque no de forma tan efectiva como los receptores
acoplados a proteínas G. A este tipo de receptores se unen fundamentalmente
péptidos, entre ellos numerosos factores de crecimiento como el factor de crecimiento
epidérmico (EGF), el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), factor de crecimiento
nervioso (NGF) y la insulina (ver capítulo 5).
Otros canales
GAP junctions
Representan un tipo de canales que permiten la comunicación casi inmediata entre
células. Son muy importantes para sincronizar la actividad eléctrica. También
sincronizan la secreción glandular como en el caso de los islotes del páncreas. En las
células no excitables permiten el intercambio de nutrientes y metabolitos (Ca2+, AMPc,
IP3). En el cerebro permiten el paso de K+ desde las neuronas a través de la glía hasta
los capilares. También juegan un papel importante en el crecimiento y diferenciación
celular.
Canales iónicos en células del sistema inmune
Los linfocitos T citotoxicos son capaces de producir moléculas de complemento (C1C9). Estas moléculas funcionan en cascada enzimática. Las moléculas C7 a C9
terminan conformando un canal en la membrana de las células blanco que termina
destruyendo la célula. Estos linfocitos T también pueden producir perforinas que son
proteínas que pueden formar canales en la membrana de las células blanco. Los
neutrófilos y macrófagos producen defensinas que son proteínas efectivas ante
bacterias y hongos porque forman canales en sus membranas que permiten el paso
de aniones (negativos).
Canales iónicos en bacterias, hongos y protozoos
Las bacterias pueden producir proteínas cortas (15 aminoacidos, gramicidina por
ejemplo) que funcionan como antibióticos que forman canales sobre las membranas
de otras bacterias que dejan pasar cationes monovalentes, sobre todo H+. Los
estafilococos producen proteínas (toxinas) que actúan como canales y lisan células
eucariotas. Los hongos también pueden producir proteínas que funcionan como
canales y lisan bacterias. El protozoo Trypanosoma cruzi produce la enfermedad de
Chagas. Este protozoo es fagocitado por las células y es encapsulado en una vacuola.
Para salir de ella el protozoo produce proteínas que funcionan como canales y
producen la lisis de la vacuola con la liberación del protozoo.
Canales iónicos en virus
El virus de la influenza tiene una cubierta de lípidos (procedente de la última célula
que infectó) y tres proteínas en su interior: hemaglutinina, neuraminidasa y proteína
M2. La proteína M2 es un canal de protones. La M2 tiene 97 aminoácidos y un
fragmento es una cadena α. Esta proteína funciona como un canal en la membrana
de la vesícula que se forma con la membrana de la célula cuando el virus entra en la
célula. La conductancia del canal para el H+ hace que el pH dentro de la vesícula
disminuya y el virus suelte su RNA.
BIBLIOGRAFÍA
Ashcroft FM 2000 Ionic Channels and Disease. Academic Press..
Hille B 1992 Ionic Channels of Excitable Membranes. Sinauer Associates Inc.
Purves D, Augustine GJ, Fritzpatrick D, Katz LC, LaMantia A-S, McNamara JO 1997 Neuroscience.
Sinauer Associates Inc.
Kandel ER, Schwartz JH 2000 Principles of Neural Science (4ª edition). McGraw Hill.
RECURSOS DE INTERNET
http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/mother/chan.html
CAPÍTULO 3
RECEPTORES ACOPLADOS
A P R O T E ÍN A S G
Los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs) constituyen la familia de receptores
de membrana más abundante (se han identificado más de 800 secuencias que
codifican GPCRs en el genoma humano) y con una mayor variedad de ligandos, entre
los que se incluyen péptidos y proteínas, bioaminas, derivados de aminoácidos,
lípidos, nucleótidos, iones o fotones. Funciones celulares tales como la sínteis y
secrección de hormonas, procesos metabólicos o la proliferación y la diferenciación se
regulan a través de la modulación de la actividad de estos receptores. Los distintos
miembros de esta familia presentan una escasa homología en su secuencia de
aminoácidos, pero poseen una estructura similar en la que podemos distinguir 3
dominios principales (figura 3.1):
• dominio extracelular en el que se encuentran (en la mayor parte de los casos)
las secuencias de unión al ligando. Este dominio es el menos conservado.
• dominio transmembrana, caracterizado por presentar siete hélices
transmembrana (por lo que estos receptores se denominan también receptores
de 7 pases o receptores serpentina), unidos entre si por 3 loops intracelulares
(i1-i3) y 3 extracelulares (e1-e3).
• dominio intracelular, en el que destacan una zona de unión para proteínas G y
una serie de secuencias de fosforilación que participan en el mecanismo de
inhibición del receptor.
En humanos, los GPCRs se agrupan en 5 familias. La familia 1 está, a su vez,
dividida en 3 subfamilias 1a, 1b y 1c. La familia 1a la constituyen los receptores para
la mayor parte de odorantes y otras pequeñas moléculas como encefalinas o
catecolaminas. En este caso, la zona de unión con el ligando no se encuentra en el
dominio extracelular, sino en el dominio transmembrana. La familia 1b incluye los
receptores para algunos péptidos, citoquinas y trombina. La zona de unión se localiza
mayoritariamente en el dominio extracelular, aunque también intervienen
determinadas regiones del dominio transmembrana. La familia 1c incluye los
receptores de las hormonas glucoproteicas. La zona de unión al ligando está,
prácticamente en su totalidad, en el dominio extracelular. Los receptores de la familia
2 tienen una organización similar a los de la familia 1c (pero muy escasa homología
de secuencia). Dentro de esta familia se incluyen los receptores de diversas hormonas
(PTH, calcitonina, VIP, PACAP, GnRH, CRH, etc.) y algunas toxinas como la de la
viuda negra. La familia 3 incluye los receptores metabotrópicos y los sensores de
calcio. La familia 4 los receptores de feromonas y la familia 5 incluye a frizzled y
smoothened, 2 importantes receptores implicados en la regulación del desarrollo
embrionario.
Figura 3.1. Estructura de los receptores acoplados a proteínas G
ACTIVACIÓN DE LOS GPCRs
Desde el punto de vista funcional, los GPCRs se caracterizan por estar acoplados a
unas proteínas denominadas proteínas G. Las proteínas G son unas GTPasas
triméricas que se encuentran unidas a la cara citoplasmática de la membrana
plasmática. Están constituidas por una subunidad α, una subunidad β y una
subunidad γ, aunque las subunidades β y γ son indisociables, por lo que se
comportan como una unidad funcional. Hasta el momento se han identificado 20
tipos de subunidades α, 13 de subunidades γ y 7 de subunidades β. Según la
similitud de la secuencia de aminoácidos de la subunidad α, las proteínas G se
clasifican en 4 familias: Gs, Gi/o, Gq/11 y G12/13.
El dominio TM es el elemento clave en el proceso de activación de los GPCRs. La
unión del ligando al receptor, induce un cambio conformacional de este dominio que
va a modificar, a su vez, la conformación de i2 e i3 aumentando su afinidad por la
subunidad α de las proteínas G. Cuando no está unida al receptor, la subunidad α de
las proteínas G se encuentra en estado inactivo (formando el trímero con la
subunidad βγ) y tiene afinidad por GDP. Tras unirse al receptor, la subunidad α
intercambia GDP por GTP y sufre un cambio de conformación que hace que se separe
del dímero βγ. Una vez separados, tanto el dímero βγ como la subunidad α se vuelven
funcionalmente activos, activando o inhibiendo a sus moléculas diana. Finalmente,
las subunidades α libres producen la hidrólisis de la molécula de GTP con lo que
retornan a su estado inactivo, uniéndose de nuevo a dímeros βγ. El porcentaje de
hidrólisis de estas moléculas aumenta significativamente gracias a la contribución de
las proteínas GAPs (GTPase-activating proteins) acelerando la reacción unas 2000
veces. Entre las proteínas GAPs de las proteínas G se incluyen proteínas efectoras
como la PLC- (phospholipase C- ) o p115RhoGEF y las proteínas RGS (regulators of
G protein signalling).
INACTIVACIÓN DE LOS GPCRs
Los GPCRs pueden ser silenciados a través de 3 mecanismos básicos: inactivación,
secuestro y down regulation. La inactivación se produce a consecuencia de la
fosforilación de residuos de serina y treonina del dominio intracelular del recetor por
acción de una serie de quinasas entre las que destacan las GRKs (G-protein-linked
receptor kinases). La fosforilación de estos residuos determina la unión de una
proteína denominada arrestina al dominio intracelular del receptor, inactivándolo.
Además, la unión de la arrestina induce la internalización por endocitosis del
receptor, dando lugar al secuestro del receptor. Si se produce la fusión de las
vesículas endocíticas con los lisosomas, se produce la degradación del receptor o
down regulation.
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS GS
Una vez separada del dímero βγ, la subunidad αs activa a otra proteína de membrana
que es la adenilato ciclasa (AC) que genera cAMP a partir de moléculas de ATP,
aumentando, por tanto, los niveles intracelulares de dicho mensajero. El incremento
de los niveles de cAMP va a determinar, a su vez, la activación de una serina/treonina
quinasa que es la proteína-quinasa A (PKA) (figura 3.2). En su estado inactivo, la PKA
está constituida por 2 subunidades catalíticas y 2 subunidades reguladoras que son
las que presentan capacidad de ligar cAMP. La unión del cAMP a las subunidades
reguladoras produce una disociación del complejo, liberándose unidades catalíticas
activas que serán las responsables de la fosforilación de residuos de serina y/o de
treonina de determinadas proteínas diana. Una de las principales proteínas
fosforiladas por PKA es CREB (cAMP response element binding), que recibe este
nombre porque se une a elementos de respuesta génicos denominados CRE (cAMP
response element). Cuando CREB es fosforilado por PKA, forma un complejo con CBP
(CREB binding protein) que es capaz de unirse a CRE, estimulando así la transcripción
de determinados genes.
βγ
α
Figura 3.2. Mecanismo de activación de los receptores acoplados a proteínas Gs
La actividad de la PKA es contrarrestada por una serie de serina/treonina
fosfoproteína fosfatasas, entre las que destaca la proteína fosfatasa I que es la
responsable de la defosforilación de la mayoría de las proteínas fosforiladas por PKA,
incluyendo a CREB, y haciendo así que se inhiba su actividad transcripcional. Otras
fosfatasas relacionadas con PKA son PPIIA y PPIIB, también denominada
calcineurina, importante sobre todo en el sistema nervioso central. La actividad de la
fosfatasa I está regulada por una proteína denominada inhibidor-1, que se une a
fosfatasa I e impide su acción. Sin embargo, para que el inhibidor-1 pueda unirse a
fosfatasa I es necesario que esté fosforilado. La fosforilación de inhibidor-1 depende de
PKA. De esta forma, PKA favorece su actividad quinasa inhibiendo la principal
fosfatasa.
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS Gq
El proceso de activación de los receptores acoplados a proteínas Gq es, en su inicio,
similar a los anteriores (figura 3.3). Es decir, tras la unión del ligando al dominio
extracelular del receptor se produce un cambio conformacional que permite la unión
de la proteína Gq a una secuencia específica localizada en el dominio intracelular del
receptor. La unión de la proteína Gq al receptor causa la disociación de la subunidad
αq que, a su vez, adquiere capacidad de activar una fosfolipasa de membrana: la
fosfolipasa C−β (PLC−β). Una vez activada, la PLC−β va a producir la hidrólisis de un
fosfolípido de membrana, el fosfatidil inositol bifosfato (PIP2), generando dos
productos: diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3).
El IP3 es una molécula hidrosoluble, que se separa de la membrana y difunde por
el citosol, uniéndose a receptores específicos localizados en la membrana del RER
(retículo endoplásmico rugoso). Estos receptores son canales de calcio que se abren
tras unirse al IP3, lo que determina la salida de calcio del retículo y, por tanto, el
aumento de la concentración de calcio citoplasmático. Este aumento de la
concentración de calcio va a ser responsable, de la activación de diferentes enzimas,
entre los que destacan las CaM-kinasas (CaM-K) o quinasas dependientes de calcio y
calmodulina y la proteína quinasa C (PKC).
!"#$
βγ
α
&
%
β
%'
Figura 3.3. Mecanismo de activación de los receptores acoplados a proteínas Gq
Las CaM-kinasas son una familia de serina/treonina quinasas que recibe este
nombre porque su activación depende tanto de la presencia de calcio, como de una
proteína ligadora de calcio denominada calmodulina. En ausencia de calcio, la
calmodulina se encuentra en estado inactivo, pero una vez que se produce la unión
del calcio a la calmodulina, ésta experimenta un cambio conformacional, que
determina su activación. Una vez activada, la calmodulina es capaz de activar otras
proteínas, las más importante de las cuales son las CaM kinasas. La unión de la
calmodulina/calcio a la CaMkinasa, hace que ésta se autofosforile y adquiera
capacidad de fosforilar a múltiples proteínas diana. Entre éstas se encuentran, por
ejemplo, la AC o CREB dos proteínas implicadas directamente en la señalización
mediada por receptores acoplados a proteínas Gs, de forma que de nuevo se pone en
relieve la existencia de procesos de integración entre distintas vías. Además, la PKA es
capaz también de fosforilar algunas CaM-kinasas y el canal del RER al que se une
IP3, modulando así la señalización dependiente de proteínas Gs. Por último, tanto
PKA como CaM-K actúan conjuntamente para fosforilar algunas proteínas como es el
caso de la fosforilasa quinasa, un enzima implicado en el control de la degradación del
glucógeno en el músculo esquelético.
El segundo producto generado a partir de la hidrólisis de PIP2, el DAG va a activar
a otra proteína-quinasa, la proteína-kinasa C (PKC), denominada así porque para su
activación es necesaria también la presencia de niveles elevados de calcio. El aumento
de calcio originado por el IP3 produce la translocación de la PKC desde el citosol
hasta la cara interior de la membrana plasmática donde será activada por DAG. Una
vez activada, la PKC va a fosforilar en serina/treonina diversas proteínas entre las que
se encuentran IKK y Raf. IKK es una tirosina quinasa encargada de fosforilar Iκ−B,
una proteína citoplasmática que se encuentra unida al factor de transcripción NF−κB,
impidiendo su migración al núcleo celular. Cuando Iκ−B es fosforilado, se separa de
NF−κB, permitiendo así que éste migre al núcleo donde va a regular la transcripción
de genes diana. Como veremos más adelante, NF−κB desempeña también un
importante papel en la señalización mediada por receptores de la familia del TNFR.
Por su parte, Raf es una serina/treonina quinasa que desempeña un papel
fundamental en el mecanismo de transmisión de la señal de los RTKs. Raf va a iniciar
una cascada de fosforilación que resultará en la activación de una MAPK. Esta MAPK
a su vez va a activar múltiples genes, incluidos factores de transcripción como Elk.
Estos hechos ponen de relevancia una característica fundamental de los procesos de
señalización que es la constante interconexión entre las distintas vías activadas por
cada tipo de receptor.
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS Gi
El funcionamiento es similar a los Gs, pero en este caso la subunidad αi inactiva a la
AC, disminuyendo así la activación de PKA. Además, los dímeros βγ generados van a
ejercer un triple efecto: secuestran unidades αs libres impidiendo la activación de la
AC, inhiben directamente la AC, y abren canales de K+ en la membrana plasmática
(este último efecto es característico de los receptores colinérgicos muscarínicos). En
general, y como indica su nombre, estos receptores ejercen un efecto inhibitorio.
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G12
Hasta el momento ha sido difícil distinguir los procesos específicos modulados por los
receptores que se acoplan a proteínas de la familia G12 puesto que éstos también
parecen activar a las proteínas de la familia Gq. La mayoría de los datos de que se
conocen sobre los procesos regulados por las proteínas G12 se derivan de su estudio
en modelos experimentales en los que se han sobrexpresado estas proteínas mutadas.
Las mutaciones desarrolladas confieren a la proteína actividad constitutiva
independiente de su unión al receptor. En estas condiciones, se ha visto que estas
proteínas producen la activación de las JNK (c-Jun N-terminak kinasas), de los
intercambiadores de Na+/H+ y de la PLD, siendo además responsables de la
formación de fibras de estrés dependientes de Rho.
PAPEL DE LOS DIMEROS
LOS GPCRs
EN LAS SEÑALES TRANSMITIDAS POR
Durante cierto tiempo se creyó que los dímeros
tenían un papel pasivo en la
transmisión de la señal iniciada por los GPCR. Se consideraba que estaban unidos a
la subunidad
en su estado inactivo y se disociaban de ella cuando esta pasaba a
estar unida a GTP. Sin embargo, cuando se conoció que los GPCR activaban algunas
rutas de señalización de la familia de las MAPK y que sin embargo estas rutas no se
activaban por las subunidades
se llevaron a cabo diversos estudios que acabaron
probando que en algunos sistemas celulares la activación de estas rutas es
dependiente de la presencia de los dímeros
disociados. Hoy día se sabe que las
moléculas que median la transmisión de la señal entre los dímeros
y la ruta de las
MAPK son varias y en algunos casos específicas de tejido.
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 4
D IM E R IZ A C IÓ N D E R E C E P T O R E S
A C O P L A D O S A P R O T E ÍN A S G
Aunque los modelos tradicionales presentan a los receptores acoplados a proteínas G
(GPCRs) como entidades monoméricas (ver capítulo 3) contamos ya con numerosos
datos que sugieren que pueden existir y funcionar como complejos oligoméricos
(homo o heterodímeros). Todavía no hay un consenso sobre el papel de esta
dimerización, pero se han sugerido numerosas funciones en diversos aspectos de la
biosíntesis y exportación del receptor en el retículo endoplásmico (RE), de la afinidad
y potencia del ligando, de la transducción de la señal, y de la internalización del
receptor. En los próximos años será necesario aclarar si la dimerización de los GPCRs
es un proceso general en células y tejidos, y su papel fisiológico in vivo.
Ya que por problemas técnicos no siempre es fácil diferenciar entre dímeros u
oligómeros mayores, o en ocasiones se detectan ambos tipos de complejos, a lo largo
de esta exposición se hablará de dímeros y dimerización para simplificar el problema.
HOMODÍMEROS Y HETERODÍMEROS DE GPCRS
Ya algunos autores en los años 1970 y 1980 habían propuesto que los GPCRs podrían
existir como dímeros u oligómeros mayores. Sin embargo este concepto fue
considerado iconoclástico durante casi 20 años. Hoy en día, y utilizando diferentes
técnicas que van desde análisis farmacológicos a estudios biofísicos, se han
documentado numerosos ejemplos de homodimerización y heterodimerización de
miembros de esta familia de receptores (tabla 4.1). La mayoría de estos estudios
fueron realizados en sistemas de expresión heterólogos, con los que se ha demostrado
su formación e implicaciones funcionales. Sin embargo existen cada vez más trabajos
que confirman su presencia e importancia en diversos tejidos y células (expresión
endógena).
Dimerización constitutiva vs. dimerización inducida por un ligando
Para comenzar a comprender la fisiología de la dimerización de los GPCRs es
importante conocer si estos receptores existen como dímeros estables preformados o
son en realidad estructuras dinámicas que pueden ser modulados por sus ligandos.
De hecho, el poder clarificar el papel de los ligandos en promover o modular el estado
oligomérico de los receptores contribuiría a comprender el papel que la dimerización
puede jugar en la función del receptor. Esta cuestión es todavía más importante en el
caso de heterodímeros. Así, si la heterodimerización es un fenómeno general entre los
GPCRs, esto generaría una diversidad y complejidad farmacológica desconocida hasta
ahora.
Tabla 4.1. Homo y heterodimerización de GPCRs. Entre paréntesis aparece el nombre de los ligandos
más representativos de cada uno de los receptores. *El Ig-Hepta es un receptor con secuencias parecidas a
Ig.
Homodímeros
Heterodimerización entre subtipos de receptor
β1 AR (adrenalina, noradrenalina)
GABAbR1 y GABAbR2 (GABA)
β2 AR (adrenalina, noradrenalina)
T1R2 y T1R3 (compuestos dulces)
D2 (dopamina)
T1R1 y T1R3 (compuestos dulces)
D3 (dopamina)
D2 y D3 (dopamina)
δ-Opioide (opioides)
M2 y M3 Muscarínico (Ach)
κ−Opioide (opioides)
δ y κ Opioide (opioides)
H2 (Histamina)
δ y µ Opioide (opioides)
M3 Muscarínico (Ach)
SSTR1 y SSTR5 (somatostatina)
5-HT1B (serotonina)
SSTR2A y SSTR3 (somatostatina)
5-HT1D (serotonina)
SSTR2 y SSTR3A (somatostatina)
MT1R (melatonina)
5- HT1B y 5- HT1D (serotonina)
MT2R (melatonina)
β1 y β2 AR (adrenalina, noradrenalina)
CCR2 (quimoquinas)
MT1R y MT2R (melatonina)
CCR5 (quimoquinas)
TRHR1 y TRHR2 (TRH)
CXCR4 (quimoquinas)
CCR2 y CCR5 (quimoquinas)
SSTR1 (somatostatina)
CCR2 y CCR5 (quimoquinas)
SSTR4 (somatostatina)
CCR2 y CXCR4 (quimoquinas)
SSTR5 (somatostatina)
S1P1 y S1P2 (esfingosina 1-fosfato)
B2 (bradiquinina))
S1P1 y S1P3 (esfingosina 1-fosfato)
Receptores de Oxitocina
S1P2 y S1P3 (esfingosina 1-fosfato)
V1a (vasopresina)
V2 (vasopresina)
Heterodimerización entre receptores diferentes
Receptores de TRH
SSTR2A (somatostatina) y µ- Opioide (opioides)
Receptores de Angiotensina
AT1 (angiotensina) y B2 (bradiquinina)
Receptores de MSH
SSTR5 (somatostatina) y D2 (dopamina)
Receptores de Bombesina
δ−Opioide (opiodes) y β2 AR (adrenalina, noradrenalina)
Receptores de LH
κ-Opioide (opiodes) y β2 AR (adrenalina, noradrenalina)
Ig-Hepta * (desconocido)
A2A (adenosina ) y mGluR5 (glutamato)
Receptores de GnRH
A2A (adenosina) y D2 (dopamina)
mGluR1a (glutamato)
A1 (adenosina) y D1 (dopamina)
mGluR5 (glutamato)
A1 (adenosina) y P2Y1 (ATP)
CaR (calcio)
mGluR (glutamato) y CaR (calcio)
S1P1 (esfingosina 1-fosfato)
S1P2 (esfingosina 1-fosfato)
S1P3 (esfingosina 1-fosfato)
Para muchas otras familias de receptores, como los receptores tirosina quinasa o
los receptores de citoquinas, se considera una regla la homo y heterodimerización
inducida por un ligando. Sin embargo, este concepto se ha cuestionado
recientemente, al menos para algunos receptores. Así, estudios cristalográficos y de
interacciones proteína-proteína han sugerido que el receptor de eritropoyetina existe
como un dímero preformado y que la unión de la hormona, más que modular el
estado de dimerización, induce cambios conformacionales en el dímero. En el caso de
los GPCRs existen evidencias que apoyan tanto la teoría de la dimerización
constitutiva como la inducida por el ligando. Si tenemos en cuenta todos los datos
disponibles existen tres tipos de posibilidades descritas:
• Se detectan dímeros en condiciones basales y no se observan cambios en su
número tras la unión del ligando, indicando que estamos ante complejos
estables preformados.
• Se observan los dímeros en condiciones basales, pero los ligandos pueden
modular el número de dímeros.
• El tratamiento con los ligandos es un prerrequisito para la detección de los
dímeros.
Esta diversidad de observaciones podría ser consecuencia de diferencias entre los
receptores considerados en cada estudio, pero con mayor probabilidad refleja
dificultades de interpretación asociadas a las diferentes técnicas utilizadas. Por
ejemplo, cambios aparentes en el número de dímeros observados tras el tratamiento
con el ligando podría deberse a cambios conformacionales del dímero más que a
cambios en el número de unidades diméricas. Estas limitaciones interpretativas
impiden establecer una conclusión definitiva y general sobre la importancia relativa
de la dimerización constitutiva versus la promovida por un ligando. De todos modos,
la descripción reciente de la estructura cristalina del dominio N-terminal del receptor
metabotrópico de glutamato sugiere que al menos para este receptor los dímeros
están preformados y que la unión del ligando simplemente cambia la conformación
del dímero. Estos resultados demostraron que, independientemente de que se
cristalizara el receptor solo o unido a glutamato, el dominio extracelular N-terminal
que posee el lugar de unión al ligando es dimérico. Además se detectaron dos
conformaciones diferentes del dímero, correspondientes al receptor con y sin ligando.
Ello indicaría que el glutamato promueve o estabiliza una conformación específica del
dímero.
Papel de la dimerización en el proceso de biosíntesis del receptor
Existen numerosos ejemplos que sugieren que los receptores acoplados a proteínas G
sufren una dimerización temprana en el RE que les permitiría realizar con éxito el
proceso de biosíntesis y exportación del RE.
Este papel de la dimerización fue sugerida por primera vez en una serie de
estudios de los receptores metabotrópicos GABAb. En estos trabajos se demostraba
que era necesario coexpresar dos subtipos diferentes de receptores GABAb: el
GABAbR1 y el GABAbR2 para obtener receptores funcionales (figura 4.1). Cuando se
expresaba únicamente el GABAbR1 este receptor era retenido en el RE (como si se
tratara de una proteína defectuosa), mientras que si se expresaba únicamente el
GABAbR2 el receptor era dirigido adecuadamente a la membrana plasmática, pero era
incapaz de unir GABA, ya que carece del lugar de unión al ligando. Sin embargo
cuando ambos subtipos eran coexpreasados, ambos llegaban a la membrana
plasmática constituyendo un complejo que era capaz de unir GABA e inhibir la
producción de cAMP a través de proteínas Gi/Go. Se sugirió entonces que GABAbR2
serviría como una molécula chaperon que permitía el adecuado viaje de GABAbR1 a la
membrana plasmática. De hecho recientemente se ha encontrado una señal de
retención en el RE en el extremo C-terminal del receptor GABAbR1. Ya que la
mutación de esta secuencia de retención origina la llegada de este subtipo de receptor
a la membrana plasmática, se ha propuesto que la coexpresión del subtipo de
receptor GABAbR2 enmascararía esta señal. De todos modos la mutación de la señal
de retención en el subtipo GABAbR1 no es suficiente para restaurar los mecanismos
de señalización. Ello demuestra que el GABAbR2 no sólo es necesario para permitir
un adecuado proceso de exportación del RE sino que también juega un papel en su
función.
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Figura 4.1. Papel de la heterodimerización de los subtipos del receptor metabotrópico GABAb (GABAbR1 y
GABAbR2) en el transporte del receptor a la membrana plasmática. Cuando GABAbR1 se expresa
individualmente el receptor es retenido en el retículo endoplásmico (RE) y no consigue llegar a la membrana
plasmática. Cuando se expresa únicamente el GABAbR2, este receptor es transportado a la superficie
celular, pero no es capaz de unir GABA y por tanto de señalizar. Cuando son coexpresados, ambos
receptores se procesan adecuadamente y son transportados a la membrana plasmática como un dímero
estable en donde actúan como un receptor metabotrópico GABAb funcional.
PROPIEDADES FARMACOLÓGICAS DE LOS RECEPTORES DIMÉRICOS
La dimerización podría explicar muchas de las observaciones hechas a lo largo de
los años sobre cooperatividad (positiva o negativa) en la unión de ligandos al receptor.
En este caso la posibilidad de heterodimerización entre receptores diferentes
originaría una fuente adicional de diversidad farmacológica. La primera evidencia de
que las propiedades farmacológicas de los heterodímeros son diferentes de las
observadas en receptores individuales fue la descrita en el campo de los receptores
opiodes. Así, la coexpresión de receptores opiodes δ y κ lleva a una pérdida
prácticamente completa de la afinidad por ligandos selectivos δ y κ (tanto agonistas
como antagonistas), pero se mantiene la afinidad por ligandos no selectivos. La unión
al receptor de los agonistas selectivos se puede restaurar si se añaden de forma
simultánea los dos ligandos (δ y κ), indicando la existencia de cooperatividad positiva
entre agonistas. La heterodimerización de
los subtipos de receptores de
somatostatina SSTR2A y SSTR3 constituye otro buen ejemplo. El heterodímero pierde
afinidad por el ligando L-796,778 (ligando específico de SSTR3). De este modo la
heterodimerización resulta en la inactivación del SSTR3. Este fenómeno podría
explicar las dificultades que a veces se tiene en detectar binding y señalización
específica del SSTR3 en tejidos de mamífero. Por último, otro caso interesante es el de
los receptores β-adrenérgicos. La heterodimerización de los subtipos β1AR y β2AR
inhibe la activación de la vía de señalización ERK1/2 MAPK (extracellular signalregulated kinase 1/2 mitogen-activated protein kinase) inducida por el receptor β2AR.
El descubrimiento de que la formación de heterodímeros puede originar
propiedades farmacológicas diferentes abre un abanico de posibilidades de plasticidad
farmacológica. Tal vez algunos receptores farmacológicamente bien definidos pero
para los que no se ha encontrado un gen que los codifique sean en realidad dímeros
de receptores ya conocidos. Por ejemplo se ha propuesto que los heterodímeros del
receptor δ y κ de opiodes podrían representar el subtipo κ2.
LOS DÍMEROS COMO UNIDADES TRANSDUCTORAS DE SEÑAL
Aunque existen numerosas evidencias demostrando el concepto de que los GPCRs
pueden constituir unidades diméricas funcionales, los estudios del receptor
metabotrópico de GABAb aportan los datos más directos y convincentes de que, al
menos este receptor, funciona como un dímero constitutivo obligatorio. Utilizando
una colección de receptores diméricos se ha demostrado que tanto el dominio
extracelular como el dominio transmembrana/citoplasmático de los receptores
GABAbR1 y GABAbR2 son esenciales para que el receptor funcione adecuadamente.
Así, la coexpresión de un receptor quimérico formado por el dominio extracelular del
receptor GABAbR1 y el dominio transmembrana/citoplasmático del GABAbR2
(GABAbR1/2) con el receptor salvaje GABAbR2 consiguió un receptor funcional,
mientras que la coexpresión de un receptor quimera GABAbR2/1 con un receptor
salvaje GABAbR1 no condujo a la formación de un receptor activo, aunque la
mutación en la señal de retención del GABAbR1 permitía la presencia de este receptor
en la membrana plasmática. Estos resultados claramente demostraban que la
existencia de un dominio transmembrana/citoplasmático del receptor GABAbR2 es
esencial para permitir la interacción con las proteínas G. Ya que el GABAbR1 posee el
lugar de unión al ligando estos datos sugieren que es necesario el heterodímero para
que el receptor sea activo; una subunidad reconoce el ligando (R1) y la otra (R2) está
involucrada en la activación de proteínas G.
Además, con este modelo se ha podido demostrar también el papel de la
heterodimerización en la modulación de la afinidad del receptor por sus ligandos y su
funcionalidad. Así, heterodímeros quiméricos constituídos por dos dominios
extracelulares de GABAbR1 y uno o dos dominios transmembrana/citoplasmáticos de
GABAbR2 no produjeron señalización inducida por el ligando. Por el contrario,
heterodímeros con ambos dominios extracelulares R1 y R2 fueron funcionales,
independientemente
de
que
tuvieran
uno
o
los
dos
dominios
transmembrana/citoplasmáticos. Por tanto, aunque el GABAbR2 no es capaz de unir
GABA, la presencia de un dominio extracelular GABAbR2 en el heterodímero parece
esencial para permitir una unión eficaz del ligando al dominio extracelular del
GABAbR1, y que ésta sea funcional. El modelo propuesto para este receptor sería,
entonces, el siguiente: La unión del GABA al dominio extracelular del receptor
GABAbR1 se ve favorecida por la presencia del dominio extracelular del receptor
GABAbR2 y esta unión induce, como consecuencia de una serie de interacciones
alostéricas
dentro
del
heterodímero,
una
activación
del
dominio
transmembrana/citoplasmático del receptor GABAbR2 que interactúa y activa las
proteínas G correspondientes.
RECEPTORES DIMÉRICOS Y SU INTERNALIZACIÓN
Existen estudios que demuestran que la heterodimerización podría modular
selectivamente los procesos de endocitosis de distintos receptores. Representaría por
tanto un nuevo mecanismo regulador que disminuiría o aumentaría la internalización
y desensibilización de determinados GPCRs. Por ejemplo, cuando se coexpresan el
receptores de somatostatina SSTR1 (resistente a la internalización) y el receptor de
somatostatina SSTR5 (que sufre internalización inducida por ligando), el tratamiento
con somatostatina induce la internalización de los dos subtipos de receptores.
También se ha descrito el caso contrario. La coexpresión de un receptor adrenérgico
β2AR (receptor internalizable) y el receptor κ de opioides (resistente a la
internalización) inhibe la internalización inducida por ligando del receptor β2AR,
indicando que en este ejemplo el complejo heterodimérico es preferencialmente
retenido en la superficie celular.
Es posible, entonces, que la heterodimerización modifique la conformación de los
receptores y ello cambie su posible interacción con otras moléculas. Por ejemplo, se
ha demostrado que la formación de complejos heterodiméricos de los receptores de
TRH, TRHR1 y TRHR2, incrementa la interacción del TRHR2 y la β-arrestina1.
BIBLIOGRAFÍA
Anger S, Salahpour A, Bouvier M 2002 Dimerization: an emerging concept for G protein-coupled receptor
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Bulenger S, Marullo S, Bouvier M 2005 Emerging role of homo-and heterodimerization in G-proteincoupled receptor biosynthesis and maturation. Trends in Pharmacol Sci 26: 131.
CAPÍTULO 5
R E C E P T O R E S C O N A C T IV ID A D
T IR O S IN A -Q U IN A S A
Dentro de las diferentes familias de receptores, existe una que se caracteriza porque
todos sus miembros poseen actividad tirosina quinasa intrínseca. Por tanto, poseen la
capacidad de catalizar la transferencia de grupos fosfato γ de la molécula de ATP a
grupos hidroxilo de aquellas tirosinas que pueden estar tanto presentes en los propios
receptores como en determinadas proteínas susceptibles de ser fosforiladas por éstos
(substratos). Esta característica les confiere su nombre y por ello son denominados
receptores tirosina quinasa (RTKs). Estos receptores desempeñan un papel crucial en
el control de procesos celulares básicos como proliferación, migración, metabolismo,
diferenciación y supervivencia celular, así como en la regulación de la comunicación
intercelular durante el proceso de desarrollo. Dentro de su estructura podemos definir
una serie de dominios (figura 5.1):
• dominio extracelular de unión al ligando, que generalmente se encuentra
glicosilado
• dominio transmembrana
• dominio intracelular o citoplasmático que contiene un dominio proteína
tirosina quinasa, así como otras secuencias reguladoras que pueden ser
susceptibles de autofosforilación o fosforilación mediada por otras tirosina
quinasas.
MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE LOS RTKS
A fin de que la señal desencadenada por la unión del ligando al dominio extracelular
genere un cambio conformacional en la estructura del propio receptor, lo que
permitirá la activación de su dominio quinasa situado en su porción intracelular, los
receptores deben dimerizarse. Esto permite que los extremos citosólicos de ambos
receptores inicien el proceso de señalización intracelular. La unión del ligando a su
receptor específico suele a su vez producirse en forma de dímero 2:2 (figura 5.2).
.
Figura 5.1. Estructura de los RTKs
Mecanismo de activación de las vías de señalización vía RTKs
La autofosforilación del dominio citoplasmático de los RTKs es crucial en el
mecanismo de activación de las diferentes proteínas implicadas en las cascadas de
señalización dependientes de la activación de ese receptor específico. La fosforilación
puede producirse no sólo en aquellas tirosinas situadas en el propio dominio quinasa
del receptor, lo que incrementará la actividad quinasa intrínseca del enzima, si no que
ciertas tirosinas situadas dentro de la porción intracelular del receptor, pero fuera del
dominio quinasa, pueden ser también fosforiladas. Éstas últimas contribuyen a la
conformación de lugares de unión de alta afinidad para multitud de proteínas,
proteínas que posteriormente participarán en el proceso de señalización hacia el
interior de la célula. El entorno polipeptídico que rodea a una determinada tirosina
fosforilada será el que confiera la especificad de unión a una u otra de estas proteínas
de señalización. Una vez la proteína se une a una determinada fosfotirosina localizada
en la porción citosólica del receptor, ésta puede ser a su vez fosforilada en una de sus
tirosinas por el dominio quinasa del receptor y por tanto ser a su vez activada.
/
Figura 5.2. Mecanismo de
activación de los RTKs mediante su
dimerización.
4
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.
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2
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La combinación de moléculas señalizadoras que cada RTK es capaz de activar
condiciona las acciones biológicas específicas de cada vía. Las proteínas participantes
en las cascadas de señalización intracelular suelen compartir determinados dominios
muy conservados de unión a fosfotirosinas. Entre ellos los más comunes son los
dominios SH2, cuyo nombre proviene de Src homology region ya que inicialmente
fueron identificados en la proteína Src, y los dominios PTB (phosphotyrosine-binding),
que aunque menos comunes participan en vías de señalización clave para funciones
biológicas básicas de la célula. Estos dominios, a través del reconocimiento específico
de determinadas fosfotirosinas, permiten a las proteínas de las que forman parte,
tanto la unión al RTK activado como a otras proteínas intracelulares que hayan sido a
su vez fosforiladas en algún residuo tirosina. Otros tipos de dominios presentes en
este tipo de proteínas, y que les permiten interaccionar con otras que conformen una
determinada cascada de señalización, son los dominios SH3, cuyo nombre de nuevo
proviene del hecho de haber sido inicialmente descritos en la proteína Src. Este
dominio le permite a la proteína la posibilidad de interaccionar con dominios ricos en
residuos prolina presentes en otras proteínas (figura 5.3).
(
6%
62
*47
47*
*47
6%
62
*47
Figura 5.3. A. Proteína que presenta en su estructura tanto
dominios SH2 como SH3. B. Interacción proteína-proteína en
las cascadas de señalización intracelular a través de dominios
SH2 y SH3.
47*
6%
Algunas de estas proteínas de señalización funcionan simplemente como
moléculas adaptadoras, lo que permite la interacción de proteínas fosforiladas en sus
residuos tirosina con otras que no poseen dominios SH2.
VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR DEPENDIENTES DE RTKs
Una vez activados, estos receptores inducirán la activación de múltiples vías de
señalización que a su vez resultarán en la expresión de genes implicados en el control
de aquellos procesos celulares básicos en los que los RTKs desempeñan un papel
clave. Entre las vías más relevantes dependientes de RTKs nos centraremos en dos de
las más importantes, ya que otras vías aunque relevantes y también dependientes de
la activación de RTKs como la de JAKs-STATs serán comentadas posteriormente en el
capitulo 6.
Vía Ras-MAPK
Entre las moléculas adaptadoras, mencionadas anteriormente en el apartado
dedicado al mecanismo de activación de las vías de señalización vía RTKs,
encontramos moléculas básicas para la activación de vías dependientes de la familia
de proteínas Ras cuya principal función es la de actuar como transductores de la
señal iniciada por el RTK, transmitiéndola a través de múltiples vías al interior de la
célula, participando así en el control de procesos como la proliferación y/o
diferenciación celular. Las proteínas Ras pertenecen a una superfamilia de GTPasas
monoméricas, familia a la que también pertenecen otras proteínas como Rho y Rab,
implicadas en las vías de señalización dependientes de receptores que regulan
respectivamente tanto el citoesqueleto como el transporte intracelular de vesículas. Al
igual que la mayoría de las proteínas que unen GTP, Ras funciona como un
interruptor bimodal, presentando por tanto dos estados conformacionales
diferenciados, uno activo cuando éste se encuentra unido a GTP y uno inactivo
cuando él que esta unido a Ras es GDP. Estos dos estados conformacionales están
regulados por dos clases de proteínas señalizadoras, guanine nucleotide exchange
factors (GEFs) que participa en la disociación de GDP y posterior captación de GTP
desde el citosol activando por tanto Ras, y las GTPase-activating proteins (GAPs) que
incrementan la hidrólisis del GTP asociado a Ras inactivándola (figura 5.4). En
aquellas vías dependientes de Ras la proteína adaptadora es Grb-2, proteína que
posee un dominio SH2 lo que le permite unirse a determinadas fosfotirosinas
localizadas en la porción intracelular del receptor tirosina quinasa activado, y un
dominio SH3, necesarios para la interacción con dominios ricos en prolinas existentes
en un GEF, que en el caso de Ras se denomina Sos. Cuando el receptor no presenta
en su estructura las fosfotirosinas necesarias que le permitan su interacción directa
con Grb-2, la molécula adaptadora Shc servirá de puente posibilitando así la
activación de Grb-2 y por tanto su posterior unión a Sos. Alternativamente, aunque
en menor medida existen GEFs capaces de activar Ras de forma independiente a Sos.
81+:
&-9
&
&
Figura 5.4. Mecanismo de activación e inactivación
de Ras.
&
8199:
Una vez Ras es activado, multitud de vías transmitirán esta señal al interior de la
célula. Entre las vías dependientes de Ras podemos citar la vía dependiente de la
proteína quinasa mitogen-activated protein kinase (MAPK), esta serina-treonina
quinasa requiere para su activación la fosforilación de dos de sus aminoácidos, una
treonina y una tirosina. La quinasa que fosforila a MAPK en estos dos residuos es la
MAP-kinase-kinase, también denominada MEK, que a su vez es activada mediante
fosforilación por la MAP-kinase-kinase-kinase, también denominada Raf, siendo ésta a
su vez activada por Ras. Todas estas quinasas son inactivadas mediante
desfosforilación de uno de los dos residuos fosforilados. Estos mecanismos de
inactivación de la vía suelen ser activados bien directamente o indirectamente cuando
la propia vía se activa, actuando por tanto como un mecanismo de retroalimentación
negativa de la propia cascada de señalización.
Vía PI3K-AKT
Otra de las vías de señalización activadas por señales extracelulares a través de
receptores RTKs es la dependiente de la quinasa phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K).
Esta quinasa compuesta por una subunidad catalítica y otra reguladora no fosforila
otras proteínas, a diferencia de las anteriormente mencionadas, sino que fosforila
fosfolipidos de inositol (PIs).
Los PIs son lípidos de membrana cuya principal característica es la de poder ser
fosforilados de forma reversible en múltiples lugares pudiendo así generarse varios
fosfolipidos de inositol. Una vez activada la PI3K fosforilará los fosfolipidos de inositol
en la posición 3 del anillo inositol generando diversos lípidos como PI(3,4)P2 ó
PI(3,4,5)P3. A su vez, estos lípidos pueden servir como nuevos sitios de unión para
otras proteínas de señalización intracelular, participando así en la activación de una
determinada cascada de señalización. Estos fosfolípidos de inositol permanecen en la
membrana hasta que sean desfosforilados por fosfatasas específicas, función que
desempeñan a través de la eliminación del grupo fosfato en la posición 3 del anillo
inositol. Una de estas fosfatasas es la phosphatase and tensin homolog (PTEN) o
también denominada mutated in multiple advanced cancers 1 (MMAC-1).
Estos fosfolipidos de inositol una vez fosforilados interaccionan con proteínas de
señalización intracelular que poseen dominios pleckstrin homology (PH), entre las que
podemos citar a Sos, ciertas proteína quinasas C (PKCs) o una de las más relevantes
la quinasa AKT o proteína quinasa B (PKB). Esta quinasa, una vez PI3K es activada a
través de una determinada señal extracelular, se situará en la porción citosólica de la
membrana plasmática, pudiendo así encontrarse con PI(3,4,5)P3 al que se unirá,
modificando así su conformación estructural y pudiendo ser activada mediante
fosforilación por una quinasa fosfoinositol-dependiente denominada PDK1. Ésta al
igual que AKT se encuentra situada en la cara citosólica de la membrana plasmática.
Una vez AKT es activada a través de este mecanismo, la quinasa regresa al citoplasma
donde podrá encontrarse y fosforilar diversas proteínas implicadas en la regulación de
la supervivencia y proliferación, así como en la síntesis de proteínas.
BIBLIOGRAFÍA
Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P 2002 Molecular Biology of the Cell (4th
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RECURSOS DE INTERNET
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/CN3D/cn3d.shtml
http://stke.sciencemag.org/
CAPÍTULO 6
R E C E P T O R E S A S O C IA D O S A
T IR O S IN A -Q U IN A S A
La principal característica de los receptores asociados a tirosina-quinasa es que
carecen de actividad enzimática, pero están estrechamente asociados a proteínas con
actividad tirosina-quinasa. Dentro de este grupo se incluyen los receptores de
antígenos de las células T y B del sistema inmune, las integrinas y la denominada
superfamilia de receptores de citoquinas dentro de la que se incluyen no solo un gran
número de receptores de citoquinas sino también algunos receptores de hormonas.
(tabla 6.1).
CARACTERÍSTICAS
CITOQUINAS
GENERALES
DE
LOS
RECEPTORES
DE
Los receptores de citoquinas son proteínas transmembrana, de cadena sencilla,
aunque durante el proceso de transmisión de la señal, la unión del ligando da lugar a
la formación de complejos funcionales (homodímeros, heterodímeros u
heterooligómeros). Los receptores de citoquinas se dividen, a su vez, en dos
subfamilias: los receptores tipo I (también conocidos como familia de receptores
hematopoyéticos) y los receptores tipo II. Los receptores tipo I tienen un elevado grado
de homología en su dominio extracelular, presentando todos ellos una serie de
residuos de cisteína muy conservados y un motivo WSXWS. Por el contrario, el
dominio intracelular está menos conservado, aunque todos los receptores tipo I
presentan 2 regiones (denominadas box 1 y box 2) que son esenciales para el anclaje
de las Janus quinasas (ver más adelante). La mayor parte de los miembros de esta
familia forman heterocomplejos en los que una de las subunidades es específica y la
otra común. Existen 3 tipos de subunidades comunes (γc, βc y gp130), lo que permite
distinguir 3 subgrupos de receptores tipo I. Un cuarto subgrupo estaría constituido
por los receptores tipo I que forman monómeros/homodímeros, dentro del que estaría
incluidos los receptores de hormona de crecimiento (GH), prolactina (PRL) o leptina
(tabla 6.1).
Tabla 6.1. Ejemplos de ligandos que actúan uniéndose a receptores de la familia de receptores de
citoquinas. Se muestran también las JAKs y STATs que son activadas durante el proceso de señalización.
IFN: inferferón; IL: interleuquina; GM-CSF: factor estimulate de colonias de granulocitos-macrófagos; LIF:
factor inhibidor de leucemia; EPO: eritropoyetina; TPO: trombopoyetina.
Receptor
(subunidad común)
JAK quinasas
STATs
IL-2
IL-3
GM-CSF
Tipo I (γc)
Tipo I (βc)
Tipo I (βc)
JAK1, JAK3
JAK2
JAK2
STAT5
STAT5
STAT5
IL-6
LIF
Leptina
EPO
GH
PRL
TPO
IFN-α/β
IFN-γ
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
JAK1, JAK2
JAK1, JAK2
JAK2
JAK2
JAK2
JAK2
JAK2
Tyk2, JAK1
JAK1, JAK2
STAT3
STAT3
STAT4
STAT5
STAT5 (STAT3)
STAT5
STAT5
STAT1, STAT2
STAT1
Ligando
I (gp (130)
I (gp (130)
I
I
I
I
I
II
II
Los receptores tipo II se caracterizan por presentar 2 dominios fibronectina en su
región extracelular, pero carecen de las secuencia WSXWX y de los residuos de
cisteína que caracterizaban a los receptores tipo I. En función de la longitud de su
dominio intracelular, se pueden distinguir 2 grupos de receptores: cortos y largos.
Generalmente, los complejos funcionales son heterodímeros en los que participan una
subunidad corta y una subunidad larga. Muchas de las cadenas pueden formar parte
de más de un complejo.
El mecanismo de señalización de los receptores de citoquinas es relativamente
sencillo, y depende principalmente de la activación de dos familias de proteínas
intracelulares: las Janus quinasas (JAKs) y las STATs (signal transducers and
activators of transcription). Por este motivo, a la vía de señalización de estos receptores
se le conoce, habitualmente, como la vía de JAK-STAT. Sin embargo, los receptores de
citoquinas pueden activar otras vías de señalización (ver más adelante).
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS JANUS QUINASAS.
Las Janus quinasas son una familia de proteínas con actividad tirosina-quinasa, que
reciben este nombre en honor a Jano, el dios romano de las transiciones. En
mamíferos, la familia de las JAKs está constituida por 4 miembros denominados
JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2, que presentan un elevado grado de homología, y funciones
en gran medida redundantes. La expresión de JAK1, JAK2 y Tyk2 es ubicua, mientras
que JAK3 se expresa únicamente en células hemáticas de estirpe mieloide. Desde el
punto de vista estructural, las JAKs se caracterizan por poseer una serie de dominios
conservados denominados JH (JAK homology) (figura 6.1). El dominio JH1 es el que
presenta la actividad tirosina-quinasa, mientras que el domino JH2 o dominio
pseudoquinasa ejerce una función reguladora de dicha actividad. Las JAK carecen de
dominios SH3 (ver capítulo 5), pero presentan secuencias con homología con los
dominios SH2 en su región JH3, por lo que esta zona podría ser la encargada de unir
residuos de fosfotirosina. Por úlitmo, los dominios JH4-JH7 forman el denominado
domino FERM (4.1 ezrin, radixin and moesin), responsable de la asociación con el
receptor.
Muchos de los datos existentes sobre la función específica que desempeña cada
una de las JAKs surgen del estudio del fenotipo de ratones knockout. Los ratones
knockout para JAK1 presentan una inmunodeficiencia severa con alteraciones en
linfocitos B, T y NK. Este tipo de alteración denominada SCID (severe combined
immunodeficiency) se produce porque JAK1 se une a la subunidad específica de los
receptores de citoquinas que se combinan con la subunidad común γc. Por tanto, los
ratones knockout para JAK1 presentan una deficiente respuesta a múltiples
interleukinas. Además, los ratones knockout para JAK1 presentan numerosos
defectos en el desarrollo del sistema nerviosos, debido a que JAK1 participa también
en la señalización de aquellos receptores de citoquinas en los que la subunidad
común es gp130. Probablemente, como consecuencia de las alteraciones en el
desarrollo del sistema nervioso, los ratones knockout para JAK1 mueren
perinatalmente.
9-
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1
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116
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Figura 6.1. Estructura de las JAKs.
En el caso de JAK2, los ratones knockout para esta proteína mueren durante el
periodo embrionario, debido a un severo fallo en la hematopoyesis, debido
probablemente a la importancia de JAK2 en la señalización del receptor de
eritropoyetina (EPO). Además, estos ratones presentan también un fallo en la
respuesta celular a diversas interleukinas, factor estimulante de colonias de
granuloci-tos/macrófagos (GM-CSF), trombopoyetina (TPO) e interferón γ (IFNγ).
Los ratones knockout para JAK3 son viables, pero presentan SCID, debido a que
JAK3 se une a la subunidad γc de los receptores tipo I. De hecho, las consecuencias
de la falta de JAK3 son idénticas a las que se observan en la ausencia de γc. Por
último, los ratones knockout para Tyk2 presentan un fenotipo prácticamente normal
(únicamente se observa una mayor susceptibilidad a padecer infecciones virales),
probablemente debido a que esta proteína es la que presenta una función más
redundante.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS STATs
?
Las STATs son una familia de factores de transcripción constituida por 7 miembros
denominados STAT-1, STAT-2, STAT-3, STAT-4, STAT-5A, STAT-5B y STAT-6.
Aunque las diferentes STATs presentan un menor grado de homología que las JAKs,
es posible distinguir en todas ellas 7 dominios conservados (figura 6.2):
• dominio N-terminal. Es, probablemente, el encargado de regular la
traslocación nuclear, además de favorecer la interacción de las STATs con
otras proteínas y con el DNA.
• dominio CCD (coiled-coil domain). Interviene en la interacción de las STATs con
otras proteínas y, probablemente, también en la unión de las STATs al
receptor de citoquinas.
• dominio DBD (DNA binding domain). Es el encargado de reconocer las
secuencias específicas de DNA a las que se unen las STATs.
• domino de unión (linker). Su función es conectar el DBD con el domino SH2.
• domino SH2. Es el dominio que posee capacidad de reconocer residuos de
fosfotirosina. Este dominio SH2 es el más conservado y por su capacidad de
reconocer residuos de fosfotirosina resulta fundamental para el reclutamiento
de las STATs por los receptores de citoquinas y para su unión con las JAKs.
Además, la interacción entre dominios SH2,
es la responsable de la
dimerización de las STATs.
• dominio TAD (transactivation domain). Es el dominio encargado de regular la
transcripción.
6%
+6%
(
116
7
Figura 6.2. Estructura de las STATS. CCD coiled-coil domain. DBD: DNA binding domain. TAD:
transactivation domain.
Al igual que ocurría con las JAKs, mucha de la información sobre la función de las
distintas STATS procede del estudio de ratones knockout. Los ratones knockout para
STAT1 se desarrollan normalmente, aunque tienen una mayor susceptibilidad a
padecer infecciones virales y bacterianas. La principal causa de este defecto es un
fallo en la respuesta a los IFN. Además, estos ratones presentan alteraciones
esqueléticas debido al papel de STAT1 en la respuesta a FGF3 (fibroblast growth factor
3). STAT2 participa de forma específica en la señalización de los IFN tipo I, por lo que
los ratones que carecen de esta proteína presentan una mayor susceptibilidad frente
a infecciones virales. La pérdida de STAT3 produce muerte embrionaria precoz,
probablemente debido a la pérdida de la respuesta al LIF (leukemia inhibiting factor).
Mediante la generación de ratones knockout condicionales se ha podido comprobar
que STAT3 es también importante en la regulación de la respuesta inflamatoria
(debido a su importancia en la respuesta a G-CSF), en el proceso de cicatrización de
las heridas y en el desarrollo mamario. El principal efecto de la ausencia de STAT4 es
una deficiente respuesta a IL12, por lo que los ratones deficientes en esta proteína
presentan un deficiente desarrollo de linfocitos T helper tipo I. En el caso de STAT5A,
la principal consecuencia de su deficiencia se manifiesta en ratones hembra en los
que se producen defectos en el desarrollo mamario junto con fallos en la lactación,
probablemente debido a deficiencias en la respuesta a GH y PRL. Pese a su elevado
grado de homología con STAT5A (93% de identidad en su secuencia de aminoácidos)
las consecuencias de la deficiencia de STAT5B son completamente diferentes: la
principal alteración que se observa es una disminución del crecimiento en ratones
macho. La deficiencia combinada de ambas proteínas (STAT5A y STAT5B) produce,
además de los fenotipos mencionados, disminución de la linfopoyesis e infertilidad en
las hembras. Por último, los ratones knockout para STAT6 presentan una deficiente
respuesta a IL4 e IL13 y, en consecuencia, fallos en el desarrollo de linfocitos T helper
tipo II.
MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE LA VÍA JAK-STAT
La activación de esta vía es iniciada por la unión de un ligando a su receptor. Las
JAKs están constitutivamente asociadas a las regiones box 1 y box 2 del domino
intracelular del receptor, de forma que el cambio conformacional que se produce en el
receptor tras la unión del ligando hace que las JAKs se aproximen, lo permite su
transactivación (es decir su fosforilación recíproca en residuos de tirosina) (figura 6.3).
Una vez activadas, las JAKs van a fosforilar tanto al receptor (en su dominio
intracelular) como a las STATs.
En ausencia de estimulación, las STATs se encuentran en el citoplasma y son, por
tanto, transcripcionalmente inactivas. Sin embargo, una vez fosforiladas por JAK, las
STATs dimerizan a través de sus dominios SH2 y se traslocan al núcleo. La entrada de
las STATS al núcleo se produce a través de los complejos de poros nucleares (NPCs),
por un mecanismo regulado por las importinas. La importuna α reconoce una
secuencia específica en las STATS y se une a importina β que es la encargada de
traslocar las STATS a través del NPC. La energía necesaria para este proceso procede
de la hidrólisis de GTP catalizada por Ran, una GTPasa similar a Ras. Una vez en el
núcleo celular, los dímeros de STATS se unen a elementos de respuesta específicos,
regulando la transcripción de genes diana.
REGULADORES NEGATIVOS DE LA VÍA JAK-STAT
Existen 3 familias principales de reguladores negativos de esta vía de señalización:
PTPs (protein tyrosine phosphatases), SOCS (suppressors of cytokine signaling) y PIAS
(protein inhibitors of activated STATs).
Las principales PTPs implicadas en la regulación de la señalización de los
receptores de citoquinas son SHP1 (SH2-containing phosphatase 1) y SHP2. Ambas
proteínas se encargan de defosforilar JAKs, aunque recientemente se ha sugerido que
pueden actuar también defosforilando STATs. SHP2 es una proteína expresada en
múltiples tejidos, mientras que SHP1 está restringida al sistema hematopoyético.
Otras fosfatasas como PTP1, TC-PTP (T cell-PTP) CD45 o PTPε participan también en
la regulación de esta vía, aunque su acción está restringida a determinados receptores
de citoquinas.
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α
4
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4
β
Figura 6.3. Mecanismo de activación de la vía JAK-STAT. En el cuadro se muestran las proteínas
implicadas en la traslocación a través del NPC
La familia de proteínas SOCS está constituida por, al menos, 8 miembros. El
primer miembro de la familia identificado se denomina CIS (cytokine inducible SH2containing protein) y el resto de componentes se denominan SOCS1-SOCS7. Una
importante característica de estas proteínas es que su expresión está regulada
positivamente por las STATs, estableciéndose así un circuito de retroalimentación
negativa. Las SOCS regulan negativamente la vía JAK-STAT a través de 3
mecanismos. En primer lugar, las SOCS se unen, por medio de su domino SH2, al
receptor de citoquinas, impidiendo el acceso de las STATs. En segundo lugar, las
SOCS son capaces de unirse a los residuos de fosfotirosinas de JAK, impidiendo la
actividad quinasa de ésta. Por último, las SOCS facilitan la ubicuitinación de JAKS,
con lo que inducen su degradación en los proteasomas.
El tercer tipo de reguladores negativos de la vía JAK -STAT son las PIAS. Hasta el
momento se han identificado 5 miembros en esta familia: PIAS1, PIAS2, PIASxα,
PIASxβ y PIASy. Las PIAS se unen a los dímeros de STATs activos, bloqueando su
unión al DNA.
OTRAS VÍAS DE SEÑALIZACIÓN ACTIVADAS POR LOS RECEPTORES DE CITOQUINAS
Aunque el sistema JAK-STAT es considerado como el principal mecanismo de
señalización de los receptores de citoquinas, existen otras moléculas que son
activadas por estos receptores. Las STAMS (signal-transducing adapter molecules) son
proteínas con dominios SH3 capaces de unirse a JAKS y ser fosforiladas por éstas.
Una vez fosforiladas, parece ser que las STAMS se traslocarían al núcleo donde
regularían la transcripción de determinados genes.
Los receptores de citoquinas son también capaces de activar otras proteínaquinasas como la PKC (que desempeña un papel clave en el proceso de señalización
de los receptores acoplados a proteínas Gq, ver capítulo 3), o PKB. Al igual que ocurría
en los RTKs (ver capítulo 5) la activación de PKB (también denominada Akt) por parte
de los receptores de citoquinas se produce a través de un mecanismo indirecto que es
puesto en marcha por la activación de PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase) por parte
de JAK/STAT. Una vez activada, PI3K inducirá la fosforilación de fosfatidilinositoles
(PI) de membrana dando lugar a la formación de PI(3,4,5)P3. Los residuos de
fosfotirosina del PIP3 permitirán el anclaje (y activación) de diversas proteínas entre
las que se encuentran PDK-1 (phosphatidylinositol-dependent kinase-1) y PKB.
Por último, los residuos de fosfotirosina de JAK pueden servir como puntos de
anclaje para la molécula adaptadora SHC y, de esta forma, los receptores de
citoquinas son capaces de activar la vía de Ras-MAPK (véase capítulo 5).
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 7
R E C E P T O R E S D E L A S U P E R F A M IL IA
D E L T G F -β
El mecanismo de trasducción de señal implicado en la respuesta celular a los
miembros de la superfamilia del TGF-β (transforming growth factor-β) es un claro
ejemplo de cómo un sistema aparentemente simple es capaz de generar una
asombrosa variedad de repuestas. Ello es posible gracias a la existencia de una
regulación compleja y la vez precisa, tanto extracelular como intracelularmente. En
los últimos años los estudios encaminados a desentrañar el funcionamiento de este
sistema han permitido comprender mucho mejor los mecanismos mediante los cuales
el TGF-β y los otros miembros de la superfamilia controlan actividades celulares tan
variadas como fundamentales en la biología de multitud de organismos.
EL SISTEMA DE RECEPTORES
Aunque existen algunas diferencias dependiendo del miembro de la superfamilia
implicado, el sistema de señalización es bastante similar entre todos ellos. La señal se
transmite a través de un complejo de dos receptores, RI y RII, que poseen actividad
serina/treonina quinasa y que se encuentran inicialmente separados y anclados en la
membrana celular. La unión del ligando provoca la interacción entre los receptores y
su activación, tal y como veremos a continuación.
En vertebrados existen hasta cinco tipos de RII y siete de RI, de forma que los
distintos miembros de la superfamilia se unen a una determinada combinación RI/RII
(figura 7.1). En cada receptor se distingue un dominio extracelular al que se acopla el
ligando, una región transmembrana y un dominio intracelular en donde reside la
actividad quinasa. Los receptores tipo I, conocidos también como Alks (activin-like
receptors) poseen además una secuencia característica TTSGSGSG, denominada
dominio GS, situada inmediatamente antes del dominio quinasa y cuya fosforilación
en diversos residuos de serina y treonina por parte del RII es imprescindible para su
activación (figura 7.1). El RII por el contrario se encuentra constitutivamente activo,
aunque se desconoce con exactitud cual es el mecanismo implicado en dicha
activación.
Aunque la estequiometría exacta del complejo TβRII-Alk5-TGF-β no se conoce con
exactitud, se cree que en ausencia de ligando cada receptor se encuentra presente en
la membrana plasmática en forma de homodímero. Esto hace suponer que dicho
complejo esté formado por lo menos por un heterotetrámero de receptores unido a un
dímero de TGF-β.
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Figura 7.1. Estructura de los receptores de la superfamilia del TGF-β y complejos ligando-receptor Ireceptor II.
La posibilidad de formar distintas combinaciones entre receptores I y II a la hora
de constituir el complejo tetramérico permite la unión de diferentes ligandos. Así por
ejemplo, el ActR-II puede unir tanto activina como BMPs (bone morphogenetic proteins)
dependiendo de cual sea el receptor I asociado, mientras que el BMPR-II puede
combinarse con tres tipos distintos de receptores I y unir así varias BMPs. De este
modo un mismo ligando puede inducir diferentes rutas de señalización dependiendo
de la composición del complejo de receptores al que se asocie.
Los ligandos de la superfamilia muestran además distintas afinidades por ambos
tipos de receptores, lo que queda reflejado en dos mecanismos diferentes de activación
ejemplificados por un lado por el TGF-β y activina y por otro por las BMPs. En el caso
del TGF-β, el ligando posee una alta afinidad por el RII, de forma que su unión
provoca el reclutamiento del TβRI (Alk5), que es transfosforilado en su dominio GS,
iniciándose así la señalización intracelular (figura 7.2). Un mecanismo similar es el
utilizado en el caso de la activina, cuyo ActR-II recluta al receptor Alk4. Por el
contrario, las BMP2 y BMP4 poseen una alta afinidad por sus receptores de tipo I
(Alk3 y Alk6) y baja por los de tipo II (BMPR-II), y es la formación del complejo
ligando-RI lo que provoca un aumento de la afinidad por el RII.
MODULACIÓN DE LA ACTIVIDAD
Además de por la propia disponibilidad del ligando, la actividad de los receptores se
encuentra modulada a través de una serie de mecanismos adicionales como son, la
unión a proteínas inhibidoras, la presencia de receptores accesorios y la
disponibilidad del receptor.
En el medio extracelular se encuentran una serie de proteínas solubles que
actúan “secuestrando” al ligando e impidiendo así su unión. Este es el caso de la LAP
(latency-associated polypeptide), decorin, folistatina y las familias noggin,
chordin/SOG y DAN/cerberus, cuyo modo de acción se comenta más detalladamente
en el capítulo 50.
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Figura 7.2. Mecanismo de activación de los receptores para el TGF-β.
Entre las proteínas que actúan como inhibidoras a nivel intracelular están
FKBP12, Smad6 y Smad7. De las dos últimas hablaremos más adelante en el
apartado dedicado a las Smads como principales mediadores intracelulares de la
señalización por TGF-β. En cuanto a FKBP12, su efecto inhibidor es consecuencia de
su capacidad para unirse al dominio GS del receptor I en ausencia de ligando,
impidiendo así su fosforilación. Esto ha sido interpretado como un mecanismo de
regulación de la actividad basal de dicho receptor, impidiendo su activación
accidental por el TβRII o por otras quinasas.
Aunque la señalización intracelular se activa a partir de la formación del complejo
ligando-RI-RII, ancladas en la membrana celular existen otras moléculas que son
también capaces de unir a los distintos miembros de la superfamilia del TGF-β y a las
que se denomina receptores accesorios. El primero en ser descrito es el conocido
como receptor III del TGF-β o betaglicano. Se trata de una proteína altamente
glicosilada, que posee un extenso dominio extracelular y que a diferencia de los
receptores I y II carece de dominio quinasa. Aunque el betaglicano no une BMPs o
activina, es sin embargo capaz de unir inhibina, lo que constituye un mecanismo de
regulación de la acción de activina al bloquear así su acceso al receptor. Otro receptor
accesorio es endoglin, cuya expresión y actividad se centra mayoritariamente en
células endoteliales. Así, se ha encontrado una asociación entre la existencia de
mutaciones en endoglin y Alk1 y la aparición de alteraciones vasculares. Además
estudios recientes indican que endoglin actúa regulando la proliferación en las células
endoteliales al modular la señalización de TGF-β a través de los receptores Alk1 y
Alk5. El grupo de receptores accesorios lo completan, cripto, cryptic y BAMBI (BMP
and activin receptor membrane bound inhibitor). Los dos primeros pertenecen a la
familia del EGF-CFC (epidermal growth factor-cripto FRL1 cryptic) y facilitan la unión
de nodal y GDF1 (growth and differentiation factor 1) a sus receptores, mientras que
BAMBI por el contrario actúa como un regulador negativo al competir con el receptor I
en la formación de complejos.
Por último, la actividad de los receptores se encuentra regulada también a través
de su disponibilidad en la membrana celular y su localización intracelular mediante el
tráfico en vesículas. El acceso del complejo de receptores a sus sustratos, las Smads,
está facilitado por la interacción con proteínas auxiliares como SARA (Smad anchor for
receptor activation), Dad-2, Hgs o axin. La unión de SARA al receptor facilita la
interacción con las Smads, pero además SARA posee un dominio denominado PYVE
que favorece su localización en la membrana de los endosomas tempranos. Se cree
que aunque la fosforilación por el receptor se puede producir en complejos SARASmad anclados en la membrana plasmática, el proceso es mucho más eficiente en los
endosomas, a donde los receptores llegan a través de su internalización en vesículas
de clatrina. Los receptores pueden internalizarse también mediante la vía raftcaveolae, facilitándose en este caso su interacción con los complejos Smad7-Smurf
(Smad ubiquitination regulatory factor), que como veremos mas adelante están
encargados de su degradación. La segregación de los receptores en distintos
compartimentos durante el proceso de endocitosis regula su actividad, de manera que
la internalización en vesículas de clatrina facilita no sólo su interacción con las
Smads, sino que los mantiene además alejados de la maquinaria de degradación
(figura 7.3).
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Figura 7.3. Internalización de los receptores en vesículas.
SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR: LAS SMADS
Una vez activado el complejo receptor la señalización intracelular desencadenada por
la unión del TGF-β se transmite a través de la actividad de una familia de proteínas
inicialmente identificadas en Drosophila, en donde se las denominó MAD (mothers
against Dpp), y que funcionan como factores de transcripción. A los correspondientes
ortólogos en vertebrados y gusanos se les conoce como Smads, y se les ha antepuesto
los prefijos R- Co- o I- dependiendo de su función. Actualmente hay descritas cinco RSmads (Smad1, Smad2, Smad3, Smad5 y Smad8), denominadas así porque son
fosforiladas y activadas directamente por el receptor, y dos I-Smads, Smad6 y Smad7,
que funcionan inhibiendo la señalización mediante distintos mecanismos. Smad4 es
conocida también como la Co-Smad, ya que como veremos a continuación
interacciona con diversas R-Smads.
Dependiendo de cual sea el ligando, la R-Smad implicada en la transmisión de la
señal es distinta. Así, TGFs-β , activinas e inhibinas activan a Smad2 y Smad3,
mientras que las BMPs señalizan a través de Smad1, Smad5 o Smad8.
En lo referente a su estructura, la característica común a todas las Smads es la
existencia de un dominio muy conservado situado en el C-terminal y conocido como
MH2 (MAD-homology 2) (figura 7.4). En esta región residen funciones tales como la
interacción con el receptor, la formación de complejos entre las distintas Smads o la
interacción con proteínas de los poros nucleares encargadas del transporte de Smads
entre el núcleo y el citoplasma. Las R-Smads poseen además en su C-terminal un
motivo SSXS cuya fosforilación por el receptor es esencial para su activación. En las
R-Smads y Smad4 se distingue también un dominio N-terminal conocido como MH1 a
través del cual tiene lugar la unión al DNA, excepto en el caso de Smad2 (figura 7.4).
La región de unión entre MH1 y MH2 es variable dependiendo de las distintas Smads
y contiene numerosos lugares de fosforilación para la interacción con otras vías de
señalización. En esta región se encuentra además de un motivo conocido como PY a
través del cual tiene lugar la interacción con las Smurfs, la familia de proteínas
implicadas en el mecanismo de degradación de Smads, tal y como veremos más
adelante.
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Figura 7.4. Estructura de las Smads.
Mecanismo de fosforilación y activación de Smads
Como hemos mencionado anteriormente, la activación de las R-Smads se produce
como consecuencia de su fosforilación por parte del receptor I, concretamente en dos
residuos de serina que se encuentran localizados en el motivo SSXS. Dicha
fosforilación provoca por un lado la disociación de los complejos SARA-Smad,
quedando expuesta la señal de localización nuclear situada en el dominio MH2, y
facilita además la unión a Smad4 (figura 7.5).
La interacción entre las R-Smads y el receptor se produce a través de regiones
muy específicas, en concreto el bucle L45 del dominio quinasa del RI y el L3 situado
en el dominio MH2 de la R-Smad. Además de los cambios mencionados, la
fosforilación parece facilitar el paso de un estado monomérico a la formación de
oligómeros. Así, es posible encontrar heterodímeros (R-Smad-Smad4) o heterotrímeros
(dos R-Smads-Smad4) dependiendo del promotor sobre el que actúen o de otros
factores de transcripción con los que interaccionen. Las estructuras cristalográficas
para los complejos heterotriméricos Smad3-Smad4 y Smad2-Smad4 han sido
recientemente caracterizadas.
Transporte entre el núcleo y el citoplasma.
En su estado basal, las R-Smads se encuentran localizadas predominantemente en el
citoplasma mientras que las I-Smads son fundamentalmente nucleares. Obviamente,
su papel como factores de transcripción requiere el traslado de las R-Smads al núcleo
tras su activación por el receptor (figura 7.5). En el dominio MH1 de Smad1 y Smad3
se ha descrito la existencia de una señal de localización nuclear que permite su unión
a importina-β . Sin embargo, en el caso de Smad2 el transporte el núcleo parece
realizarse a través de la interacción con componentes de los poros nucleares, las
nucleoporinas CAN/Nup214 y Nup 153. Esta interacción tiene lugar a través de una
región en el dominio MH2 y se solapa además con el lugar de unión a SARA y a
factores de transcripción nucleares, de modo que las interacciones entre Smad2 y
cada uno de estos factores son mutuamente excluyentes.
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Figura 7.5. Transporte nuclear de las Smads.
Al contrario de lo que sucede con las R-Smads, cuya entrada en el núcleo se
realiza de forma dependiente de la presencia de ligando, Smad4 se encuentra
constantemente moviéndose entre el núcleo y el citoplasma. Ello se debe a la acción
combinada de una señal de localización nuclear constitutivamente activa situada en
su dominio MH1 y una de transporte fuera del núcleo (NES, nuclear export signal)
localizada en la región de unión entre los dominios MH1 y MH2. La NES está
posiblemente enmascarada durante la formación de los complejos con las R-Smads, lo
que facilita su permanencia en el interior del núcleo.
La intensidad y la duración de la respuesta al TGF-β son importantes a la hora de
mantener la activación o represión en la transcripción de los genes deseados. Por ello
tanto la actividad de los receptores como la de las Smads es objeto de una fina
regulación. Durante el tiempo que dura la señal, la fosforilación de las R-Smads por el
receptor asegura su presencia en el núcleo celular, mientras que su transporte
continuo entre el núcleo y el citoplasma permite detectar en que momento ha
terminado dicha señalización (figura 7.5).
Actividad transcripcional
La relativamente baja especificidad con la que las Smads se unen al DNA hace
bastante difícil la identificación de elementos de respuesta biológicamente relevantes.
El lugar de unión caracterizado para Smad3 y Smad4 lo constituye una secuencia de
tan sólo cuatro bases, 5’-AGAC–3’, conocida como SBE (Smad binding element). Sin
embargo existen también datos que indican que Smad4, Smad3 y Smad1 pueden
unirse a secuencias ricas en G/C.
Tal y como mencionamos en el caso de los receptores, sorprende nuevamente que
un sistema que utiliza los mismos mediadores, las Smads, pueda generar abanico de
respuestas tan amplio como variable, con cambios en el nivel de transcripción en
multitud de genes que dependen no sólo del tipo celular sino también del ambiente en
el que se encuentre la célula en el momento de recibir la señal. La respuesta parece
estar en la presencia de proteínas específicas (factores de transcripción, coactivadores
y co-represores) que acompañan a las Smads en cada caso. De este modo, algunos de
ellos son ubicuos y están implicados en la misma respuesta en diferentes tipos
celulares, mientras que otros o las señales que los generan están presentes en un tipo
celular particular y originan por ello respuestas célula-específicas. Además, la
cooperación con proteínas específicas explica también como en respuesta a una señal,
por ejemplo de TGF-β, un mismo tipo de Smad puede participar tanto en el aumento
de la transcripción de un gen como en la represión de otro. Un claro ejemplo de este
papel dual de las Smads lo constituye el mecanismo implicado en la parada del ciclo
celular en repuesta a TGF-β en células epiteliales.
Los primeros factores de transcripción descritos que interaccionan con Smads
fueron los miembros de las familias FoxH1 y Mix en Xenopus. Ambos lo hacen a
través de una región rica en prolinas conocida como SIM (Smad interaction motif) que
se une al dominio MH2 de Smad2 y Smad3. Además del SIM, en los miembros de la
familia FoxH1 se ha identificado un segundo motivo de unión conocido como FM
(Fast/FoxH1 motif). En la actualidad se han descrito interacciones de Smads con
diversos miembros de varias familias de factores de transcripción, como forkhead,
homeobox, E-box, Jun/Fos, Runx, CREBP y E2F.
Aun cuando el modelo de activación de la transcripción se encuentra actualmente
bastante bien caracterizado, el papel que juega Smad4 en los complejos
transcripcionales sigue siendo motivo de especulación. Por un lado los datos
muestran que Smad4 se encuentra siempre presente en dichos complejos. Sin
embargo, las células carentes de Smad4, bien de forma natural por mutación o
delección en células tumorales, o en líneas derivadas de ratones knockout, muestran
aun regulación en la transcripción de ciertos genes en respuesta a TGF-β.
Finalización de la señal
Como hemos mencionado anteriormente, los niveles de Smads son un determinante
en la duración del estímulo. Su defosforilación por fosfatasas aun no identificadas o
su ubiquitinación y posterior degradación en el proteosoma constituyen en la
actualidad los dos mecanismos conocidos implicados en la finalización de la dicha
señal (figura 7.5).
La primera E3 ubiquitina-ligasa en ser relacionada con la regulación de los niveles
de Smads fue Smurf-1, a la que se implicó en la degradación de Smad1 y Smad5 en
células en estado basal. Sin embargo datos recientes obtenidos a partir de ratones
carentes de Smurf-1 muestran que estos animales poseen niveles normales de
diversas proteínas consideradas sustratos de Smurf-1, entre ellas las propias Smad1
y Smad5. Una posible explicación es la existencia de un papel compensatorio que
sería ejercido por su homólogo Smurf-2. La ubiquitinación de Smad3 parece ser
llevada a cabo por una familia distinta de E3 ubiquitina-ligasas, el complejo SCF/Roc.
Smuf1 y Smurf2 participan también en la degradación de los receptores, proceso
en el que juega un importante papel Smad7. Como hemos mencionado anteriormente,
en células en estado basal Smad7 se encuentra en el núcleo, donde permanece unida
a la acetil transferasa p300. La acetilación en determinados residuos que son también
susceptibles de ubiquitinación protege a Smad7 de la degradación por Smurfs. En
presencia del ligando, Smad7 se traslada fuera del núcleo y forma un complejo con
Smurf, que lo dirige hacia la membrana plasmática en donde participa en la
ubiquitinación de los receptores.
La otra Smad con actividad inhibidora, Smad6, funciona de manera distinta ya
que actúa como un competidor de Smad1, uniéndose a Smad4 e impidiendo así la
formación de complejos Smad1-Smad4.
INTERACCIÓN CON OTRAS RUTAS DE SEÑALIZACIÓN
Además de mediadores de la respuesta a TGF-β y otros miembros de la superfamilia,
las Smads pueden ser intermediarios en otras vías de señalización. Tanto en la región
de unión entre los dominios MH1 y MH2 como en el propio dominio MH1 se han
encontrado lugares de fosforilación para diversas rutas (figura 7.5). Así por ejemplo
algunos datos indican que la fosforilación por Erk en respuesta a Ras oncogénico
inhibe la traslocación de Smads al núcleo, lo que explicaría la ausencia de respuesta
a TGF-β en algunas células que poseen Ras hiperactivo, aunque este fenómeno no
parece ser universal. Ras oncogénico también parece inducir la degradación de
Smad4.
La activación de CamKII (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II) puede
provocar también la fosforilación de Smad2, Smad3 y Smad4, e inhibe la traslocación
al núcleo de Smad2 y la heteromerización de Smads. Por el contrario, la fosforilación
de Smad3 por SAPK/JNK (c-Jun N-terminal kinase) induce su trasporte al núcleo y su
actividad transcripcional. Recientemente se han localizado en Smad3 tres residuos
que son fosforilados por las quinasas dependientes de ciclinas Cdk4 y Cdk2. La
mutación de dichos residuos provoca un aumento de la actividad transcripcional de
Smad3, lo que indica que la elevada actividad Cdk presente en algunos tumores
podría contribuir a través de este mecanismo a la resistencia a TGF-β. Al contrario de
lo que ocurre con las R-Smads, Smad4 no es sustrato de fosforilación por ninguna
ruta.
Además de las Smads, TGF-β puede activar otras vías de señalización como son
las mediadas por Erk, JNK y p38 MAPK, y como acabamos de mencionar alguna de
estas rutas regula a su vez la actividad de Smads. Sin embargo, la rápida respuesta
observada en algunos casos sugiere la independencia de un efecto transcripcional.
Esto parece confirmarse por el hecho de que células carentes de Smad4 o con
mutaciones en el TβRI responden a TGF-β activando la ruta de p38 MAPK.
En resumen, el gran número de pasos implicados en el proceso de señalización,
que van desde el procesamiento extracelular del ligando, su accesibilidad al receptor,
la afinidad del ligando por el receptor, hasta la modulación a nivel intracelular, dan
muestra de la enorme importancia que tiene el control preciso de esta ruta. Sumada a
esta complejidad está la existencia de interacciones entre la ruta del TGF-β y otras
vías de señalización, constituyéndose así un entramado complejo que en muchos
casos está aun siendo explorado.
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CAPÍTULO 8
RECEPTORES NUCLEARES
Las hormonas esteroideas y tiroideas, el ácido retinoico, la vitamina D y otras juegan
pequeñas moléculas lipofílicas ejercen sus acciones a través de su unión a receptores
nucleares que actúan como factores de transcripción dependientes de ligando
regulando la expresión de genes específicos. Otras proteínas junto con los receptores
citados forman la denominada superfamilia de receptores nucleares. Para muchos de
los receptores no existe un ligando conocido y por ello se les denomina receptores
“huérfanos”. Sin embargo, algunos de estos huérfanos han sido “adoptados”
recientemente ya que se han identificado los ligandos de algunos de ellos,
demostrándose que productos del metabolismo lipídico como derivados del colesterol,
ciertos ácidos grasos, derivados de prostaglandinas, leucotrienos o incluso los ácidos
biliares pueden regular la expresión génica a través de su unión a receptores
nucleares. Estos ligandos, a diferencia de las hormonas clásicas, se originan
intracelularmente como producto del metabolismo
Algunos receptores, como el de glucocorticoides, en ausencia de ligando se
encuentran asociado a otras proteínas entre ellas la proteína de choque térmico
Hsp90 que lo retienen en el citosol. Tras la unión del ligando el receptor sufre un
cambio conformacional por el cual se disocia del complejo citosólico y es transportado
al núcleo. Sin embargo, los receptores de hormonas tiroideas son de localización
nuclear en ausencia de hormona, y lo mismo ocurre con los receptores de ácido
retinoico y algunos receptores “huérfanos” (figura 8.1).
Los receptores nucleares tienen una estructura modular y están formados por
diferentes regiones que corresponden con dominios funcionales autónomos. Un
receptor nuclear típico contine un extremo N terminal (A/B), un dominio de unión a
DNA (DBD) o region C, una region bisagra D, y una region E/F carboxi-terminal que
contiene el dominio de unión al ligando (LBD) y una región de dimerización. Los
receptores nucleares también contienen dos dominios de activación transcripcional,
un dominio de activación transcripcional independiente de ligando (AF-1) que se
encuentra en la region A/B, y un dominio de activación transcripcional dependiente
de ligando (AF-2) localizado en el extremo C-terminal del LBD (figura 8.2).
El dominio C de unión a DNA (DBD) es el más conservado y está compuesto de 2
“dedos de zinc”, en los que un átomo de zinc coordina tetrahedricamente cuatro
cisteínas. El DBD está formado por dos hélices α y a través de la primera los
receptores se unen con alta afinidad al surco mayor del DNA reconociendo secuencias
específicas denominadas elementos de respuesta a hormonas o HREs que se
encuentran en las regiones reguladoras de los genes diana.
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Figura 8.1. Localización inracelular de los receptores nucleares
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C
6 -
Figura 8.2. Estructura de los receptores nucleares
La secuencia básica de reconocimiento de los receptores está formada por 6 pares
de bases, existiendo dos motivos consenso: la secuencia AGAACA reconocida por los
receptores de esteroides (excepto el receptor de estrógenos, ER), y la secuencia
AGGTCA al que se unen el resto de los receptores de la superfamilia (figura 8.3). Los
elementos de respuesta están generalmente compuestos de dos copias de estas
secuencias, aunque excepcionalmente algún receptor "huérfano" reconoce una
secuencia AGGTCA no repetida, aunque precedida de una zona rica en nucleótidos A
y T. Los receptores de esteroides se unen a palindromes de la secuencia AGAACA
separados por 3 nucleótidos, con la excepción de ER que reconoce el motivo consenso
AGGTCA con la misma configuración. En cambio, los receptores no esteroideos
pueden unirse a HREs formados por palíndromes (Pal), palíndromes invertidos (IPs) o
repeticiones directas (DRs) de esta misma secuencia consenso. Los HREs más
potentes para estos receptores están formados por DRs con diferente espaciamiento
entre los hemisitios. Así, a elementos constituidos por DRs separadas por 3, 4 o 5
nucleótidos (DR3, DR4 y o DR5) se unen con mayor afinidad los receptores de
vitamina D (VDR), hormonas tiroideas (TR) y ácido retinoico (RAR), respectivamente.
En cambio, un DR1 actúa como elemento de respuesta para el RXR y el receptor de
los activadores de proliferación de peroxisomas (PPAR).
Aunque algunos receptores nucleares son monoméricos, la mayoría se unen a los
HREs como dímeros. El homodímero es la forma activa de los receptores de
esteroides. Sin embargo, muchos receptores se unen a los HREs preferentemente en
forma de heterodímeros con el receptor X de retinoides (RXR). La heterodimerización
con el RXR aumenta no sólamente la afinidad de los receptores por el HRE sino
también su actividad transcripcional y las formas heterodiméricas son las
biológicamente activas.
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Figura 8.3. Características de los ERE
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La ocupación de los receptores nucleares por el ligando conduce a la activación de
los genes que contienen los HREs. Para esta activación son necesarios los
denominados factores coactivadores que por si mismos no se unen a DNA pero que
conectan los factores de transcripción con la maquinaria basal de transcripción. Se
han identificado diferentes complejos de coactivadores que interaccionan con los
receptores nucleares de forma dependiente de ligando y que son esenciales para la
activación de la transcripción por estos factores.
El LBD de los receptores está formado por 12 hélices α (Η1 a Η12). La unión del
ligando produce un cambio conformacional en los receptores que implica
fundamentalmente el reposicionamiento de la H12 que contiene el dominio AF-2. Esta
hélice se proyecta hacia afuera en el receptor vacío, pero tras la unión del ligando
cambia de posición empaquetándose estrechamente con las hélices 3 y 4 (figura 8.4).
Este cambio permite la formación de una superficie de interacción para la unión de
los coactivadores.
El primer coactivador de receptores nucleares clonado fue el SRC-1 (steroid
receptor coactivor 1). Esta proteína forma parte, junto con otros dos miembros, de la
familia de coactivadores p160. Estos coactivadores tienen un dominio central de
interacción con los receptores que contiene tras copias del motivo LXXLL, donde L es
leucina y X un aminoácido cualquiera. Un residuo conservado de ácido glutámico
presente en la H12 de los receptores, así como un residuo de lisina presente en la H3
también conservado en toda la superfamilia, hacen contactos directos con las
leucinas 1 y 5 del motivo LXXLL de los coactivadores, formando una estructura que
orienta y posiciona al coactivdor en el surco formado en el receptor tras la unión del
ligando. Los coactivadores p160 tienen actividad histona acetil transferasa (HAT)
intrínseca que reside en su region carboxi-terminal. La acetilación de histonas
produce descompactación de la cromatina produciendo un aumento en la
accesibilidad de factores a los promotores y la activación de la transcripción. Dicha
region contiene además dos dominios de activación que les permiten interaccionar
con otras histonas acetiltransferasas como CBP/p300 (proteína de unión a CREB, el
factor de transcripción que se une a a los elementos de respuesta a AMP cíclico) y
pCAF (factor asociado a CBP) y con histonas arginina metiltransferasas como CARM1
(arginina metiltransferasa asociada al coactivador) y PRMT (proteína arginina
metiltransferasa). Además de interaccionar con los coactivadores p160 a través de un
dominio localizado en la region C-terminal, el CBP/p300 interacciona también
directamente con los receptores nucleares a través de su extremo N-terminal, que
contiene un motivo LXXLL. Todas estas interacciones proteína-proteína permiten que
la unión del ligando produzca el reclutamiento de complejos que contienen enzimas
que causan la acetilación y metilación local de las histonas de los promotores que
contienen los HREs a los que están unidos los receptores nucleares.
Los receptores nucleares también reclutan al promotor regulado los factores
remodeladores de cromatina dependientes de ATP. Estos complejos utilizan la energía
que se produce en la hidrólisis del ATP para producir un cambio en la posición del
octámero de histonas con respecto al DNA, lo que facilita también la unión de factores
cuyos sitios de unión no estaban expuestos en los nucleosomas. La presencia de la
subunidad con actividad ATPasa es requerida para la activación dependiente de
ligando por varios receptores nucleares, y se ha demostrado recientemente la
existencia de interacciones directas entre los receptores y otros componentes de estos
complejos. También en este caso, las interacciones de los receptores con estas
proteínas tienen como consecuencia el remodelamiento de los nucleosomas cercanos
al sitio de unión a los receptores, que es necesario para la activación transcripcional.
Existe un tercer tipo de coactivadores que se reclutan al receptor nuclear tras la
unión del ligando. Estos coactivadores forman parte del complejo denominado TRAP
(proteinas asociadas al TR) o DRIP (proteínas que interaccionan con el VDR) que es
análogo al complejo transcripcional de levaduras denominado mediator. Estos
complejos, que también están formados por un gran número de componentes,
interaccionan con los receptores de forma dependiente de ligando y del dominio AF-2
a través de la subunidad TRAP220/DRIP205 que también contiene dominios LXXLL y
atrearía al receptor el resto de las subunidades. El complejo TRAP/DRIP no tiene
ninguna actividad enzimática intrínseca. Sin embargo, algunos de sus componentes
forman a su vez parte del holoenzima de la RNA polimerasa II, con lo cual su función
sería atraer a la polimerasa al promotor diana.
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Figura 8.4. Estructura del LBD de los receptores
nucleares.
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Además de la activación transcripcional dependiente de ligando se ha demostrado
que algunos receptores entre los que se encuentran el TR y el RAR en ausencia del
ligando reprimen activamente la transcripción de genes que contienen HREs. Esta
represión se debe a que los receptores vacíos, que se encontrarían unidos al DNA,
interaccionan con los denominados correpresores. Los dos correpresores más
conocidos son el NCoR (correpresor nuclear) y el SMRT (mediador del silenciameinto
por TR y RAR). El dominio del receptor que interacciona con los correpresores está
formado por regiones que solapan parcialmente con las que participan en la unión
con los coactivadores, por lo que la unión al receptor de ambos tipos de factores es
mutuamente excluyente. La unión del ligando y el reposicionamiento de la H12
desencadenan la liberación de los correpresores y permiten la unión de los
coactivadores. Aunque los receptores de esteroides en ausencia de ligando no unen
correpresores, se ha demostrado recientemente que la unión de ligandos antagonistas
coloca a la H12 en una posición que permite la unión de correpresores y excluye la de
los coactivadores.
Tanto NCoR como SMRT son proteínas de gran tamaño (270 kd) que interaccionan
con los receptores a través de la caja CoRNR, que se encuentra localizada en el
extremo C-terminal del correpresor y contiene dos motivos LXXI/HIXXXI/L, que
guardan semejanza con los motivos de interacción presentes en los coactivadores y
explican la utilización de superficies solapantes en el receptor para la interacción con
ambos tipos de coreguladores. Los correpresores poseen en su region N-terminal 3
dominios autónomos de represión transcripcional. Aunque los correpresores en sí no
tiene actividad deacetilasa, a través de esos dominios represores interaccionan
directamente con deacetilasas de histonas (HDACs) como HDAC3, HDAC4/5 y HDAC7
y indirectamente con las HDACs 1 y 2 a través del mediador Sin3. En la célula existen
complejos preformados de gran tamaño que contienen los correpresores, las HDACs y
otros componentes de función aun no bien conocida. Estos complejos se unen a los
receptores vacíos, produciendo la deacetilación de las histonas en las regiones
6
)"%
K
9
cercanas a los HREs y causando compactación de la cromatina y consecuentemente
la represión de la transcripción de los genes diana.
Así pues, el mecanismo de regulación de la transcripción de genes que contienen
HREs por los receptores nucleares sería el siguiente (figura 8.5):
• los receptores en ausencia de ligando o unidos a un antagonista reprimen la
transcripción a través del reclutamiento de complejos correpresores que
contienen actividad deacetilasa lo que causa la compactación de la cromatina
y la represión de la transcripción.
• la unión de un agonista produce la liberación de estos complejos y el
reclutamiento de complejos coactivadores. Algunos de estos complejos poseen
activadad acetilasa y metiltransferasa, otros tienen actividad remodeladora de
los nucleosomas y otros pueden interaccionar directamente con la maquinaria
basal de transcripción.
• el reclutamiento de estos complejos de forma ordenada y secuencial al
promotor de los genes diana, altera la estructura permitiendo su
descompactación y la activación de la transcripción.
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Figura 8.5. Regulación de la transcripción génica por receptores nucleares
Diversos receptores nucleares, así como coactivadores y correpresores son dianas
de fosforilación por diferentes kinasas que se activan por diferentes factores de
crecimiento y oncogenes, lo que puede causar importantes efectos transcripcionales.
Un caso bien conocido es la fosforilación de la isoforma a del ER en la serina 118 (en
el dominio AF-1) por las MAPKs. Esta fosforilación causa la activación del receptor
incluso en ausencia de ligando, lo cual puede tener importancia en las células de
carcinoma mamario que dependen del ER para su crecimiento y en las que esta vía de
transducción se señales es muy activa. Los coactivadores p160 se activan también
por las MAPKs y esta modificación incrementa su actividad, aumentando su
interacción con los receptores y con otros coactivadores como CBP. De forma opuesta,
la fosforilación del correpresor SMRT inhibe su interacción con el TR y produce la
translocación del correpresor al citoplasma, inhibiéndose así su efecto.
Los receptores nucleares pueden también reprimir la transcripción de forma
dependiente de ligando. En algunas ocasiones esta inhibición es consecuencia de la
unión de los receptores a los denominados HREs negativos. Los mecanismos
moleculares por los que los receptores nucleares inhiben la transcripción a través de
su unión a los HREs negativos aún no están bien definidos. Aparte de este
mecanismo activo de represión transcripcional existen mecanismos adicionales por
los que los ligandos de los receptores nucleares causan una inhibición de la
transcripción. Uno de ellos proviene del hecho de que los receptores actúen en forma
de dímeros. Así, la dimerización de un receptor funcional con receptores mutados o
truncados puede dar origen a la formación de dímeros inactivos que bien no se unen
a DNA o que aunque se unan sean transcripcionalmente inactivos. En el caso de los
receptores que forman heterodímeros un receptor inactivo puede inhibir la acción no
solamente de su receptor nativo sino tambén de otros receptores que comparten la
misma pareja heterodimérica. Este tipo de mecanismos de competición por unión al
HRE y/o por otro receptor puede ser la causa molecular de la denominada actividad
dominante negativa de receptores mutados, como la que poseen los mutantes del TR
que causan el síndrome de resistencia a las hormonas tiroideas.
La inhibición transcripcional causada por los receptores nucleares puede también
producirse por interferencia debida a la superposición del HRE con otros elementos
del DNA que unen otros activadores transcripcionales. En este caso la unión del
complejo hormona-receptor al DNA desplazaría a otros factores de transcripción de
sus sitios de unión.
Por último, en otros casos se ha demostrado que los receptores nucleares pueden
inhibir respuestas transcripcionales de genes que no contienen un HRE a través de la
regulación de la actividad de los factores de transcripción que se unen a otros
elementos del promotor regulado, un mecanismo al que se denomina transrepresión.
En este caso la inhibición se produciría por interacciones directas proteína-proteína
con otros factores de transcripción y/o por competición por coactivadores comunes
como el CBP que se requieren para la activación de la transcripción por ambos. Por
ejemplo, diferentes ligandos de receptores nucleares reprimen la expresión de genes
que contienen sitios de unión para el complejo AP-1 (formado por las oncoproteínas
jun y fos que parecen jugar un papel fundamental en los procesos de proliferación
celular). Muchos de los efectos antiproliferativos y diferenciadores de los
glucocorticoides y otras hormonas esteroideas así como de los retinoides podrían
implicar este mecanismo de antagonismo transcripcional. Otro importante caso de
antagonismo transcripcional sería el que ocurre entre el receptor de glucocorticoides y
el factor de transcripción NF-κB. Los glucocorticoides reprimen la activación por las
citoquinas inflamatorias de genes que contienen sitios de unión para estos factores, lo
que parece jugar un papel fundamental en las acciones anti-inflamatorias de estas
hormonas.
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PARTE II
NEURO
ENDOCRINOLOGÍA
CAPÍTULO 9
L A U N ID A D H IP O T Á L A M O -H IP Ó F IS IS
La hipófisis o glándula pituitaria está situada en una depresión de la cara superior
del esfenoides denominada silla turca o fosa hipofisaria. En humanos, la hipófisis se
divide en dos porciones: una porción glandular o adenohipófisis y una porción neural
o neurohipófisis (figura 9.1). La adenohipófisis constituye, aproximadamente, el 80%
del total de la glándula y se divide a su vez en dos partes denominadas pars distalis y
pars tuberalis. La neurohipófisis está constituida por tres porciones: la pars nervosa o
lóbulo posterior, el infundíbulo y la eminencia media que es el punto de unión entre
hipotálamo e hipófisis. El conjunto del infundíbulo y la porción superior de la pars
tuberalis conforma el tallo hipofisario que constituye la unión anatómica entre la
hipófisis y el hipotálamo. En la mayoría de los mamíferos se puede distinguir una
tercera porción dentro de la adenohipófisis, denominada pars intermedia o lóbulo
intermedio. Sin embargo, en humanos la pars intermedia es una estructura
rudimentaria.
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Figura 9.1. Anatomía de la
hipófisis.
HORMONAS ADENOHIPOFISARIAS
El control de la función adenohipofisaria depende, en gran medida, de una serie de
hormonas liberadas por el hipotálamo, las denominadas hormonas hipofisotrópicas.
El hipotálamo es uno de los componentes subcorticales del sistema límbico que,
además de estar implicado en la regulación de la mayoría de las funciones endocrinas
del organismo, participa en el control de múltiples funciones vegetativas y de la
conducta emocional. La mayor parte de los núcleos hipotalámicos implicados en el
control de la secreción de hormonas adenohipofisarias se localizan en la región
supraóptica y en el hipotálamo medio. Los axones de estas neuronas proyectan sobre
la eminencia media, donde liberan las hormonas hipofisotrópicas.
La adenohipófisis está conectada con el hipotálamo por medio de un complejo
sistema vascular denominado sistema portal hipotálamo-hipofisario (figura 9.2). Este
sistema consta de dos plexos capilares, conectados entre sí por los denominados
vasos portales largos que recorren el tallo hipofisario en sentido descendente. En el
sistema portal hipotálamo-hipofisario es de hipotálamo a hipófisis. Esta disposición
permite que los factores liberados en la eminencia media lleguen con facilidad a las
células adenohipófisarias. El denominado plexo primario se distribuye alrededor de la
eminencia media, y su función es recoger las hormonas liberadas por los terminales
nerviosos que proyectan sobre esta región hipotalámica. Los capilares de este plexo
primario confluyen hasta formar los vasos portales largos que, al llegar a la parte
inferior del tallo hipofisario, se ramifican, dando origen a la segunda red de capilares
(el plexo secundario). El plexo secundario se distribuye por toda la adenohipófisis,
permitiendo que los factores hipotalámicos alcancen fácilmente las células de la
adenohipófisis. Además, el plexo secundario es el encargado de recoger las hormonas
producidas en la adenohipófisis para transportarlas a la circulación general.
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Figura 9.2. Sistema portal hipotálamo-hipofisario. La vascularización del sistema procede de la arteria
hipofisaria superior, rama de la arteria carótida interna, que da origen a una compleja red de capilares que
se distribuyen por la eminencia media, formando el denominado plexo primario. El plexo secundario se
distribuye por la adenohipófisis y transporta las hormonas adenohipofisarias a la circulación general a
través de las venas hipofisarias anteriores. El plexo infundibular es el encargado de recoger las hormonas
secretadas en la neurohipófisis. Además de proporcionar la vascularización de la neurohipófisis, las
arterias hipofisarias inferiores son el origen de los denominados vasos portales cortos que alcanzan la
porción inferior de la adenohipófisis y contribuyen a formar el plexo secundario.
Las principales hormonas adenohipofisarias (junto con sus acciones básicas) se
enumeran en la tabla 9.1. Cada una de ellas es producida de forma preferente en un
determinad tipo celular, si bien son frecuentes los que una célula produce dos o más
hormonas diferentes. Las hormonas adenohipofisarias se clasifican en 3 grandes
familias: hormonas glucoproteicas, hormonas derivadas de la proopiomelanocortina y
hormonas somatotropas. Esta familia está constituida por 3 hormonas: la hormona
estimulante de la tiroides u hormona tirotropa o tirotropina (TSH), la hormona
folículoestimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH).
Las hormonas glucoproteicas están constituidas por 2 subunidades (α y β), de las
cuales la subunidad α es común y la β es específica. En condiciones normales, las
cadenas α se sintetizan en exceso con relación a las cadenas β, por lo que la síntesis
de estas últimas es el factor limitante en la producción de hormonas glucoproteicas.
La TSH es sintetizada principalmente en las células tirotropas, mientras que la FSH y
LH (denominadas también gonadotropinas) son sintetizadas principalmente por las
células gonadotropas.
La POMC es una proteína de 239 aminoácidos que, una vez sintetizada, es
sometida a un procesamiento proteolítico (véase capítulo 25). Los principales
productos de la POMC en las células adenohipofisarias son la hormona
corticoestimulante u hormona adrenocorticotropa o corticotropina (ACTH), la
hormona estimulante de los melanocitos (MSH), la lipotropina (LPH) y la β-endorfina.
De todas ellas, la ACTH es la única hormona cuya importancia fisiológica ha sido
claramente establecida.
La familia de hormonas somatotropas está constituida por la hormona de
crecimiento (GH) y la prolactina (PRL). Ambas son proteínas de cadena sencilla, con
un elevado grado de homología. La GH recibe también el nombre de somatotropina u
hormona somatotropa, y es la hormona adenohipofisaria más abundante. En
condiciones normales, la hipófisis humana contiene entre 5 y 10 mg de GH, lo que
supone un 10% del peso de la glándula. La GH es producida principalmente por las
células somatotropas y, a diferencia del resto de hormonas adenohipofisarias, carece
de un órgano diana definido. La PRL es sintetizada principalmente por las células
lactotropas.
Tabla 9.1. Principales hormonas adenohipofisarias.
Hormona
Tipo celular
Principal órgano
diana
Principales acciones
TSH (hormona
estimulate de la
tiroides, tirotropina)
Tirotropas
Tiroides
Estimula la síntesis y liberación de
hormonas tiroideas
Estimula el crecimiento tiroideo
FSH (hormona
folículoestimulante)
Gonadotropas
Gónadas
Estimula el crecimiento folicular
Estimula la síntesis de estrógenos
Estimula la espermatogénesis
LH (hormona
luteinizante)
Gonadotropas
Gónadas
Estimula la ovulación y la formación del
cuerpo lúteo
Estimula la síntesis de estrógenos y
progesterona
Estimula la síntesis de testosterona
ACTH (hormona
adrenocorticotropa,
corticotropina)
Corticotropas
Adrenal
Estimula la síntesis de esteroides adrenales
Estimula el desarrollo de la corteza adrenal
GH (hormona de
crecimiento,
somatotropina)
Somatotropas
PRL (prolactina)
Lactotropas
Regula el metabolismo
Estimula el crecimiento corporal
Mama
Estimula la producción de leche
Estimula el desarrollo de la mama
HORMONAS HIPOFISOTRÓPICAS HIPOTALÁMICAS
Las hormonas hipotalámicas responsables de la regulación de la síntesis y secreción
de hormonas hipofisarias reciben el nombre de hormonas hipofisiotrópicas (tabla 9.2).
Hormona liberadora de tirotropina (TRH)
La TRH es un tripéptido (piroGlu-His-Pro-NH2) que fue caracterizado en el año 1977,
de forma simultánea por los grupos de Roger Guillemin y de Andrew Schally, que
recibieron el premio Nobel por este hecho. En humanos, el gen de la TRH se localiza
en el cromosoma 3, consta de 3 exones y codifica una proteína de 242 aminoácidos (la
prepro-TRH). Cada molécula de prepro-TRH contiene en su secuencia 6 moléculas de
TRH, junto con una serie de péptidos de conexión de función desconocida. Las
neuronas hipotalámicas productoras de TRH se localizan principalmente en el núcleo
paraventricular desde donde proyectan sus axones hacia la eminencia media. Los
principales efectos de la TRH en la adenohipófisis son ejercidos sobre las células
tirotropas en las que:
• estimula la síntesis de cadenas α
• estimula la síntesis de cadenas β-TSH
• estimula la glucosilación de cadenas α y de cadenas β-TSH
• estimula la liberación de TSH
Además, la TRH es también capaz de actuar sobre las células lactotropas,
estimulando la secreción de PRL. Sin embargo, parece poco probable que este efecto
tenga importancia en la regulación fisiológica de la secreción esta hormona. Hasta el
momento se han identificado dos receptores de TRH en la hipófisis (TRHR-1 y TRHR2), ambos acoplados a proteínas Gq.
Hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH)
Antiguamente, esta hormona se denominaba LH-RH, ya que se pensaba que su
función era estimular únicamente la síntesis y liberación de LH, y que debía de existir
una “FSH-RH” que haría lo propio sobre la síntesis y liberación de FSH. Sin embargo,
este posible factor estimulador de la liberación de FSH no ha podido ser identificado,
por lo que hoy en día se acepta que la GnRH es la responsable de la regulación de la
secreción de ambas gonadotropinas. En humanos, el gen de la GnRH hipotalámica
(denominado GnRH-I) se localiza en el cromosoma 8, consta de 4 exones y codifica
una proteína de 92 aminoácidos (la preproGnRH). Este precursor contiene en su
secuencia los 10 aminoácidos que constituyen la GnRH madura y un péptido de 56
aminoácidos denominado GAP (péptido asociado a GnRH) de función desconocida.
Las neuronas productoras de GnRH se encuentran dispersas por todo el
hipotálamo aunque son más abundantes en el núcleo arcuato y en el hipotálamo
anterior. La mayor parte de estas neuronas proyectan sobre la eminencia media,
donde liberan la GnRH que alcanza la adenohipófisis. Sin embargo, algunas neuronas
productoras de GnRH no proyectan sobre la eminencia media sino que extienden sus
axones a otras regiones hipotalámicas e incluso fuera del hipotálamo. Se cree que
estas neuronas participan en la regulación de cambios conductuales relacionados con
la conducta reproductiva.
La GnRH se une a receptores específicos pertenecientes a la familia de receptores
acoplados a proteínas Gq, que se localizan principalmente en las células
gonadotropas. En humanos existen dos receptores de GnRH, denominados GnRHR y
GnRHR2. Las principales acciones de la GnRH sobre la adenohipófisis son:
• estimula la síntesis de cadenas α
• estimula la síntesis de cadenas β de LH y FSH
• estimula la liberación de LH y FSH.
• regula la síntesis de sus receptores
Para que la GnRH pueda llevar a cabo estas acciones de forma adecuada es
necesario que sea liberada de forma pulsátil. La liberación pulsátil de GnRH depende
de la actividad intrínseca de las neuronas productoras de la hormona (generador
hipotalámico de pulsos). Los cambios en el patrón pulsátil (frecuencia y amplitud) del
generador serán uno de los factores que determinen la relación LH/FSH liberada por
la hipófisis.
Tabla 9.3. Factores hipofisiotrópicos hipotalámicos
Abreviatura
TRH (thyrotropinreleasing
hormone)
Nombre
Hormona
liberadora de
tirotropina
Localización
Principales acciones
Núcleo
paraventricular
Estimula la síntesis y liberación de
TSH
Estimula la síntesis y liberación de
PRL
GnRH
Hormona
Núcleo arcuato
(gonadotropinliberadora de FSH
releasing hormone) y LH
Estimula la síntesis y liberación de
FSH y LH
GHRH
Hormona
(growth hormone- liberadora de
releasing hormone) hormona de
crecimiento
Núcleo arcuato
Estimula la síntesis y liberación de
GH
SS (somatostatin); Somatostatina
SRIF (somatotropin
release-inhibiting
factor)
Hipotálamo anterior
Sistema
periventricular
Inhibe la liberación de GH
CRH (corticotropin- Hormona
releasing factor)
liberadora de
corticotropina
Núcleo
paraventricular
Estimula la síntesis de POMC y la
liberación de péptidos derivados.
DA (dopamine);
PIF (prolactininhibiting factor)
Dopamina; Factor Núcleo
inhibidor de
paraventricular
prolactina
ADH (antidiuretic
hormone);
AVP (arginine
vasopresine)
Hormona
antidiurética;
Arginina
vasopresina
Núcleo
paraventricular
Inhibe la liberación de PRL
Estimula la liberación de ACTH
Hormona liberadora de corticotropina (CRH)
La CRH es un péptido de 41 aminoácidos que fue caracterizado en el año 1981 por el
grupo de Willy Vale. En humanos, el gen de la CRH se localiza en el cromosoma 8,
contiene 2 exones y codifica un precursor de 196 aminoácidos. La CRH madura que
se origina por procesamiento proteolítico de, codificado por un gen que. Las neuronas
productoras de CRH se encuentran distribuidas por múltiples áreas del SNC, pero son
especialmente abundantes en el núcleo paraventricular del hipotálamo, desde donde
proyectan hasta la eminencia media. Aproximadamente la mitad de las neuronas
productoras de CRH sintetizan también ADH. Esta ADH es liberada conjuntamente
con la CRH en la eminencia media, potenciando su efectoLos principales efectos de la
CRH sobre la adenohipófisis son:
• estimula la transcripción del gen de la POMC
• aumenta la liberación de péptidos derivados de POMC
Hasta el momento se han identificado dos receptores de CRH denominados CRHR1 y CRH-R2. El CRH-R1 pertenece a la familia de receptores acoplados a proteínas
Gs y es la forma expresada mayoritariamente en la hipófisis.
Además de sus acciones sobre la hipófisis, la CRH actúa en múltiples áreas del
SNC regulando diversos aspectos de la reacción de respuesta al estrés. En este
sentido, la CRH sería (junto con las urocortinas, una familia de 3 péptidos con un
elevado grado de homología con la CRH) uno de los principales reguladores de dicha
respuesta. Así, la CRH tiene un importante efecto anorexigénico, aumenta la
ansiedad, la frecuencia cardiaca y la presión arterial y modula la actividad del sistema
inmune.
Hormona liberadora de hormona de crecimiento (GHRH)
La GHRH fue identificada en el año 1982, de forma simultánea e independiente por
los grupos de Jean Rivier y Roger Guillemin. En humanos, la GHRH está codificada
por un gen localizado en el cromosoma 20, que da origen a un precursor de 109
aminoácidos. El procesamiento proteolítico de este precursor dará lugar a las dos
principales formas moleculares de GHRH de 40 y 44 aminoácidos. Ambas variantes
de GHRH pueden encontrarse en el hipotálamo humano y presentan la misma
actividad biológica.
Las neuronas hipotalámicas productoras de GHRH se localizan principalmente en
el núcleo arcuato, desde donde proyectan sus axones a la eminencia media. Las
principales acciones de la GHRH hipotalámica son:
• estimula la síntesis de GH
• estimula la liberación de GH
• estimula la proliferación de las somatotropas.
Los receptores de GHRH pertenecen a la familia de receptores acoplados a
proteínas Gs.
Se ha descrito la existencia de síntesis de GHRH en diversos tejidos
extrahipotalámicos, aunque no se conocen otras acciones de esta hormona.
Recientemente se ha propuesto que la GHRH podría estar implicada en la regulación
del ritmo sueño vigilia y en el control de la ingesta, pero la importancia fisiológica de
estas acciones no se ha establecido.
Somatostatina (SS)
La SS también denominada SRIF (factor inhibidor de la liberación de somatotropina)
fue aislada en el año 1973 por el grupo de Paul Brazeau. La SS es un péptido
ampliamente distribuido por el organismo, siendo sus principales localizaciones el
SNC, el tracto gastrointestinal y el páncreas.
En humanos, el gen que codifica la somatostatina se localiza en el cromosoma 3,
consta de 2 exones y da origen a un precursor de 116 aminoácidos. El procesamiento
proteolítico de este precursor dará lugar a las dos formas maduras de la hormona, de
14 (SS-14) y 28 (SS-28) aminoácidos. Ambas formas moleculares tienen una actividad
biológica similar, aunque su distribución es diferente. La SS-14 es más abundante en
el cerebro (incluido en el hipotálamo), mientras que la SS-28 es más abundante en el
tracto gastrointestinal y páncreas.
Las neuronas somatostatinérgicas implicadas en el control de la secreción de GH
se localizan principalmente en los núcleos preóptico, periventricular y
paraventricular, desde donde proyectan sus axones hasta la eminencia media. La
principal acción de la SS sobre la hipófisis es inhibir la secreción de GH. Sin embargo,
la SS no inhibe la transcripción del gen de la GH, ni la proliferación de las
somatotropas, por lo que no antagoniza completamente los efectos de la GHRH.
Además, la SS es también capaz de inhibir la secreción de TSH, aunque las
concentraciones de SS necesarias para alcanzar este efecto son mucho mayores que
las necesarias para inhibir la secreción de GH. Se han identificado 6 receptores de SS
(SSTR1, SSTR2a, SSTR2b, SSTR3, SSTR4 y SSTR5). Todos ellos están acoplados a
proteínas G, aunque no todos al mismo tipo. Todos los SSTR se expresan en la
hipófisis, siendo los más importantes el SSTR2 y el SSTR5.
Dopamina (DA)
La DA es el principal factor hipotalámico responsable de la regulación de la secreción
de PRL. A diferencia de lo que ocurre con el resto de las hormonas adenohipofisarias,
la PRL se encuentra sometida a una inhibición tónica y, aunque existen diversos
factores hipotalámicos capaces de estimular su liberación, todavía no ha podido
demostrarse que exista un PRF o factor liberador de PRL con importancia fisiológica.
Las neuronas dopaminérgicas encargadas de la regulación de la secreción de PRL se
localizan principalmente en el núcleo arcuato del hipotálamo desde donde proyectan
sus axones a la eminencia media, constituyendo el denominado sistema
tuberoinfundibular. Existen, además, neuronas dopaminérgicas localizadas en los
núcleos arcuato y periventricular cuyos axones recorren el tallo hipofisario y llegan
hasta el lóbulo posterior. La DA liberada por estas neuronas alcanza el lóbulo anterior
por medio de los vasos portales cortos. La DA es también capaz de inhibir la secreción
de TSH, pero se trata de un efecto que carece de importancia fisiológica.
Los efectos de la DA dependen de la estimulación de receptores D2 localizados en
la membrana de las lactotropas y que se encuentran acoplados a proteínas Gi. La DA
inhibe tanto la transcripción del gen de la PRL como la liberación de PRL por las
lactotropas.
Hormona antidiurética (ADH)
Como ya señalamos anteriormente, los axones de las neuronas parvocelulares del
núcleo paraventricular no alcanzan el lóbulo posterior de la hipófisis, sino que
terminan en la eminencia media. Muchas de estas neuronas coexpresan CRH y ADH,
y ambas hormonas son liberadas conjuntamente a la circulación portal. La ADH
estimula la liberación de ACTH, actuando sinérgicamente con la CRH. La ADH es un
nonapéptido sintetizado a partir de un precursor que contiene en su secuencia otros
dos péptidos (la neurofisina II y el denominado glucopéptido N-terminal) que son
liberados junto con la ADH madura (figura 12). El gen de la ADH se localiza en el
cromosoma 20 y consta de 3 exones.
Se han descrito 3 receptores de ADH denominados V1, V2 y V3. Los receptores V1
se localizan fundamentalmente en la pared vascular y median las acciones
vasoconstrictoras de la ADH. Los receptores V2 están presentes en los túbulos renales
y son los responsables de sus acciones antidiuréticas. Finalmente, los receptores V3
(denominados también V1b) son los responsables de las acciones de la ADH sobre la
adenohipófisis. Todos ellos pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteínas
G. En el caso de los receptores V1 y V3 la proteína G asociada es Gq, mientras que en
el caso de los V2 es la Gs.
BIBLIOGRAFÍA
Goodman HM 2003 Basic Medical Endocrinology (3rd edition). Academic Press.
Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, Polonsky KS 2002 Williams Textbook of Endocrinology (10th
edition). Saunders.
Pombo M 2002 Tratado de Endocrinología Pediátrica (3ª edición) McGraw-Hill-Interamericana.
Porterfield SP 2001 Endocrine Physiology (2nd edition). Mosby.
Tresguerres JAF 2000 Tratado de Endocrinología Básica y Clínica. Editorial Síntesis.
Tresguerres JAF 2005 Fisiología Humana (3ª edición) McGraw-Hill-Interamericana.
CAPÍTULO 10
P R O L A C T IN A
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La prolactina (PRL) es una hormona producida por las células lactotropas
adenohipofisarias de 199 aminoácidos y masa molecular 23 kDa. Se genera a partir de
un producto de transducción primario de 227 aminoácidos, que contiene un péptido
señal de 28 aminoácidos. La molécula tiene tres puentes disulfuro intracatenarios Cys
4-12, 58-174 y 191-199. Hay gran heterogeneidad en el producto final de esta
proteína, ya que ocurren
variaciones postraduccionales que incluyen roturas,
polimerización, glicosilación, fosforilación y degradación. Así tenemos un enorme
número de formas moleculares cuyas propiedades biológicas no han sido aclaradas
(tabla 10.1).
El gen que codifica el receptor de PRL se localiza en el cromosoma 5, próximo al
locus del receptor de GH. Los receptores de PRL están ampliamente distribuidos por
todo el organismo. Existen dos formas, una forma corta de 291 aminoácidos y otra
larga de 592 aminoácidos, aunque los dominios extracelular y transmembrana son
idénticos y presentan la misma afinidad por la PRL. El dominio intracelular varía y por
tanto los efectos biológicos pueden ser diferentes. Este receptor dimeriza en el
momento de la unión con la hormona, lo que permite su activación. El complejo
hormona-receptor se internaliza y se puede encontrar en el aparato de Golgi y en las
vacuolas. En la transducción de señales desde el receptor hasta el interior de las
células están implicadas distintas vías de segundos mensajeros, entre ellas Stat, RasRaf y MAPK, que varían de un tejido a otro. En hígado se activa una kinasa C nuclear,
y en la secreción de la leche por la mama la fosfolipasa A2.
ACCIONES BIOLÓGICAS DE LA PROLACTINA
La PRL ejerce un enorme número de funciones. Se han contabilizado más de 100 en el
conjunto de tejidos y órganos, pero destacan sus efectos en la glándula mamaria,
ovarios, testículos y sobre el comportamiento reproductivo.
Tabla 10.1. Formas moleculares de PRL
Tipo molecular
Características
Por rotura y degradación
16K y 8K en hipófisis y plasma de humanos, ratas y
ratones. En rata se origina la forma 21K por
degradación de unos pocos aa durante el
almacenamiento
Por polimerización
El 80-90% de la PRL de la hipófisis es monomérica,
pero un pequeño porcentaje sufre polimerización: 820% es dimérica (Mm 45-50K) y 1-5% es polimérica.
Big-prolactin
Glicosiladas
Por unión de un carbohidrato a Asn 31 formando
un complejo de 25K. Ocurre en el 13-25% de la PRL
hipofisaria, y el 50-100% de la PRL circulante.
fosforiladas
La enzima Prolactina Kinasa fosforila la PRL aunque
en la actualidad se desconoce si existen variantes
moleculares de este tipo.
placentarias
En la placenta de ratas y ratones hay unas
proteínas similares PRL. PRL decidual. Es idéntica a
la PRL hipofisaria, pero con regulación distinta. La
concentración de PRL en el líquido amniótico es 10100 veces superior que en la circulación materna.
Tienen funciones de control hidroelectrolítico
amniótico.
hPRL
PRL humana puede unirse a la heparina. La de
rata, ovina y bovina (59) no lo hacen.
Glándula mamaria
Se ha implicado a la PRL en el crecimiento de la glándula mamaria (mamogénesis),
síntesis de leche (lactogénesis) y mantenimiento de la secreción de leche
(galactopoyesis).
La acción de la PRL sobre la mamogénesis es un hecho que está ampliamente
aceptado. En ratones knock-out (KO) para el gen del receptor de la PRL, se comprueba
un desarrollo anormal de la mama que carece de las unidades lóbulo-alveolares. En el
doble KO para PRL y su receptor, la producción de leche está gravemente alterada,
aunque no completamente abolida. La lactogénesis es muy dependiente de PRL, que
regula la síntesis de proteínas lácteas (caseína y lactoalbúmina), lactosa, glucosa y
lípidos. Además PRL regula estrechamente la producción local de factores de
crecimiento en la mama, como EGF, IGF-1 e IGF-BPs.
A pesar de ser tan importante la presencia de la PRL en la glándula mamaria, para
el completo funcionamiento de la glándula se necesita además otras hormonas:
estrógenos, progesterona, glucocorticoides, insulina, GH, hormonas tiroideas y
paratiroideas, oxitocina, calcitonina y multitud de factores de crecimiento, entre los
que destacan IGF-1 y EGF, producidos localmente.
Gónadas
En ovárico la PRL es tan importante para el mantenimiento estructural y funcional del
cuerpo lúteo y el de iniciar la secreción de progesterona, como para iniciar la
luteolisis. Estas acciones opuestas dependen de la especie y de los ciclos
reproductivos. En roedores la PRL actúa como una hormona luteotrópica después del
apareamiento y como hormona luteolítica en ausencia del estímulo de apareamiento.
La biosíntesis de progesterona es esencial para la implantación del óvulo,
mantenimiento de la gestación e inhibición de la ovulación. En ausencia de PRL el
esteroide dominante es 20-α-hidroxiprogesterona, cuya transformación en
progesterona es catalizada por la enzima 20-α hidroxiesteroide dehidrogenasa (20-α
. La PRL actúa por dos vías: potencia el efecto esteroidogénico de la LH en las
células de la granulosa y del cuerpo lúteo, y además inhibe la 20-α
,
incrementando los niveles de progesterona. En general, la PRL es esencial para la
biosíntesis de progesterona y la hipertrofia del cuerpo lúteo durante la gestación.
En rata la PRL también presenta un papel luteolítico, induciendo el programa de
muerte celular por apoptosis en el cuerpo lúteo. El efecto luteolítico parece ser
mediado por linfocitos CD3 que aumentan la expresión en la membrana del ligando
Fas. En la rata existen tres generaciones de cuerpos lúteos, y la PRL parece llevar a
cabo una labor de mantenimiento, degenerando los más viejos y manteniendo los
nuevos. La explicación de este efecto dual es desconocida en la actualidad.
En ratas machos interviene en el mantenimiento de la morfología celular del
testículo, aumento del número de receptores de LH, en la esteroidogénesis y la
androgénesis.
Por último es sabido desde antiguo que PRL tiene potentes efectos inhibidores del
eje gonadotropo, interfiriendo directamente en la regulación del eje hipotálamohipofisario. Una de las manifestaciones más visibles de los tumores hipofisarios
productores de PRL (prolactinomas), es el síndrome galactorrea-amenorrea, que cursa
con la supresión completa de los ciclos ováricos en la mujer e infertilidad en el
hombre. Esto depende de la falta de secreción de LH y FSH, inducida por el aumento
de los niveles de PRL que actúa de forma paracrina inhibiendo las células
gonadotropas adenohipofisarias.
Comportamiento reproductivo
La acción de la PRL sobre el comportamiento reproductivo no está bien definida. En el
núcleo ventromedial del hipotálamo, que interviene en el comportamiento sexual se
detectó la presencia del receptor de PRL (rPRLr). Sin embargo, cuando se estudió la
acción de la PRL sobre el comportamiento sexual se describieron resultados
contradictorios, así, en humanos y ratas altos niveles de PRL están asociados con
reacciones de pseudogestación. Por el contrario en ratas macho anula la respuesta
sexual.
Otras acciones
Sistema inmune
Hay abundantes datos sobre acciones puntuales de la PRL en diferentes tipos
celulares de este sistema. La PRL aumenta el peso del bazo y del timo, aumenta la
inmunidad celular e inhibe la apoptosis de linfocitos. Además potencia la acción de
este sistema incrementando los niveles de diferentes receptores como, IL-2, EPO, y el
suyo propio.
Osmorregulación
Una de las acciones más conocidas de la PRL es la regulación del transporte de
solutos a través de membranas celulares. Así ocurre, por ejemplo, en las células
epiteliales de la glándula mamaria, donde está implicada en el paso de K+,
aminoácidos y otros solutos. PRL juega un papel importante es en el transporte de
solutos en el amnios, donde es responsable del paso de agua. En el intestino delgado
la PRL estimula el paso de Na+, Cl- y Ca+2 a través de las células epiteliales
intestinales. Por último la PRL fue asociada como un factor patogénico en la fibrosis
quística, donde existe una correlación entre PRL en sangre y Cl- en el sudor y las
glándulas sudoríparas.
Angiogénesis
La acción de la PRL sobre la regulación de la angiogénesis la ha convertido en un
objeto de estudio como potencial arma terapéutica contra la progresión de tumores.
Mientras la PRL nativa, GH y lactógeno placentario tienen acciones angiogénicas, los
fragmentos PRL-16K y PRL-14K son potentes anti-angiogénicos.
REGULACIÓN ENDOCRINA DE LA SECRECIÓN DE PROLACTINA
La PRL es segregada episódicamente de forma pulsatilidad. Los pulsos aumentan en
las primeras horas del sueño, especialmente durante la pubertad, se reducen en el
sueño REM, y alcanzan mínimos niveles durante la vigilia. Los niveles de medios y
pulsatilidad de PRL aumentan mucho durante la gestación, por el efecto estimulante
que provocan los estrógenos. La regulación de la secreción de PRL, ocurre según el
esquema general de regulación de todas la hormonas hipo fizarías. Así, desde el
hipotálamo se liberan señales estimuladoras/inhibidoras de la secreción de PRL, que
es liberada al torrente sanguíneo de manera pulsátil desde la hipófisis. En términos
generales el hipotálamo ejerce un control negativo (inhibitorio) sobre la secreción de
PRL (figura 10.1).
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Figura 10.1. Regulación endocrina de la secreción de PRL
PRFs (Prolactin-Releasing Factors)
TRH (Thyrotropin Releasing Hormone)
La TRH deriva de una pre-pro-hormona de 255 aminoácidos que posee 5 copias del
péptido. A partir del pre-pro-TRH se genera TRH-Gly, precursor inmediato del TRH por
acción del enzima peptidil-glicina-α aminomonoxigenasa (PAM). Además, se ha
demostrado la presencia en la hipófisis de un péptido de 10 aa derivado del pre-proTRH llamado Ps4 (pre-pro-TRH 160-169), así como su receptor en las células folículo
estrelladas. Este Ps4 es capaz de potenciar el efecto del TRH sobre la secreción de
TSH.
El TRH estimula la secreción hipofisaria de TSH y también PRL. Hasta la fecha
este es el único factor que puede ser considerado como un verdadero PRF. Es
producido en el núcleo paraventricular (NPV) desde donde salen axones hacia la
eminencia media y una vez segregado llega hasta las células lactotropas en la
adenohipófisis por los vasos portales largos. Sin embargo, en la rata tras la
administración de un antisuero anti-TRH junto a extractos hipotalámicos la secreción
de PRL solo se atenúa débilmente, lo cual sugiere que no es el único PRF. El TRH
también interviene en la diferenciación de las células tirotropas, gonadotropas y
lactotropas.
La acción del TRH es modulada por factores autocrinos y paracrinos de la hipófisis
(figura 10.2), ya que para la activación completa inducida por TRH se necesita de la
fosforilación del receptor de EGF (EGF-R). Por otro lado, la sustancia P modula la
acción del TRH de modo paracrino, y disminuye la secreción de PRL ejercida por el
TRH. El TRH incrementa la secreción de PRL también de un modo indirecto,
estimulando la secreción de VIP en la neurohipófisis que a su vez estimula la
liberación de PRL.
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Figura 10.2. Regulación paracrina de la célula lactotropa
Péptido liberador de prolactina (PrRP)
Es un péptido aislado recientemente de extractos hipotalámicos bovinos, que ejerce
como ligando de un receptor huérfano acoplado a proteínas G, denominado hGR3 en
humanos y UHR en rata. El gen de PrRP, recientemente clonado ( 2Kb), tiene 2 exones
y 1 intrón, y su promotor contiene lugares de unión para Pit-1, AP-1 y Sp1. El péptido
PrRP deriva del pre-pro-PrRP (98 aa) y se presenta en dos isoformas de 31 aa (PrRP31) y 20 aa (PrRP-20), con similar actividad biológica.
El PrRP está ampliamente distribuido en cerebro, en los núcleos hipotalámicos
paraventricular (NPV), parte caudal del dorsomedial (NDM) y supraóptico (NSO), en el
núcleo amigdaloide basolateral y en diferentes núcleos talámicos, además de en la
neurohipófisis, adenohipófisis, médula adrenal y decidua. Estudios de hibridación in
situ ha permitido detectar abundante expresión del receptor de PrRP en el núcleo
talámico reticular, NPV y NDM, núcleo del tracto solitario, área postrema,
adenohipófisis, intestino y médula adrenal.
El PrRP estimula la secreción de PRL in vitro, tanto en cultivos primarios como en
líneas celulares y cultivos en perfusión; y también in vivo. Sus efectos presentan
dimorfismo sexual, y en la rata macho se necesitan dosis 10 veces mayores que en las
hembras. Sin embargo, algunos autores postulan que el PrRP no estimula la secreción
de PRL in vivo, ni en ratas hembra ni en machos. PrRP parece tener funciones
adicionales más importantes en el SNC. Se ha publicado la existencia de sinapsis
entre neuronas PrRP y neuronas de oxitocina en los núcleos hipotalámicos NPV y
NSO, que incrementan los niveles plasmáticos de oxitocina y vasopresina. Ambas
hormonas neurohipofisarias pueden intervenir en la regulación de prolactina en
determinadas situaciones (deshidratación, lactancia, etc.)
PrRP también estimula la secreción de LH y FSH. Lo que hace indirectamente
mediante la activación de neuronas LHRHérgicas del hipotálamo. PrRP parece
intervenir en la modulación de pico preovulatorio de LH y PRL: la inactivación de PrRP
por un antisuero atenúa los picos de PRL y LH, cuya amplitud se recupera por la
administración exógena de PrRP vía i.c.v.
Por otra parte PrRP interviene en las respuestas de estrés, pues neuronas PrRP
hacen sinapsis con neuronas CRH en el NPV, y así la administración i.c.v. de PrRP
incrementa los niveles plasmáticos de ACTH. Sus acciones sobre el eje corticoadrenal
podrían ser más amplias puesto que en feocromocitomas se detectan niveles muy altos
de PrRP, lo que sugiere un papel en el desarrollo de tumores adrenales.
Finalmente, PrRP interviene en el control de la ingesta de alimentos por el
hipotálamo, con efecto inhibitorio. Se ha descrito que las neuronas PrRP
hipotalámicas podrían modular la acción de la leptina o activar señales de saciedad
mediadas por colecistoquinina en el hipotálamo.
Oxitocina
La oxitocina es sintetizada en los núcleos NPV y NSO del hipotálamo y segregada en la
neurohipófisis. Es sabido que la oxitocina es capaz de estimular la liberación de PRL,
pero con una potencia menor que el TRH. Aunque no hay pruebas de que ejerza un
papel como PRF, y de hecho solo adquiere relevancia como hipotético PRF en el final
de la gestación. En contraposición otros autores postulan que la administración de
oxitocina activa las neuronas TIDA, inhibiendo la secreción de dopamina.
Familia secretinas/VIP
Varios miembros de esta familia, como el péptido intestinal vasoactivo (VIP), péptido
histidina-isoleucina (PHI), polipéptido activador de la adenilato ciclasa hipofisaria
(PACAP), tienen propiedades estimulantes de PRL.
El VIP identificado inicialmente en el intestino delgado, y más tarde en el
hipotálamo y en la adenohipófisis es capaz de estimular la secreción de PRL in vivo e
in vitro, directamente a través de receptores de membrana localizados en la célula
lactotropa. Se le ha descrito como regulador paracrino de la secreción de PRL y se
postuló que las acciones del TRH, IGF-I y parcialmente de la dopamina sobre la
secreción de PRL, son mediadas por VIP. El PHI se co-segrega con el VIP, ya que
parten de un precursor común, y al igual que este estimula la secreción de PRL in vivo
e in vitro, pero su contribución como PRF parece discreta.
Por último, el PACAP es un péptido hipotalámico similar al VIP que presenta dos
isoformas, PACAP-27 y PACAP-38. PACAP-38 tiene propiedades reguladoras de la
secreción hipofisaria, y estimula la secreción de GH, PRL, ACTH y LH.
Angiotensina II
La angiotensina II es un octapéptido que forma parte del sistema renina-angiotensina,
producido en cerebro, hipófisis, corazón, endotelio vascular, ovario y glándula adrenal.
Numerosos datos apoyan que la angiotensina II contribuye a la regulación de la
secreción de PRL, tanto a nivel hipotalámico como a nivel hipofisario. Parece ser un
buen candidato como PRF, ya que es más específico que el TRH, ya que no tiene
ninguna otra acción sobre hormonas hipofisarias, é in vitro es más potente. La AII es
producida por neuronas hipotalámicas y por las gonadotropas de la hipófisis. AII
podría regular la secreción de PRL de dos modos: directo, sobre los receptores
localizados en la célula lactotropa, y de modo indirecto, aumentan la secreción de
LHRH hipotalámica. Sin embargo, a nivel hipotalámico la AII también facilita la
liberación de dopamina, inhibiendo la secreción de PRL.
PIFs (Prolactin-Inhibiting Factors)
Dopamina
La dopamina es un neurotransmisor catecolaminérgico, producido en todo el SNC. Es
el principal regulador de la secreción de PRL, con efecto inhibitorio. En el hipotálamo
hay tres poblaciones de neuronas dopaminérgicas. La vía más importante la forman
las neuronas dopaminérgicas tuberoinfundibulares (TIDA), que provienen del núcleo
arcuato y proyectan a la zona externa de la eminencia media. Su secreción llega a la
adenohipófisis por los vasos portales largos. En segundo lugar, las neuronas
dopaminérgicas tuberohipofisarias (THDA), que provienen del núcleo arcuato rostral,
proyectan la neurohipófisis y lóbulo intermedio, y sus secreciones llegan a la
adenohipófisis por los vasos portales cortos. Por último, tenemos las neuronas
dopaminérgicas paraventriculares hipofisarias (PHDA), que provienen del núcleo NPV
y proyectan al lóbulo intermedio. De estas tres vías, la más importante y por tanto
encargada de la regulación dopaminérgica principal de la célula lactotropa, es la de las
neuronas TIDA.
Estas tres vías se regulan de forma diferente. Así, las neuronas TIDA presentan un
dimorfismo sexual muy claro. En las ratas hembra tienen una actividad mucho mayor
que en los machos, posiblemente debido a la acción de esteroides ováricos y opioides
endógenos. Por el contrario, la actividad de las neuronas THDA y PHDA se regulan
independientemente de los esteroides gonadales, sin presentar diferencias de actividad
entre machos y hembras. Las neuronas TIDA y THDA, pero no las PHDA, regulan la
secreción de PRL inducida por el estímulo de succión del lactante sobre la glándula
mamaria. Las neuronas PHDA son las encargadas de la inhibición de la secreción de
PRL inducida por la deshidratación.
Aunque la dopamina es el principal factor inhibidor de la secreción de PRL, el
bloqueó de la síntesis de dopamina por inhibición del enzima tirosina hidroxilasa
(enzima limitante en la síntesis de dopamina) indica que la dopamina es la
responsable de las 2/3 partes de la acción inhibitoria sobre PRL ejercida por el
hipotálamo, y sus efectos son completados por el GABA y la somatostatina.
La acción inhibitoria de la DA se realiza a través de los receptores D2 de la
membrana de las células lactotropas, cuya activación inhibe adenilato ciclasa y el
metabolismo de inositoles fosfato. El receptor D2 modifica, además, cinco tipos de
canales iónicos que activan corrientes de potasio é inducen la hiperpolarización de la
célula. En ratones knock out para el receptor D2, la falta crónica del tono inhibitorio
dopaminérgico indujo el desarrollo de neoplasia de células lactotropas (Asa S.L. y
colbs. 1999), lo que permitió demostrar la importancia de este sistema.
Sin embargo los efectos de DA sobre la secreción de PRL son complejos, ya que
dosis bajas de DA (10-10–10-12 M) pueden estimular la secreción de PRL; mientras que
concentraciones altas (10-7M) inducen una rápida inhibición. La activación de la
secreción de PRL por dopamina parece involucrar al receptor D1, funcionalmente
acoplado a proteínas Gs que provocan la apertura de canales de calcio dependientes de
voltaje, lo que aumenta el calcio intracelular y facilitan la exocitosis de PRL.
GABA
El GABA es responsable de la actividad PIF no dopaminérgica, detectada en el
hipotálamo. La principal función fisiológica de las neuronas GABAérgicas, es la
regulación negativa de la secreción de PRL, que se ejerce en situaciones específicas
para prevenir la liberación exagerada de PRL, como por ejemplo en la lactancia. En
cultivos en perfusión, el GABA inhibe de modo dosis-dependiente la secreción de PRL,
pero en cultivos primarios estáticos, el GABA y sus agonistas tienen una actividad
muy baja.
GAP (GnRH associated peptide)
El GAP es un péptido que proviene del precursor del GnRH y co-localiza en las
neuronas hipotalámicas, junto a GnRH con el se co-segrega. El GAP inhibe la
secreción de PRL, y se postula como un posible PIF. La principal función del GAP es la
de actuar como un mediador entre los ejes gonadotropo y lactotropo. Cuando se
incrementa la producción de GnRH para estimular la secreción de LH y FSH, aumenta
en paralelo la producción de GAP, inhibiendo la secreción de PRL. PRL inhibe de
manera muy potente la secreción de gonadotropinas, especialmente LH. Por lo que el
sistema endocrino se asegura por este medio que el estimulo para la secreción de
gonadotropinas cuando es necesaria no se ve frenado por unos niveles de PRL
elevados.
Estrógenos
Los estrógenos son uno de los factores ováricos implicados en la regulación de la
secreción de PRL. Actúan sobre la hipófisis de un modo directo, sobre la célula
lactotropa controlando la expresión del gen de PRL o modificando la sensibilidad
hipofisaria a factores estimuladores e inhibidores, pero también indirectamente
regulando la actividad de neuronas hipotalámicas implicadas en el control de la
secreción de PRL.
En la hipófisis, los estrógenos actúan a través de los receptores de estrógenos (ER)
y de los receptores truncados denominados TERPs. De estos receptores existen varias
isoformas, dos para los ER: ER-α y ER-β y otros dos para los TERPs: TERP-1 y TERP-
2. La expresión de estos receptores es variable en la hipófisis. Ambos receptores se coexpresan sólo en el 6-10% de las células adenohipofisarias.
Los estrógenos son fundamentales para mantener la trascripción del gen de PRL,
cuyo promotor posee dos lugares específicos de unión de estrógenos (ERE). Además se
han implicado en la diferenciación de las células lactotropas y en el desarrollo de
tumores hipofisarios. La hipófisis es una glándula muy sensible a estrógenos y los
niveles altos y crónicos inducen la proliferación de lactotropas, con la consiguiente
hiperplasia y progresión a adenoma. Está ampliamente descrito que la administración
exógena de estrógenos induce prolactinomas, estimulando la proliferación de las
células lactotropas, e inhibiendo el sistema dopaminérgico. En estudios realizados en
tumores hipofisarios humanos, se observan niveles muy elevados de ER en adenomas
de lactotropas y gonadotropas, mientras que en adenomas de somatotropas,
corticotropas y tirotropas hay niveles normales. La formación de tumores hipofisarios
estrógeno-dependientes depende de la activación de un nuevo oncogen, el pttg
(Pituitary Tumor Transforming Gene, Shimon I, et al. 1996). Los estrógenos estimulan
la producción local de FGF-2, que a su vez induce la expresión de pttg. Por otro lado,
los estrógenos activan la producción de IGF-I y TGF-α que contribuyen al desarrollo
del prolactinoma y a unos elevados niveles de PRL en plasma.
Hormonas tiroideas
Las hormonas tiroideas son reguladores de la secreción hipofisarias de PRL, efecto que
realizan por dos vías: directamente modulando la secreción de TRH; y a nivel génico
son imprescindibles para la activación del gen de PRL y GH.
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CAPÍTULO 11
E J E H IP O T Á L A M O -H IP Ó F IS O -T E S T IC U L A R
(
)
En los animales dotados de reproducción sexual, la transmisión genética requiere la
fusión previa de la información complementaria de dos gametos diferentes. Ello
requiere la diferenciación previa de los órganos reproductores de ambos sexos y ésta,
a su vez, se produce sí y solo sí se establece un ambiente hormonal adecuado desde el
momento mismo de la concepción de ambos progenitores. El eje hipotálamo-hipófisogonadal (HHG) es el responsable, tanto en el macho como en la hembra, del control
final de todos los aspectos del proceso reproductor. Ejercerá para ello dos funciones
primordiales: esteroidogénesis (síntesis de las hormonas esteroideas responsables de
la diferenciación y la maduración sexuales) y gametogénesis (generación de los
gametos correspondientes a cada uno de los sexos). La organización funcional de este
eje es similar en ambos sexos (figuras 11.1 y 11.2), aunque existen, como veremos,
algunos aspectos que difieren de forma importante.
El control primario del eje es ejercido por un decapéptido, el factor liberador de
gonadotropinas (GnRH), producido por un grupo específico de neuronas
hipotalámicas, localizadas principalmente a nivel del núcleo arcuato, y liberado a la
circulación portal hipotálamo-hipofisaria. Su vida media es breve (<10 minutos) y,
tras llegar a la hipófisis anterior, estimula la síntesis y liberación de dos hormonas
glicoproteicas, las gonadotropinas: FSH (hormona folículo-estimulante) y LH (hormona
luteinizante). Ambas son sintetizadas por una misma población celular, las células
gonadotropas, que representan en torno a un 5-10% del total de células presentes en
la adenohipófisis. La FSH y la LH son liberadas a la circulación general y actúan
sobre las gónadas (ovario y testículo) ejerciendo a este nivel el control tanto de la
esteroidogénesis como de la gametogénesis.
Es importante tener en consideración que la señal hormonal generada a nivel
hipotalámico está codificada en frecuencia: las neuronas liberadoras de GnRH
presentan un patrón de pulsatilidad intrínseco. La acción del hipotálamo sobre las
células gonadotropas no depende de cambios en la amplitud de la secreción de GnRH,
sino de cambios en la frecuencia de pulsatilidad. Esta secreción pulsátil de GnRH (y
en consecuencia también de LH y FSH) es crucial para el establecimiento y el
mantenimiento de la función reproductora en el adulto: los pulsos de GnRH
incrementan la expresión e inducen la secreción de LH y FSH. Ello ha sido
demostrado en monos castrados con lesiones hipotalámicas (es decir, con deficiencia
de GnRH). En este modelo, solo la administración pulsátil de GnRH es capaz de
mantener los niveles de GnRH-R en las células gonadotropas (self-priming) y la
secreción de LH, mientras que la administración continua resulta en una supresión
de la secreción de gonadotropinas. Esta acción dual del GnRH tiene aplicaciones
clínicas importantes, ya que patrones de administración diferentes han mostrado
utilidad
clínica
como
inductores
de
ovulación/espermatogénesis,
como
anticonceptivos, en el tratamiento de la pubertad precoz o la endometriosis, o como
supresores de la producción de gonadotropinas en el tratamiento de tumores de
mama o próstata hormonodependientes. Las variaciones en la frecuencia de descarga
hipotalámica de GnRH no solo incrementan o disminuyen los niveles de
gonadotropinas, sino que permiten que el gonadostato hipotalámico controle por
separado la secreción de cada una de las gonadotropinas. Así, la administración de
pulsos rápidos (1.0/hora) resulta en una secreción predominante de LH. Los pulsos
lentos (0.2/hora) inducen, por el contrario, una secreción relativamente mayor de
FSH.
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Figura 11.1. Representación esquemática de la regulación del eje hipotálamo-hipófiso-testicular
La actividad del generador de pulsos de GnRH está modulada principalmente por
vías noradrenérgicas, que se originan a nivel del mesencéfalo y del tronco cerebral y
potencian la secreción pulsátil de GnRH, así como por vías β-endorfinérgicas, cuya
acción sobre la misma es inhibitoria (figuras 11.1 y 11.2). Sin embargo, muchos
neurotransmisores y neuropéptidos diferentes han mostrado también capacidad para
modular el patrón de secreción de GnRH (dopamina, NPY, galanina, etc). La secreción
pulsátil de GnRH está ausente durante la infancia (el generador de pulsos se
encuentra en estado “latente”), es básicamente nocturna al inicio de la pubertad, y
pasa a ser continua una vez que se produce la maduración puberal. Se conocen solo
de forma parcial los mecanismos hormonales que desinhiben el generador de pulsos
hipotalámico para la puesta en marcha de la pubertad.
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Figura 11.2. Representación esquemática de la regulación del eje hipotálamo-hipófiso-testicular
El GnRH actúa sobre un receptor (GnRH-R) de 327 aa, con siete dominios de
transmembrana al igual que otros receptores acoplados a proteínas G (ver capítulo 3).
El extremo carboxiloterminal intracitosólico es llamativamente corto (solo 2 aa). La
forma funcional es un homodímero de 60 kDa cuya internalización no es necesaria
para la acción. La unión del ligando activa la señalización a través de la ruta de
inositol trifosfato (IP3)-Ca2+/DAG-PKC (diacilglicerol-proteína-quinasa C), aunque se
activan también las rutas de PLA2-AA (fosfolipasa A2-ácido araquidónico) y de
adenilato ciclasa-cAMP. El resultado final es un aumento de la síntesis y secreción de
gonadotropinas hipófisarias.
Las gonadotropinas hipofisarias, FSH y LH, son hormonas glicoproteicas
heterodiméricas que comparten la subunidad α (89 aa, 14 kDa, 2 oligosacáridos),
siendo la subunidad β la que confiere especificidad de acción (β-FSH, con 116 aa, 33
kDa y 2 oligosacáridos; β-LH, con 121 aa, 28 kDa y 1 oligosacárido). Ambas hormonas
son producidas por las células gonadotropas, una población celular más o menos
dispersa en la hipófisis anterior y que representa en torno a un 10% del total de
células adenohipofisarias; se identifican con facilidad mediante inmunohistoquímica
con anticuerpos anti-subunidad β de FSH y/o LH.
Ambas gonadotropinas actúan a través de receptores acoplados a proteínas G,
cuyo segundo mensajero es el cAMP. Estos receptores se localizan fundamentalmente
a nivel gonadal. En el ovario, los receptores de FSH se expresan solo en las células de
la granulosa. Los receptores de LH se expresan en las células de la teca (siempre), en
las células de la granulosa (tras su diferenciación) y en el cuerpo lúteo. En el
testículo, los receptores de FSH se expresan en las células de Sertoli, mientras que los
de LH están presentes en las células de Leydig.
EJE HIPOTÁLAMO-HIPÓFISO-TESTICULAR (HHT)
La puesta en marcha y el mantenimiento subsiguiente de la función testicular
depende de la adecuada secreción pulsátil de GnRH por parte del gonadostato
hipotalámico, que a su vez determina la liberación pulsátil de las gonadotropinas
hipofisarias, FSH y LH, hacia el torrente sanguíneo desde donde alcanzan el testículo.
A este nivel, la acción combinada de las gonadotropinas pone en marcha dos
funciones básicas: producción de espermatozoides (espermatogénesis) y síntesis de
andrógenos (androgénesis). Ambos procesos, además de estar regulados
hormonalmente por el eje HHT, dependen también de una compleja serie de
interacciones locales de tipo autocrino y paracrino entre las células germinales y las
células de Sertoli, así como entre las células de Leydig y las células peritubulares.
Espermatogénesis
La espermatogénesis representa el proceso mediante en cual las células de la línea
germinal (espermatogonias, espermatocitos, espermátides, etc.) experimentan un
complejo proceso de proliferación y maduración que culmina en la producción de
espermatozoides funcionales. Este proceso tiene lugar en el epitelio seminífero, una
compleja estructura poliestratificada integrada por 4-8 capas de células germinales y
por células de Sertoli que se extienden de manera radial entre la membrana basal del
túbulo seminífero y la luz tubular. La membrana de las células de Sertoli presenta
complejas evaginaciones e invaginaciones que rodean a las células de la línea
germinal. Los procesos de maduración-diferenciación se inician en la porción más
periférica del túbulo seminífero y culminan en la luz tubular. Este epitelio se
mantiene en un estado de proliferación constante durante toda la vida adulta. El
proceso de espermatogénesis tiene en nuestra especie una duración de 74±5 días y
puede ser dividido en tres fases: proliferación y diferenciación de las espermatogonias,
meiosis y espermiogénesis (metamorfosis de las espermátidas a espermatozoides
maduros).
Las espermatogonias representan una población que se divide mitóticamente,
dando lugar a una renovación continua del epitelio germinal, y generando cohortes de
espermatogonias (espermatogonias tipo B) que entrarán en el proceso de maduración
meiótica (espermatocitos primarios). Las espermatogonias no se separan de forma
completa tras la división celular, permaneciendo unidas entre sí por puentes
citoplasmáticos intercelulares que persistirán durante todas las fases de la
espermatogénesis y que probablemente sirvan para facilitar interacciones bioquímicas
que permitan la maduración sincrónica de las células de la línea germinal.
La maduración meiótica, desde el estadío de preleptoteno hasta la formación de
espermátides redondas, requiere unos 24 días en nuestra especie. Se han identificado
varias moléculas clave para la meiosis, como SCP1 (synaptinemal complex protein 1),
COR1 (chromosomal core protein 1) y HSP 70-2 (heat shock protein 70-2).
La espermiogénesis es la compleja secuencia de procesos que suponen la
transformación de espermátides redondas en espermatozoides. No se producen
divisiones celulares, pero una célula redondeada “convencional” se transforma en una
célula móvil y altamente especializada, el espermatozoide, mediante un proceso muy
organizado que comienza con la formación del acrosoma, seguida de cambios
nucleares, desarrollo del flagelo, reorganización del citoplasma y de los orgánulos
celulares y liberación desde su “alojamiento” en la célula de Sertoli (espermiación).
El establecimiento de uniones estrechas entre las membranas basolaterales de
células de Sertoli adyacentes determina la aparición de una barrera hemato-testicular
que da lugar a dos compartimentos diferenciados en el túbulo seminífero: un
compartimento basal, en el que se encuentran las porciones basales de las células de
Sertoli y las espermatogonias, y un compartimento yuxtaluminal, aislado del medio
extratubular, en el que estarían las porciones centrales de las células de Sertoli y el
resto de los tipos celulares. Así, las células de Sertoli controlan el microambiente en el
que se desarrollan las células de la línea germinal, con la excepción de las
espermatogonias, modulando el paso de sustancias hacia el compartimento
yuxtaluminal. Las células de Sertoli, activadas por la FSH, aportan a este
compartimento lactato (el principal sustrato glucolítico a este nivel), numerosas
proteínas clave para la espermatogénesis (como transferrina, ceruloplasmina,
citocinas, stem cell factor), vitamina A y ABP (androgen bindign protein, indispensable
para el mantenimiento de los elevados niveles intratubulares de testosterona
necesarios para la espermatogénesis).
La regulación hormonal de la espermatogénesis depende en gran medida de la
célula de Sertoli. Las células de la línea germinal no presentan receptores para
testosterona o FSH. Estos receptores sí están presentes en las células de Sertoli, que
deben en consecuencia actuar como transductoras de estas señales hormonales hacia
las células germinales, aunque los mecanismos implicados todavía no han sido
esclarecidos. En cualquier caso, la testosterona es esencial para la espermatogénesis
en todas las especies estudiadas. Los niveles intratesticulares de esta hormona son
extraordinariamente elevados, unas 100 veces más altos que los niveles en la
circulación periférica en humanos, primates no humanos y roedores.
Androgénesis
La LH regula el crecimiento y la diferenciación de las células de Leydig, que se
localizan en las regiones intertubulares del testículo, adyacentes a los vasos
sanguíneos y a los túbulos seminíferos. Este tipo celular es el responsable de la
producción de testosterona, esencial para la diferenciación sexual, el desarrollo y
mantenimiento de los caracteres sexuales secundarios, y el mantemimiento de la
espermatogénesis. Las células de Leydig sintetizan colesterol a partir de acetato,
pudiendo también captar este sustrato esteroidogénico a partir de las lipoproteínas
presentes en la circulación. La acción de la LH sobre las células de Leydig incrementa
la tasa de conversión de colesterol a pregnenolona, la síntesis y secreción de
testosterona y la producción de pequeñas cantidades de 17βE2. Aunque la
testosterona es el principal andrógeno segregado por el testículo maduro, puede en
cierto modo ser considerada como una prohormona, ya que es convertida a otros
esteroides en tejidos extratesticulares, retornando posteriormente a la circulación.
Así, en la piel y en el tracto genital, la testosterona es transformada en
dihidrotestosterona, un andrógeno más potente que la propia testosterona. Parte de la
testosterona es también aromatizada a estradiol, fundamentalmente en cerebro,
mama y tejido adiposo. La testosterona favorece el crecimiento, la diferenciación y la
funcionalidad del aparato genital y la aparición de los caracteres sexuales
secundarios. Los efectos sobre el tracto genital comienzan ya durante el periodo de
vida fetal (en el que su presencia o ausencia determina la diferenciación sexual), y no
se completan hasta que se alcanza la madurez sexual. La testosterona resulta
necesaria durante toda la vida adulta del hombre para el mantenimiento de una
función reproductora normal.
Regulación del eje HHT
El mantenimiento de la función testicular normal depende pues de la secreción
hipotalámica pulsátil de GnRH, que a su vez activa la secreción (también pulsátil) de
LH y FSH (figura 11.1). Ambas gonadotropinas actúan sobre el testículo iniciando la
espermatogénesis (FSH) y la producción de testosterona (LH). A su vez, el testículo
ejerce una retroalimentación negativa sobre la producción de FSH y LH. Este lazo de
regulación negativa tiene como diana principal el hipotálamo, aunque se ha descrito
también una acción directa a nivel hipofisario. La realimentación negativa por
testosterona no se ejerce directamente sobre las neuronas productoras de GnRH sino
sobre otros grupos neuronales sensibles a hormonas esteroideas y que a su vez
proyectan sobre las neuronas del generador de pulsos de GnRH
La secreción de FSH en el varón es inhibida tanto por testosterona como por
estradiol, y durante mucho tiempo se consideró que los esteroides gonadales
explicarían por sí solos este lazo de realimentación negativo. Sin embargo, existe
además un regulador negativo específico de la secreción de FSH producido a nivel
testicular y de naturaleza no esteroidea. Aunque la existencia de esta “inhibina” ha
sido propuesta ya hace casi 75 años, para caer luego prácticamente en el olvido, en
las últimas dos décadas se han acumulado pruebas que confirman la existencia de
una hormona glicoproteica producida en el testículo (y también en el ovario) que se
encarga de la realimentación negativa de la secreción de FSH actuando a nivel
hipofisario. La inhibina es un homodímero (cadena α y cadena β) presente en dos
formas moleculares distintas que comparten la cadena a y presentan diferentes
cadenas β: la inhibina A (α+βA), y la inhibina B (α+βB). Ambas inhiben de forma
específica la secreción de FSH por células hipofisarias en cultivo. Por el contrario, los
tres posibles dímeros de cadenas b potencian la secreción de FSH por células
hipofisarias en cultivo, denominándose en consecuencia activinas (activina A, βAβA;
activina B, βBβB; activina AB, βAβB). Existe un péptido regulador más, la folistatina, no
relacionado estructuralmente con inhibinas/activinas, con capacidad también
específica para inhibir la secreción de FSH, lo que realiza mediante su capacidad para
unirse a la activina y bloquear su acción. El papel de inhibinas, activinas y folistatina
es complejo ya que, además de ser producidas por el efector final, la gónada, son
también producidas a nivel local en la hipófisis, donde parecen realizar acciones de
tipo paracrino, modulables además por GnRH, por estradiol y por testosterona. En
cualquier caso, la existencia de las inhibinas ha permitido explicar el marcado
aumento de los niveles de FSH que se produce asociado a situaciones clínicas que
cursan con disrupción de la espermatogénesis, como ocurre en la oligo-azoospermia y
en el síndrome de Klinefelter. Esto sugiere que las acciones de la inhibina se ejercen
mediante secreción a nivel gonadal, seguida de transporte a través de la circulación
periférica, en tanto que las acciones de activinas y folistatinas parecen depender más
de interacciones de tipo paracrino a nivel hipofisario.
BIBLIOGRAFÍA
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Tresguerres JAF 1989 Fisiología Endocrina. EUDEMA.
CAPÍTULO 12
E J E H IP O T Á L A M O -H IP Ó F IS O -O V Á R IC O
(
)
El funcionamiento de este eje es similar, en cuanto a diseño y organización general, al
del eje hipotálamo-hipófiso testicular (véase capítulo 11), aunque con algunas
particularidades que lo hacen más complejo, y que vienen dictadas por el carácter
cíclico de su funcionamiento, en contraste con el funcionamiento continuo del eje
hipotálamo-hipófiso testicular. En nuestra especie, en condiciones normales, los
ovarios producen un único folículo dominante y por consiguiente una única ovulación
en cada ciclo menstrual. El folículo dominante es el responsable de la producción de
estradiol durante la fase folicular del ciclo. Tras la ovulación, el folículo dominante da
lugar al cuerpo lúteo, que segrega grandes cantidades de progesterona durante la fase
luteínica del ciclo menstrual. El estradiol y la progesterona actúan sobre el útero
preparándolo para la implantación del embrión. La existencia de esta actividad cíclica
viene determinada por la aparición, cuando las circunstancias hormonales son
adecuadas, de un cambio en los mecanismos de realimentación que se establecen
entre los esteroides gonadales y las gonadotropinas hipofisarias. Mientras que en el
macho esta realimentación siempre es de carácter negativo (los esteroides gonadales
frenan la secreción de LH y FSH), en la hembra esta realimentación negativa revierte
inmediatamente antes de la ovulación, estableciéndose temporalmente un lazo de
realimentación positiva en el que los estrógenos potencian la secreción de LH,
precipitando la ovulación. Además, el hecho de que la reproducción supone en los
mamíferos un coste metabólico muy importante para la hembra pero no para el
macho, determina la existencia de un nivel adicional de regulación, que condiciona la
funcionalidad del eje HHO a la existencia de unas reservas energéticas mínimas en la
hembra.
FOLICULOGÉNESIS
La foliculogénesis se inicia con el reclutamiento de un folículo primordial “durmiente”
al pool de folículos en crecimiento y finaliza, bien con la ovulación, o bien con la
desaparición del folículo por atresia. En nuestra especie, la foliculogénesis es un
proceso largo, transcurriendo entre el reclutamiento y la ovulación aproximadamente
un año. Los folículos primordiales van a sufrir una compleja serie de fenómenos de
proliferación y diferenciación que los transformarán en folículos preantrales. Del pool
de folículos preantrales, en cada ciclo menstrual uno de ellos va a completar su
maduración (selección y crecimiento del folículo de De Graaf); el resto, acabarán
sufriendo un proceso de atresia folicular. La maduración folicular puede dividirse en
dos fases: durante la fase preantral (independiente de gonadotropinas) el folículo
sufrirá un proceso de crecimiento y diferenciación, sometido a una regulación de tipo
autocrino/paracrino por factores de crecimiento locales. Durante la fase antral
(dependiente de gonadotropinas) se produce un enorme crecimiento del tamaño
folicular (que llega a alcanzar los 25 mm); esta fase está regulada fundamentalmente
por FSH y LH, aunque diferentes factores de crecimiento producidos localmente
participan en la regulación positiva o negativa de la foliculogénesis, la ovulación y la
luteogénesis a través de mecanismos aún no bien caracterizados.
La foliculogénesis tiene lugar en la corteza ovárica, pudiéndose distinguir cuatro
estadíos de desarrollo diferentes: reclutamiento del folículo primordial, desarrollo del
folículo preantral, selección y crecimiento del folículo de De Graaf y atresia folicular.
El folículo primordial contiene un oocito primario (25 µm), en estado de arresto
meiótico, rodeado por una capa única de células de la granulosa aplanadas. La
lámina basal que rodea a las células de la granulosa aísla al folículo del resto del
tejido ovárico, sin acceso directo al sistema vascular y, en consecuencia, al sistema
endocrino. El reclutamiento de los folículos primordiales comienza ya durante la vida
intrauterina y no cesa hasta que se agota la reserva ovárica. Este proceso sigue un
patrón de tipo biexponencial: la velocidad se duplica cuando la reserva ovárica ha
caído hasta un valor crítico próximo a los 25.000 folículos primordiales (lo que ocurre
hacia los 37,5 años y se asocia con una caída acusada de la fertilidad). Los factores
implicados en el reclutamiento folicular en nuestra especie se conocen relativamente
mal, aunque se han identificado factores de tipo activador (ligando de kit derivado de
la granulosa, proteína osteomorfogénica 7 derivada de la teca, niveles elevados de
FSH) y factores de tipo inhibidor (factor inhibidor mülleriano).
Durante la fase de folículo primario las células de la granulosa adoptan una
morfología cuboidea y adquieren potencial mitótico. Comienzan a expresarse
receptores para FSH en las células de la granulosa, lo que se atribuye a una acción
autocrina/paracrina de la activina producida por la propia granulosa; el oocito
experimenta un gran aumento de tamaño (supera las 100 µm) que parece mediado, al
menos en parte, por el ligando de kit derivado de la granulosa, y un proceso de
reactivación genómica. Se expresan nuevas proteínas, como ZP1/ZP2/ZP3 (forman
zona pelúcida), GDF-9 (growth differentiation factor-9, que estimula proliferación a
nivel de granulosa, teca y folículos preantrales) y BMP-15 (bone morphogenic protein15). Aparecen uniones gap entre el oocito y la granulosa (un paso crucial: el
crecimiento del oocito/folículo se detiene en los knockout de conexina 37), que
permitirán el paso de nutrientes y sustancias reguladoras hacia el oocito (cAMP, Ca2+,
etc.). El oocito retoma su potencial mitótico, aunque éste estará reprimido por el
cAMP producido por las células de la granulosa.
Durante la fase de folículo secundario se produce la estratificación de las células
de la granulosa (GDF-9, BMP-15) y la diferenciación de células del estroma ovárico
que rodean al folículo, con aparición de las dos capas de la teca, interna y externa. La
teca se vasculariza (angiogénesis), lo que permite ahora el acceso de las
gonadotropinas al folículo en crecimiento.
El folículo de De Graaf, o folículo antral, se caracteriza por la aparición de una
cavidad (antro folicular). El líquido folicular que lo rellena es un exudado plasmático,
modificado por la presencia de productos de secreción aportados por el oocito y por
las células de la granulosa. Es el medio en el que residen el folículo y las células de la
granulosa, y a través del cual las moléculas reguladoras tienen que pasar a uno y otro
lado de este microambiente. La aparición de esta cavitación a nivel de uno de los
polos del folículo requiere del concurso de dos proteínas expresadas por el propio
folículo: el ligando de kit derivado de la granulosa y la conexina 37 del oocito. La
ausencia de cualquiera de estas dos proteínas bloquea el desarrollo de folículos
antrales con la consiguiente infertilidad. Los folículos antrales se clasifican
arbitrariamente en cuatro estadios de maduración: pequeño (01-06 mm), mediano
(07-11 mm), grande (12-17mm) y preovulatorio (18-23 mm). El tamaño del folículo
antral está determinado por la expansión del líquido folicular (que aumenta 350
veces, desde 20 ml a 7 ml) y por la proliferación de las células de la granulosa y de la
teca (cuyo número aumenta en un factor de hasta 100).
Las células que integran el folículo antral se organizan espacialmente de una
forma característica. Las células de la teca forman la capa más exterior, y se
subdividen en dos poblaciones: teca externa, integrada por células musculares lisas
inervadas por el sistema nervioso autónomo y de significación biológica poco
conocida, y teca interna, integrada por células epiteliodes que muestran las
ultraestructura típica de las células esteroidogénicas. Están dotadas de receptores
para LH e insulina, produciendo en respuesta a la estimulación cantidades elevadas
de andrógenos, principalmente androstenediona, y disponen de una rica irrigación
capilar.
Las células de la granulosa se organizan en cuatro subtipos: las células
granulosas de la membrana, las periantrales, las del cumulus oophorus y las de la
corona radiata. Todas ellas expresan receptores para FSH durante el desarrollo del
folículo antral, pero no son funcionalmente equivalentes: solo las células granulosas
de la membrana tienen capacidad para expresar P450 aromatasa y receptor de LH.
Esta organización espacial-funcional parece estar controlada por el establecimiento de
un gradiente de morfógenos que se origina en el oocito, algunos de los cuales han sido
identificados, como GDF-9 y BMP-15.
Al final de la fase luteínica del ciclo menstrual, uno de los miembros de la cohorte
de folículos antrales es “seleccionado” y pasa a ser el folículo dominante. En este
folículo la capacidad proliferativa de las células de la granulosa y de la teca se
mantiene elevada de manera que crece con rapidez, en tanto que disminuye en el
resto de los folículos antrales. El mecanismo subyacente al proceso de selección
folicular no se conoce bien. Aunque sabemos que la captación de FSH hacia el líquido
folicular por parte del folículo dominante es un paso crucial, los mecanismos que
determinan que un único folículo adquiera esta capacidad para “secuestrar” FSH
siguen siendo uno de los grandes problemas no resueltos de la fisiología de la
reproducción.
Acción de la FSH sobre las células de la granulosa
La FSH desempeña un papel crucial en la selección y el desarrollo del folículo
dominante al controlar la expresión genética en las células de la granulosa,
induciendo:
• la estimulación mitótica de las mismas (que pasan de ser aproximadamente
1x106 en el momento de la selección a más de 50x106 en el estadio
preovulatorio)
• la expresión de P450 aromatasa, crucial para que el folículo adquiera su
potencial estrogénico, al permitir la conversión de la androstenediona
producida por la teca en estradiol
• la adquisición de la capacidad enzimática precisa para la luteinización (que
permanece sin embargo reprimida por factores inhibidores derivados del oocito
hasta que la ovulación es inminente)
• la expresión de receptores de LH (también reprimida por el oocito hasta el
inicio del estadio preovulatorio).
Acción de la LH sobre las células de la teca
La LH no es esencial para la selección, pero es muy importante en la regulación del
folículo dominante al estimular la síntesis de androstenediona. Aproximadamente
cuando se inicia la formación del antro folicular, las células de la teca sufren un
proceso de diferenciación, expresando genes para el receptor de LH, el receptor de
insulina, receptores de HDL y LDL y diferentes genes implicados en la síntesis de
andrógenos a partir de colesterol. En virtud de estas modificaciones, las células de la
teca interna de todos los folículos antrales, dominantes o no, adquieren la capacidad
para producir androstenediona. Otros ligandos y factores de crecimiento han sido
implicados en el proceso de citodiferenciación de las células de la teca interna
inducido por la acción de la LH, aunque su papel fisiológico concreto no ha sido
todavía establecido con claridad salvo en el caso de la insulina, que además de actuar
sinérgicamente con la LH, puede también inducir por sí misma la producción de
androstenediona (de hecho, la hiperinsulinemia induce hiperandrogenismo en
algunas mujeres). La HDL y la LDL potencian también la acción de la LH sobre las
células de la teca interna; la HDL es el estímulo más potente conocido para la
producción de andrógenos por la teca.
Esteroidogénesis
El folículo dominante produce estradiol mediante el denominado mecanismo de las
dos células/dos gonadotropinas. En esencia, la acción de la LH sobre las células de la
teca interna determina un aumento de la síntesis y secreción de androstenediona.
Este andrógeno difunde hacia el líquido folicular, donde alcanza concentraciones muy
elevadas. Las células de la granulosa, que en respuesta a la estimulación por FSH
expresan P450 aromatasa, captan la androstenediona producida por las células de la
teca interna y la aromatizan a estrona, que se convierte posteriormente, por acción de
la 17β-hidroxiesteroide deshidrogenasa, a estradiol que se secretará al torrente
sanguíneo.
OVULACIÓN
En torno al día 15 de cada ciclo ovárico normal, el folículo preovulatorio libera hacia
el oviducto un oocito maduro rodeado por las células del cumulus ooforus. Para que se
produzca la ovulación es necesaria la acción conjunta de los picos preovulatorios de
LH y FSH. La LH induce la maduración meiótica del oocito y la formación del estigma
(punto de ruptura de la pared folicular). La maduración meiótica, inhibida hasta
ahora por la presencia de elevadas concentraciones de cAMP en el oocito, se reinicia
una vez que los picos preovulatorios de LH y FSH provoquen una disminución de los
niveles de cAMP, probablemente en parte como consecuencia de un fenómeno de
down-regulation de receptores de LH y FSH en las células de la granulosa. La
formación del estigma en la pared folicular se inicia una vez que el pico preovulatorio
de LH dispara la producción de progesterona (PG) y prostaglandinas en el folículo
preovulatorio. La hipótesis que se baraja es que el pico de LH induciría la expresión
de progesterona y receptores de progesterona en la granulosa. La activación del
receptor de progesterona, a su vez, induciría la expresión de COX-2 y la formación de
prostaglandinas, que desencadenarían la liberación de enzimas proteolíticos,
degradando la pared folicular para permitir la ovulación (los ratones knockout de
receptor de progesterona o de COX-2 son infértiles ya que no se forma el estigma, lo
que bloquea la expulsión del oocito maduro hacia los oviductos). Por su parte, la FSH
induce la mucificación y expansión de las células del cumulus, un proceso que es
también indispensable para la fertilización.
LUTEINIZACIÓN
Tras la ovulación, las células foliculares sufren una transformación que da lugar al
cuerpo lúteo, una glándula endocrina especializada en la secreción de grandes
cantidades de estrógenos y progesterona durante la primera semana de la fase
luteínica del ciclo. Estas hormonas son formadas en las células de la granulosa
luteinizadas, a partir de la androstenediona sintetizada por las células de la teca
luteinizadas (la síntesis de estradiol por el cuerpo lúteo se realiza también mediante el
mecanismo de las dos células/dos gonadotropinas).
Si no se produce la implantación, el cuerpo lúteo comienza a degenerar a los 8
días de la ovulación (luteolisis), dando lugar al corpus albicans, un nódulo
blanquecino de tejido conectivo. Las señales implicadas en la interrupción de la
producción de esteroides por el cuerpo lúteo en regresión, y en la potenciación de la
apoptosis en el mismo no se han caracterizado aún de forma completa.
REGULACIÓN DEL EJE HHO: CICLO OVÁRICO
Denominamos ciclo ovárico a los cambios hormonales, ováricos y endometriales que
se producen cíclicamente en respuesta a señales hormonales generadas a nivel
hipotalámico, hipofisario y ovárico. El esquema general de regulación de este eje es,
en líneas generales, similar al del eje HHT, aunque existen tres diferencias
fundamentales:
• mientras que la actividad testicular es en esencia continua durante la vida
fértil, la actividad ovárica se organiza de forma cíclica, con producción de un
único gameto maduro en cada ciclo ovárico, acompañada de modificaciones
sustanciales a nivel endometrial en preparación de una eventual implantación
del óvulo fertilizado.
• en el eje HHT la acción de los esteroides gonadales sobre la secreción de
gonadotropinas hipofisarias es siempre negativa. En el eje HHO, en cambio,
dependiendo de la dosis, de la evolución temporal de los niveles y del estado
hormonal previo, los estrógenos pueden tanto inhibir (realimentación negativa)
como estimular (realimentación positiva) la secreción de GnRH. Así, durante la
fase preovulatoria se instaura un fenómeno transitorio de realimentación
positiva, con potenciación de la secreción de LH por los elevados niveles de
estrógenos. La realimentación negativa por estrógenos no se ejerce
directamente sobre las neuronas productoras de GnRH (que no expresan
receptores de estrógenos) sino sobre otros grupos neuronales que a su vez
proyectan sobre el gonadostato. La progesterona puede también igualmente
estimular o inhibir la secreción de GnRH en función del contexto hormonal en
un momento dado, pero sus efectos sobre la hipófisis son poco importantes.
• el alto coste metabólico que supone la reproducción para la hembra en los
mamíferos hace que sea necesario un mecanismo que asegure que las reservas
energéticas almacenadas sean suficientes para que la gestación no
comprometa la supervivencia materna ni la viabilidad del feto. Por esta razón,
se establece un lazo de realimentación en la hembra entre las reservas
energéticas y el gonadostato hipotalámico. Solo cuando el nivel de reservas
supera un mínimo, se puede poner en marcha la actividad del eje HHO.
• El ciclo ovárico se divide en dos fases, la fase folicular (o proliferativa) y la fase
luteínica (o secretoria), cada una de ellas de unas dos semanas de duración, y
separadas por el fenómeno de la ovulación. Los cambios hormonales que se
producen a lo largo del ciclo son complejos, pero pueden resumirse en la
siguiente secuencia de acontecimientos (figura 12.1):
• fin de la fase luteínica: la caída de la inhibina que se produce tras la ovulación
determina un aumento de los niveles de FSH.
• fase folicular temprana: el aumento de la FSH inicia el reclutamiento de
folículos.
• fase folicular media: como consecuencia del reclutamiento folicular se inicia el
ascenso de los niveles de estrógenos, que determinan una caída progresiva de
la FSH. El folículo dominante se desarrolla y aumenta la producción de
estrógenos.
• fase folicular tardía: el aumento de estrógenos, en presencia de FSH, induce la
expresión de receptores de LH en la granulosa. Comienza la producción de
progesterona. Esta progesterona actúa sobre la hipófisis “primada” por
estrógenos induciendo un aumento de LH. El aumento de LH potencia la
síntesis de andrógenos en la teca, lo que resulta en un aumento de la
producción de estrógenos por la granulosa.
• fase periovulatoria: el aumento de los niveles de estrógenos (se alcanzan
valores superiores a 200 pg/l durante 48-50 h) instaura un mecanismo de
realimentación positiva (como hemos mencionado, exclusivo de las hembras de
mamíferos), lo que dispara los niveles de LH. El aumento de LH determina
luteinización de la granulosa y aumenta aún más la progesterona. El aumento
de progesterona causa el pico de FSH.
• ovulación, seguida de una caída brusca de los niveles de estrógenos por
desensibilización de los receptores de LH (inducida por el propio pico de LH) y
también como consecuencia de la inhibición de su síntesis por la
progesterona.
• fase luteínica inicial: caen los niveles de LH por desaparición del feedback
positivo (caída estrógenos) y por el propio agotamiento de la reserva hipofisaria
de LH. Se forma el cuerpo lúteo y aumentan los niveles de progesterona.
•
•
fase luteínica media: máxima actividad del cuerpo lúteo, concentraciones
máximas de progesterona y nuevo aumento de los niveles de estrógenos.
fase luteínica tardía: regresión funcional del cuerpo lúteo y disminución de los
niveles de progesterona, estrógenos e inhibina.
.6
&
4
9 6
$
P
6
P
4
$
Figura 12.1. Principales modificaciones hormonales durante el ciclo ovárico
Regulación del eje HHO: papel de las reservas energéticas
En los mamíferos, la fertilidad está estrechamente ligada a la existencia de unos
niveles mínimos de reservas adiposas. Este fenómeno se ha interpretado clásicamente
asumiendo la existencia de una señal permisiva producida por el tejido adiposo, y es
bien conocido que la edad de la menarquia se correlaciona de manera más estrecha
con el peso corporal total que con la edad cronológica (hipótesis del peso crítico). Esta
señal permisiva actuaría informando al hipotálamo de que las reservas energéticas
son suficientes para garantizar la gestación y la lactancia, dos situaciones
enormemente gravosas para las reservas energéticas en las hembras de mamíferos.
Durante la última década se han acumulado datos experimentales que demuestran
que la leptina, una hormona producida por el tejido adiposo, sería la señal permisiva
implícita en la hipótesis del peso crítico. Así, los ratones ob/ob, que no expresan
leptina funcional, no alcanzan la madurez sexual y permanecen toda su vida adulta
en un estadio prepuberal a menos que se les administre leptina exógena. El patrón de
secreción de gonadotropinas en pacientes con anorexia nerviosa o en mujeres con
amenorrea inducida por el ejercicio (con niveles de grasa corporal total excesivamente
bajos y leptina circulante claramente disminuida) es de tipo prepuberal, con pérdida
de la pulsatilidad de LH, y revierte a la normalidad una vez que se recuperan unos
niveles mínimos de grasa corporal. Se han identificado receptores de leptina a nivel
hipotalámico y en la hipófisis, así como en tejidos reproductores periféricos, como el
ovario, el útero y el testículo. La administración intracerebroventricular de
anticuerpos antileptina suprime la pulsatilidad de LH en la rata y la administración
de leptina previene la disminución de la pulsatilidad de LH que se produce durante el
ayuno en roedores y primates.
Además de los datos que sugieren que la leptina ejerce un papel facilitador sobre
la funcionalidad del eje hipotálamo-hipófiso-gonadal, especialmente en la hembra, se
ha descrito también un papel regulador de los esteroides gonadales sobre la secreción
de leptina por el tejido adiposo. Sorprendentemente, esta regulación muestra un
acusado dimorfismo sexual (figura 12.2): en la mujer, la secreción basal de leptina por
tejido adiposo in vitro es elevada, y esta secreción es potenciada por estrógenos e
inhibida por andrógenos; en el hombre, por el contrario, este eje regulador parece no
ser operativo, con secreción basal de leptina baja in vitro, que no se ve modificada ni
por andrógenos ni por estrógenos. No se han identificado los mecanismos
responsables de esta sensibilidad diferencial del tejido adiposo a esteroides gonadales,
aunque la existencia de la misma podría explicar el marcado dimorfismo sexual que
muestran los niveles de leptina en mamíferos, con niveles más elevados en la hembra
que en el macho, incluso después de corregir las diferencias en la grasa corporal total.
61 ( -
B ;- -
64
P
N4
@
4
@
4
Figura 12.2. Interacciones
hormonales entre el tejido adiposo
y el eje HHO
&
61 ( -
B ;- -
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 13
N E U R O H IP Ó F IS IS
Desde el punto de vista morfológico, la neurohipófisis está constituida por tres
porciones: la pars nervosa o lóbulo posterior, el infundíbulo y la eminencia media que
es el punto de unión entre hipotálamo e hipófisis. Desde el punto de vista estructural,
la neurohipófisis está constituida por los axones no mielinizados de neuronas cuyos
somas se localizan en los núcleos supraóptico (SON) y paraventricular (PVN) del
hipotálamo, junto pituicitos (células de soporte de origen glial) y abundantes capilares
fenestrados.
La mayor parte de las neuronas cuyos axones forman la neurohipófisis presentan
somas de gran tamaño, por lo que reciben el nombre de neuronas magnocelulares.
Los axones de las neuronas magnocelulares forman el tracto hipotálamo-hipofisario
que atraviesa la eminencia media, conforma el infundíbulo y termina en la pars
nervosa, donde se localizan sus botones terminales (figura 13.1). Un segundo grupo
de neuronas, localizadas únicamente en el núcleo paraventricular, presenta somas de
menor tamaño, por lo que reciben en nombre de neuronas parvocelulares. Los axones
de estas neuronas forman también parte del haz hipotálamo-hipofisario, pero
terminan en la eminencia media.
+,
+,
4
4
4
4
Figura 13.1. Neurohipófisis
N4
P
*N 4
La neurohipófisis segrega dos hormonas: la hormona antidiurética (ADH) y la
oxitocina (OT). La mayor parte de las neuronas del SON sintetizan ADH mientras que
la mayoría de las neuronas del PVN sintetizan OT. ADH y OT son dos hormonas con
una estructura muy similar: ambas constan de 9 aminoácidos de los cuales los 6
primeros forman un anillo gracias a la formación de un puente disulfuro entre los
residuos de cisterna de las posiciones 1 y 6. Su secuencia primaria tan solo difiere en
los residuos 3 (Iso en OT y Phe en ADH) y 8 (Leu en OT y Arg en ADH) lo que revela
que ambas hormonas se originaron a partir de un precursor ancestral común. De
hecho, ADH y OT forman parte de una familia de péptidos neurohipofisarios
originados a partir de una misma molécula ancestral (tabla 13.1). Todos los miembros
de esta familia son nonapéptidos y presentan un elevado grado de homología (6 de los
9 residuos están conservados en todos ellos).
Tabla 13.1. Estructura primaria de los miembros de la familia de hormonas neurohipofisarias.
Hormona
Secuencia primaria
Molécula
ancestral
Cys-Tyr-X-X-Asn-Cys-Pro-X-Gly-NH2
Oxitocina
ADH
Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2
Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2
Lisipresina
Fenipresina
Arginina
vasotocina
Isotocina
Mesotocina
Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Lys-Gly-NH2
Cys-Phe-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2
Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2
Glumitocina
Valitocina
Valitocina
Asvatocina
Fasvatocina
Cys-Tyr-Ile-Ser-Asn-Cys-Pro-Ile-Gly-NH2
Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Val-Gly-NH2
Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Val-Gly-NH2
Cys-Tyr-Ile-Asn-Asn-Cys-Pro-Val-Gly-NH2
Cys-Tyr-Phe-Asn-Asn-Cys-Pro-Val-Gly-NH2
Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Ile-Gly-NH2
Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Ile-Gly-NH2
Especies
Mamíferos
Mamíferos (excepto suidos
y macropódidos)
Suidos, macropódidos
Marsupiales
Aves, reptiles, anfibios,
peces
Peces óseos
Marsupiales, aves,
reptiles, anfibios, peces
pulmonados
Peces cartilaginosos
Peces cartilaginosos
Peces cartilaginosos
Peces cartilaginosos
Peces cartilaginosos
ESTRUCTURA, SÍNTESIS Y LIBERACIÓN DE LAS HORMONAS
NEUROHIPOFISARIAS
En humanos, el gen que codifica la ADH se localiza en el cromosoma 20 y consta de 3
exones. El exon 1 codifica el péptido señal, la ADH madura y la porción N-terminal de
un péptido asociado a la ADH denominado neurofisina II o presofisina. Los exones 2 y
3 codifican el resto de la neurofisina II y un glucopéptido C-terminal. En el caso de la
OT, su gen se localiza en el cromosoma y presenta una organización similar. El exón 1
codifica el péptido señal y la OT madura; y los exones 2 y 3 la neurofisina I u oxifisina
(figura 13.2).
Tanto la ADH como la OT son sintetizadas en forma de preprohormonas. El
péptido señal se libera en el retículo, siendo posteriormente empaquetada la
prohormona en gránulos de secreción que se fijan al sistema de microtúbulos para ser
transportados a lo largo del axón, hasta llegar a los denominados cuerpos de Herring
de los botones terminales, en donde se almacenan. Durante el transporte axonal los
enzimas presentes en los gránulos escinden la prohormona, hasta convertirla en
ADH, neurofisina II y glucopéptido (en el caso de la proADH) o en OT y neurofisina I
(en el caso de la preOT). Tanto la ADH como la OT son secretadas junto con su
neurosfisina correspondiente. Una vez liberadas, las moléculas de neurofisina se
agrupan formando complejos tetraméricos a los que se incorporan moléculas de
hormona madura. Sin embargo, estos complejos se disocian rápidamente al pH
fisiológico del plasma, por lo que cada proteína circula de forma independiente. La
función de las neurofisinas una vez liberadas es desconocida. Tampoco se conoce la
función del glucopéptido N-terminal liberado junto con la ADH, aunque se ha descrito
una cierta capacidad de estimular la secreción de PRL.
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Figura 13.2. Organización de los genes de ADH y OT
HORMONA ANTIDIURÉTICA
La hormona antidiurética recibe también el nombre de vasopresina (VP) o de argininavasopresina (AVP). Este último nombre se debe a que la ADH humana presenta en la
posición 8 un residuo de arginina, mientras que en el cerdo, la primera especie en la
que se identificó, el residuo 8 es lisina. Esto hizo pensar que la presencia de arginina
en el residuo 8 era una característica especial de la ADH humana. Sin embargo, todos
los mamíferos placentarios (excepto los suidos) poseen arginina en la posición 8
(véase tabla 13.1), por lo que la vasopresina menos habitual sería la “lisinavasopresina” presente únicamente en suidos y en marsupiales.
La ADH es la principal hormona implicada en la regulación hídrica. Las
principales acciones de la ADH son incrementar la absorción de agua en el riñón y
producir constricción vascular. Además, la ADH actúa sobre el hígado, estimulando la
glucogenolisis y la liberación de glucosa y sobre la hipófisis, incrementando la
secreción de ACTH. En este último caso, la ADH implicada es la liberada en la
eminencia media (véase capítulo 9). Además, la ADH actua como neurotransmisor en
diversas áreas del SNC, activando los procesos de aprendizaje y memoria y,
modificando los patrones de receptividad sexual y la conducta maternal. La
importancia de estos efectos conductuales en humanos no ha sido todavía
establecida.
Se han identificado 3 tipos de receptores de ADH denominados V1a, V1b y V2. Los
receptores V1a y V1b están acoplados a proteínas Gq. Se expresan en el hígado y en
vasos (V1a) y en la hipófisis (V1b). El receptor V2 está acoplado a proteínas Gs y se
expresa en el riñón.
Acciones renales
La acción antidiurética de la ADH se ejerce principalmente sobre las células del tercio
distal de los túmulos contorneados distales y sobre las células de los túmulos
colectores. La estimulación de los receptores V2 localizados en las caras basolaterales
de estas células produce un aumento del número de moléculas de acuaporina 2
(ACQ2) y por lo tanto un aumento de la permeabilidad de estas células la agua. Este
aumento se debe tanto a un efecto positivo de la ADH sobre la transcripción del gen
de ACQ2, como a la estimulación de la traslocación a la membrana de vesículas en las
que se almacenan las moléculas de ACQ2. La ADH también produce una contracción
de las células mesangiales con lo que disminuye la constante de difusión y, por tanto,
la tasa de filtración glomerular, contribuyendo así a su efecto antidiurético.
Acciones vasculares
La ADH produce vasoconstricción y, en consecuencia, aumento de la presión arterial
tras estimular los receptores V1a, localizados en la musculatura de la pared vascular.
Aunque su efecto es generalizado, los circuitos vasculares más sensibles son el
muscular, mesentérico y miocárdico. Las concentraciones necesarias para que se
produzca el efecto vasoconstrictor de la ADH y, de hecho, tan solo se alcanzan niveles
de ADH capaces de producir vasoconstricción en respuesta a descensos importantes
de la presión arterial como los que se producen tras hemorragias graves.
Acciones hipofisarias
La ADH producida en las neuronas parvocelulares es liberada en la eminencia media
y alcanza las corticotropas donde se une a receptores V1b, estimulando la secreción de
ACTH o, más concretamente, potenciando la liberación de ACTH inducida por CRH.
Esta acción puede tener importancia en las reacciones de respuesta al estrés.
Regulación de la secreción de ADH
El principal estímulo para la liberación de ADH es el aumento de la osmolaridad del
líquido extracelular. Aunque los osmorreceptores implicados en la regulación de la
secreción de ADH no han sido identificados, se cree que son células localizadas en el
órgano vasculoso de la lámina terminalis y en zonas del hipotálamo anterior
adyacentes al tercer ventrículo. El aumento de la osmolaridad de líquido extracelular
es también un importante estímulo para que se produzca la sensación de sed. Sin
embargo, el umbral necesario para que se produzca la estimulación de la secreción de
ADN es menor que el necesario para producir la sensación de sed.
La secreción de ADH también aumenta cuando se produce una disminución del
volumen sanguíneo. Las células encargadas de monitorizar esta respuesta tampoco
han sido identificadas, aunque parece que estarían localizadas en el torax y
regularían la liberación de ADH a través del vago. Sin embargo, para que este sistema
se active, ha de producirse una importante disminución del volumen sanguíneo (810%), por lo que solo actúa en caso de hemorragias importantes. En estas
condiciones, la ADH ejerce sus máximos efectos antidiuréticos y vasopresores.
Además, la disminución de la presión arterial que acompaña a las hemorragias
importantes va a producir una activación del eje renina-angiotensina-aldosterona. La
angiotensina va a actuar sobre el hipotálamo, aumentando la liberación de ADH.
Los principales inhibidores de la liberación de ADH son la disminución de la
osmolaridad, el aumento de la presión arterial y el alcohol. La ADH tiene una vida
media de 15-20 minutos, siendo destruida proteolíticamente en hígado y riñón.
OXITOCINA
El término oxitocina significa “nacimiento rápido” en alusión a su capacidad de
incrementar la contractilidad uterina durante el parto (la OT es el estimulador de la
contracción del miometrio más potente que se conoce). La OT ejerce sus acciones
principalmente sobre la glándula mamaria y sobre el útero. Todos los efectos de la OT
están mediados por la estimulación de receptores acoplados a proteínas Gq.
Acciones uterinas
La OT produce un aumento de la contractilidad uterina. Este efecto es importante
durante el parto porque facilita la expulsión del feto y de la placenta. Los estrógenos
aumentan la contractilidad uterina inducida por la OT, mientras que la progesterona
la disminuye. Aunque la OT se utiliza en la clínica para inducir el parto, parece que
fisiológicamente no interviene en este proceso ya que la secreción de OT aumenta
cuando el parto ya ha comenzado. De hecho, el parto se inicia normalmente en
ratones knockout para la OT. El principal estímulo para la secreción de OT es la
distensión del cuello del útero y de la vagina.
Durante el coito se produce también un aumento de la liberación de OT que
produce un incremento de la contractilidad uterina. Se cree que su función es la de
favorecer el transporte del semen a lo largo del tracto reproductivo. El aumento de la
secreción de OT inducida por el coito también se observa en varones aunque, en este
caso, su significado fisiológico se desconoce.
Acciones sobre la mama
La OT produce contracción de las células mioepiteliales de los acinos mamarios
produciendo eyección de la leche. En este caso, el estímulo para la liberación de OT es
la succión del pezón. Esta liberación de OT puede bloquearse debido al estrés, miedo
o dolor. También puede producirse liberación de oxitocina en respuesta a un reflejo
condicionado por la visión de un niño llorando.
CAPÍTULO 14
F A C T O R E S T R Ó F IC O S Y F U N C IÓ N
N E U R O E N D O C R IN A
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El concepto de factor trófico se acuñó en la década de los años 50 del siglo pasado a
partir de los trabajos de Viktor Hambuger, Stanley Cohen y Rita Levi-Montalcini
describiendo la presencia de actividades tróficas en muestras biológicas de distinta
naturaleza que no se correspondían con glándulas endocrinas clásicas. Desde
entonces se ha considerado que un factor trófico es una molécula (generalmente de
tipo proteico, aunque las hay de distinta naturaleza química) que ejerce su acción a
nivel local en el tejido o área donde se produce. Como suele ocurrir, esta definición,
meramente debida a razones históricas, que no funcionales, ha sido extensamente
revisada a lo largo de estas últimas décadas de tal manera que en la actualidad no se
distingue claramente entre factor de crecimiento y hormona. Aún así, todas ellas
conservan los nombres que inicialmente se les asignó para describir su actividad
trófica: crecimiento de fibroblastos, necrosis de tumores, derivado de las plaquetas,
etc.
Hay dos formas de distinguir entre ambos tipos de señales intercelulares: los
factores de crecimiento pueden ser producidos por cualquier tipo celular (incluidas
neuronas y otras células muy especializadas) y tienen una acción autocrina,
paracrina o yuxtacrina (es decir, muy circunscrita al entorno), mientras que las
hormonas son producidas por glándulas endocrinas y actúan a distancia. Aunque
esta clasificación se sigue manteniendo en la literatura especializada de manera
tácita, lo cierto es que ya no describe la realidad: los llamados factores de crecimiento
son producidos también por glándulas endocrinas y pueden actuar a distancia, y a la
inversa, las hormonas pueden ser producidas por muy distintos tipos celulares
(incluyendo también a las neuronas) y ejercer acciones locales. Tras hacer esta
puntualización, y en aras de la claridad, en este capítulo seguiremos refiriéndonos a
“factores tróficos o de crecimiento” cuando hablemos de mensajeros intercelulares que
por razones históricas se han denominado de esta forma. Una manera mas precisa de
denominar a todo el conjunto de mensajeros químicos del organismo sería como
señales instructivas intercelulares.
FUNCIONES DE LOS FACTORES TRÓFICOS
Los factores tróficos intervienen en todo tipo de funciones celulares y por lo tanto, del
organismo en su conjunto. Su papel ha sido mejor estudiado en las fases del
desarrollo inicial, donde se sabe que controlan todos los procesos involucrados en la
formación de un individuo adulto: proliferación celular, migración, establecimiento de
territorios morfogénicos, de polaridad funcional, etc. En el organismo adulto cumplen
igualmente funciones de control de división celular, diferenciación, mantenimiento de
función diferenciada y de la homeostasis. El término que se ha acuñado para definir
esta enorme multiplicidad de acciones biológicas es el de pleiotropismo. La pleiotropía
es el carácter sin duda más definitorio de un factor trófico.
Una primera cuestión que surge inevitablemente es por qué es necesaria esta
organización biológica si existe ya la información genética. En otras palabras, una
célula se va a dividir un número definido de veces, va a expresar un fenotipo concreto
y va a cumplir un papel predeterminado. Todo esto debería de venir definido en su
código genético. ¿Para qué necesita recibir más instrucciones? Los factores tróficos
representan un exponente claro de información epigenética disponible para el
organismo. Constituyen una especie de intermediarios entre la información ambiental
y la genética (figura 14.1). Mediante los factores tróficos (y otros mensajeros
extracelulares que constituyen el conjunto de la información epigenética) la célula, y
por extensión el organismo entero, tiene la capacidad de adaptar su información
genética, que es fija, a las condiciones ambientales, que son variables.
Figura 14.1. La información epigenética
proveniente del entorno celular modula
la información contenida en el genoma, y
la suma de ambas es la que determina
una respuesta celular.
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Una segunda cuestión también de tipo conceptual muy relevante, y que en
realidad no ha sido respondida aún de forma satisfactoria, es el por qué de la
existencia de la enorme cantidad de factores tróficos que se conocen. Aunque es difícil
hacer un cálculo preciso, en parte por la indefinición de qué es un factor trófico,
podemos hablar de al menos dos centenares de ellos, con funciones que en un gran
número de casos son claramente solapantes y hasta, aparentemente, redundantes.
Existirían al menos dos explicaciones posibles:
• cada factor trófico tiene un papel biológico exclusivo y muy especializado. Hay
muchos mensajeros intercelulares que entrarían dentro de esta definición (las
citoquinas que controlan las células del sistema inmune son probablemente el
mejor exponente de esta categoría). Simplemente se trataría de poder llegar a
definir este papel biológico muy concreto para cada factor.
• por el contrario, las funciones biológicas de los factores tróficos son tan
trascendentales que se hace necesario que sean en gran parte redundantes
para asegurarse que el proceso biológico en concreto (por ejemplo, división
celular) funcione correctamente. También existen muchos factores tróficos que
podrían encajar en esta categoría.
INFORMACIÓN EPIGENÉTICA
Un ejemplo clásico de información epigenética es el que utilizan organismos simples
que controlan su ciclo vital en función de los nutrientes disponibles. Así, el nematodo
Caenorhabditis elegans entra en fase estacionaria (que en definitiva es una estrategia
de prolongación de la vida en condiciones adversas) si existe una cantidad limitada de
alimento. Este gusano reacciona ante la escasez de alimento porque un factor trófico
de la familia de la insulina que es producido por unas neuronas especializadas de su
protocerebro actúa como un indicador de alimento disponible para la célula: cuanta
mas comida, mayor actividad del factor se produce. En organismos más complejos,
como pueden ser los mamíferos, los problemas biológicos a resolver siguen siendo los
mismos, pero las soluciones son mas sofisticadas, aparentemente. De hecho, en
mamíferos, son estos mismos factores de la familia de la insulina, junto con la propia
insulina, los que de manera aún no bien conocida, parecen aunar metabolismo
energético y longevidad.
Por supuesto que la información ambiental para un organismo pluricelular no
viene sólo de fuera. Así, el microambiente que rodea a la célula es también una fuente
constante de información epigenética. Las interacciones intercelulares son una parte
esencial de la fisiología tisular. De nuevo, estas interacciones han sido extensamente
estudiadas durante el desarrollo embrionario, pero el tejido ya diferenciado del
organismo adulto mantiene un flujo constante de información entre sus distintos
tipos celulares así como del resto de los tejidos. Gran parte de esta información es
transmitida por los factores de crecimiento. Muchas de estas relaciones tróficas están
razonablemente bien establecidas en distintos órganos. Quizás el mas tardío en
incorporarse a este concepto ha sido el cerebro ya que durante años se pensó que este
órgano tenía interacciones tróficas muy limitadas y específicas, tanto que hasta a los
factores tróficos que entonces se conocían que actuaban en cerebro se les conocía
como neurotrofinas, en un intento de distinguirlos del resto de las señales tróficas.
Sin embargo, como el resto del organismo, el tejido cerebral posee una enorme
variedad de señales tróficas que regulan y mantienen la función cerebral, y que en
parte son a su vez regulados por señales tróficas de la periferia. Estas señales tróficas
actúan no sólo en el cerebro sino en otros muchos órganos. Por tanto podemos decir
que el esquema de organización general de los factores de crecimiento consiste en un
conjunto de interacciones locales que a su vez están influidas por señales hormonales
procedentes de otros tejidos (figura 14.2). Hemos de insistir en la idea de que estos
factores de crecimiento, independientemente del tejido de que se trate, son comunes a
innumerables tipos celulares. Es decir, cualquier factor trófico es activo en muy
distintos tipos celulares y tejidos. A este tipo de organización funcional se la conoce
como estrategia difusa de trofismo.
LOS FACTORES TRÓFICOS A LO LARGO DEL CICLO VITAL DE LA
CÉLULA
Todas las células reciben (y necesitan) información trófica ambiental a lo largo de su
vida. Como hemos señalado esta información es crítica no sólo para que la célula se
divida, diferencie o sobreviva, sino también para su correcto funcionamiento (figura
14.3).
La maquinaria de división celular está controlada genéticamente, sin embargo la
velocidad de proliferación así como los períodos en que ésta sucede son controlados
en gran parte por factores tróficos. Prácticamente todos los factores tróficos que se
conocen son capaces de influir sobre el crecimiento de algún tipo determinado de
célula, generalmente actuando sobre las distintas ciclinas, enzimas que regulan el
ciclo de división celular. Aparentemente este proceso trófico es eminentemente
redundante ya que un determinado tipo de célula es normal que responda a distintos
factores tróficos dividiéndose. Es evidente que este es un proceso muy general en la
fase del desarrollo, pero también transcurre en muchos tejidos adultos donde la
proliferación no cesa nunca (el sistema hematopoyético y el tejido epitelial son buenos
ejemplos de esto último). Debido a este papel crítico de los factores tróficos en la
división celular, todo proceso tumoral lleva aparejado un descontrol de la respuesta
celular a los factores de proliferación: una estrategia habitual de las células tumorales
es expresar receptores para estos factores tróficos ya sean normales o mutados,
adoptando en este último caso la capacidad de activarse incluso en ausencia de la
señal trófica extracelular. Una segunda estrategia general de las células tumorales es
producir grandes cantidades de factores de crecimiento mitogénicos propios o incluso
para otros tejidos que necesiten modular. Es bien conocida la capacidad de muchos
tumores de producir factores que inducen el crecimiento de vasos sanguíneos para así
asegurarse un aporte vascular para su desarrollo.
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Figura 14.2. Organización general de relaciones tróficas inter- e intra-celulares. Como regla general, se
consideran los mensajeros intercelulares locales como factores de crecimiento y los de origen distante como
hormonas.
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Figura 14.3. Pleiotropismo de los factores de crecimiento. Todas las facetas de la vida de la célula están
controladas por los factores tróficos, desde la división hasta la muerte, pasando por el mantenimiento de la
función diferenciada (homeostasis).
La diferenciación, fase que se considera tiene lugar después de la última división
que la célula haya experimentado, es un proceso en el que la señalización trófica
sigue una compleja actuación en cascada donde a una señal trófica sigue otra, y esta
secuencia de factores tróficos determina en qué se va a diferenciar una determinada
célula. Estas cascadas de diferenciación son tan sofisticadas que sólo son conocidas
con un buen grado de detalle en unas pocas estirpes celulares, casi en exclusividad
pertenecientes al sistema inmune. También en este proceso parece darse cierta
redundancia ya que estudios de deleción genética experimental indican que
raramente se pierden muchos fenotipos celulares al faltar un único factor trófico, y
por lo general no se pierde ninguno. Esto quiere decir que la falta de un factor es
compensada por otros en estas cascadas de diferenciación.
La supervivencia de la célula diferenciada no es un proceso que necesariamente se
dé por defecto; muchas células requieren un aporte trófico sostenido para sobrevivir
ya que el programa de “suicidio celular” conocido como apoptosis, si que está en
muchos casos activado de forma constitutiva. En este caso, a no ser que a la célula le
lleguen señales anti-apoptóticas, ésta no es capaz por si sola de parar este programa
de muerte. Este fenómeno de control tónico de la vida de la célula, aunque en una
primera lectura parezca poco eficaz para la economía del organismo (fabricar células
tiene un alto coste energético), resulta imprescindible para el correcto funcionamiento
de muchos tejidos, no sólo durante el desarrollo, donde la apoptosis en algunas áreas
es tan relevante que hasta un 50% de las células generadas finalmente mueren antes
de llegar a la fase adulta (esto ocurre en el tejido nervioso, por ejemplo), sino en
distintos tejidos ya diferenciados, como hueso, piel o sangre. El equilibrio
muerte/vida es tan trascendental en la formación y mantenimiento de las poblaciones
celulares que los factores de crecimiento son también capaces de regular de forma
activa el proceso de muerte. En este sentido son bien conocidos los receptores de
factores tróficos que participan en muerte, tales como los de las familias FADD (Fas
associated death domain) y TRADD (TNF receptor associated death domain).
Probablemente el aspecto menos conocido de la biología de los factores tróficos es
su contribución a la homeostasis tisular como señales de mantenimiento de la
función diferenciada. Tradicionalmente se ha considerado que la falta de un factor
trófico conlleva pérdidas funcionales debido a muerte celular, falta de crecimiento o
todas las tareas clásicas adscritas a los factores tróficos, pero rara vez se indica que
una incorrecta intercomunicación celular por falta de una señal trófica es suficiente
para que se produzca una disfunción, que si se mantiene en el tiempo llevará o
contribuirá a cambios patológicos en el tejido afectado. Este aspecto, muy bien
documentado en la acción hormonal, es quizás el que mas desarrollo necesita en la
fisiología de los factores tróficos para el futuro próximo. Al igual que con los sistemas
endocrinos clásicos, los estados de insuficiencia o de resistencia a un determinado
factor trófico pueden originar procesos patológicos.
ACCIONES TRÓFICAS Y CONTEXTO CELULAR
Generalmente una célula sensible a un determinado factor de crecimiento puede
responder de distintas formas al mismo, según en que fase vital o en que situación
metabólica se encuentre en el momento de recibir la señal trófica. Esta respuesta
dependiente del contexto celular se reconoce desde hace muchos años, pero los
mecanismos subyacentes para explicarla no son fáciles de analizar (figura 14.4). Es
cierto que algunos factores tróficos pueden interaccionar con más de un tipo de
receptor celular de tal manera que la abundancia relativa de uno u otro determinaría
respuestas distintas. Un caso extremo en este sentido son los receptores p75 que
median respuestas de muerte a neurotrofinas; estas mismas neurotrofinas, en
presencia de receptores tipo trk promueven supervivencia celular (figura 14.4). La
cantidad de un determinado tipo de receptores sería la que determinaría la respuesta
celular, y esta cantidad vendría regulada por el contexto celular. Esta sería una de los
mecanismos mas sencillos para explicar la existencia de respuestas dependientes de
contexto, pero en muchos casos el proceso modulador implica otros mecanismos: una
ruta intracelular activada por un factor trófico determinado puede modularse en
múltiples puntos a lo largo de la misma, de tal manera que el contexto celular podría
regular la respuesta a ese factor trófico a base de modular su ruta de respuesta
intracelular (figura 14.4). Es importante señalar que en todo este entramado de
señalización los factores tróficos por si mismos constituyen una importante señal
exterior para informar a la célula en el contexto ambiental en que se encuentra; es
decir, también un factor de crecimiento modulará la respuesta de la célula a una
señal trófica subsiguiente. De esto último existen ya abundantes ejemplos.
En resumen podemos decir que el descubrimiento de los factores de crecimiento
supuso un giro, lento pero importante en nuestro conocimiento sobre los mecanismos
de comunicación intercelular. Nos hizo cambiar la visión clásica de un control
centralizado de la homeostasis basado en centros endocrinos discretos (las glándulas
endocrinas) coordinados por el sistema nervioso, a un control generalizado, difuso y
de jerarquía muy imprecisa. En el nuevo contexto, cualquier tipo celular informa a su
entorno mediante la producción de factores de crecimiento. Un mismo factor trófico
puede ser producido por muy distintos tejidos y actuar en muchos tipos diferentes de
células de forma pleiotrópica. Esta situación es sin duda muy compleja y su estudio
aporta enormes interrogantes. Sin ninguna duda la incorporación de los factores
tróficos a la fisiología endocrina ha revitalizado una disciplina que mostraba síntomas
de desgaste conceptual. La problemática que representa la existencia de una enorme
variedad de factores de crecimiento está pendiente de ser resuelta incluso a nivel
teórico.
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Figura 14.4. Mecanismos subyacentes a las respuestas que tienen las células en función del contexto
celular. Un mismo factor puede estimular distintos receptores celulares que a su vez median distintas rutas
biológicas. Se ilustra el caso extremo de un mismo factor que puede provocar la muerte o la supervivencia
de la célula según que receptor active. Un único receptor puede mediar acciones biológicas distintas según
se module intracelularmente una u otra de las cascadas de activación divergentes que suelen controlar los
receptores.
BIBLIOGRAFÍA
Levi-Montalcini R 1987 The nerve growth factor 35 years later. Science 237:1154.
Riddle DL, Albert PS 1997 C. elegans II. CSH Press.
Kenyon C (2001) A conserved regulatory system for aging. Cell 105: 165-168
Korsching S 1993 The neurotrophic factor concept: a reexamination. J Neurosci 13:2739.
Torres-Aleman I 2000 Serum growth factors and neuroprotective surveillance. Mol Neurobiol 21:153.
CAPÍTULO 15
NEUROESTEROIDES Y SISTEMA
NERVIOSO PERIFÉRICO
-"
El sistema nervioso (SN) es un órgano diana para las hormonas esteroides. Durante la
vida fetal y postembrionaria temprana, los esteroides gonadales y adrenales influyen
en la supervivencia, diferenciación y conectividad neuronal. Muchos de los cambios
tienen carácter permanente y repercuten en fenómenos como la diferenciación sexual
cerebral. También en la etapa adulta, los esteroides influyen, regulando la
transmisión sináptica, la síntesis de neurotransmisores, hormonas y receptores
celulares, y participando en la remodelación de los circuitos nerviosos del SN.
La relación esteroides y función nerviosa, siempre se encuadró dentro del marco
de mecanismos endocrinos, como una respuesta secretora de esteroides que,
formados en órganos esteroidogenicos eran transportados por la sangre hasta el tejido
nervioso donde ejercían su acción, principalmente relacionada con la reproducción y
el comportamiento sexual. Sin embargo, el descubrimiento en la década de los 80 del
pasado siglo de que el SN posee la capacidad de sintetizar y transformar compuestos
esteroides, revolucionó la visión de la relación entre las hormonas esteroides y la
función cerebral, e hizo necesaria una revisión y el establecimiento de nuevos
conceptos. Así, la capacidad del SNC y SNP de producir de novo sustancias de
naturaleza esteroídica o de transformarlas, recibieron el calificativo de
neuroesteroides o esteroides neuroactivos para diferenciarlos de aquellos esteroides
de origen no nervioso.
ENZIMAS ESTEROIDOGÉNICAS EN EL SN
La presencia de enzimas sintéticas o modificadoras de esteroides es lo que hace del
SN un tejido esteroidogénico. Las enzimas implicadas en la neuroesteroidogénesis
pueden ser clasificadas en dos grupos: las pertenecientes a la familia del citocromo
P450 y las que no forman parte de dicha familia P450. Éstas son oxidasas, de
aproximadamente 50 kDa, que reciben su nombre por presentar absorbancia a
450nm. El mecanismo de acción es idéntico en todas ellas: Todas requieren electrones
procedentes del NADPH para reducir el oxígeno molecular. La síntesis de esteroides
específicos de las gónadas, la médula adrenal, la placenta o el cerebro depende del
tipo celular y de las enzimas que exprese.
En el SN la expresión de las enzimas esteroidogénicas cerebrales sigue un patrón
específico celular, regional y ontogénico. Se acepta que las principales células
esteroidogénicas en el SN son las células gliales; en el SNP, las células de Schwann.
Sin embargo, en el SNC aparte de los oligodendrocitos y los astrocitos, las neuronas
también presentan capacidad esteroidogénica. Un esquema interesante de la
participación de ambos tipos celulares en la síntesis de esteroides en el SNC, es la que
muestran Zwain y colaboradores (figura 15.1).
Esta capacidad diferencial en la esteroidogénesis cerebral sugiere una
contribución tripartita de los tres tipos celulares que proveería de neuroesteroides al
tejido nervioso durante determinados procesos, como el desarrollo cerebral o en
estados carenciales, como la menopausia.
MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS ESTEROIDES
Durante muchos años, se consideró que el mecanismo de acción principal de los
esteroides era a través de su interacción con receptores intracelulares. En los últimos
años se ha puesto de manifiesto la importancia de las vías alternativas “no
genómicas” en multitud de fenómenos en el SN. A continuación presentamos una
posible clasificación de los diferentes mecanismos de acción de los esteroides:
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Figura 15.1. Modelo propuesto por Zwain para la síntesis de esteroides en la corteza de rata (Zwain y Yen,
1999).
Acciones dependientes de receptor
Incluye los efectos que derivan de la unión del esteroide con su receptor específico, ya
sea intracelular o de membrana, y a aquellos derivados de la modulación alostérica de
otros receptores.
Interacción con receptores específicos
La unión a receptores intracelulares constituye el mecanismo clásico de acción de las
sustancias esteroides (véase capitulo 8); el receptor en su forma inactiva se encuentra
en el citoplasma asociado a chaperonas como las proteínas de choque térmico (Hsp,
heat shock proteins). La unión del esteroide al receptor induce un cambio
conformacional en este último, que desplaza a las Hsp y expone las secuencias de
localización nuclear. Esto permite la translocación al núcleo del complejo esteroide-
receptor, donde actúa como factor de trascripción uniéndose a las secuencias génicas
HRE (hormone response element) en forma homo o heterodimérica.
La existencia de receptores para esteroides en la superficie celular está totalmente
demostrada. Los efectos que desencadenan han dado en llamarse no
transcripcionales y engloban:
• efectos que son demasiado rápidos para ser compatibles con la síntesis de
ARN o proteínas.
• efectos que son reproducibles en presencia de inhibidores de la síntesis de
ARN o inhibidores de la síntesis proteica.
• efectos que son reproducibles aún cuando el esteroide esta acoplado a
moléculas que impiden su paso a través de la membrana.
• efectos en células donde la síntesis proteica o de ARN no tiene lugar como
ocurre en los espermatozoides.
Modulación alostérica
Este mecanismo es el que resulta de la interacción directa de los esteroides con
receptores ionotrópicos cuyo ligando natural es distinto al esteroide. También se
considera modulación alostérica la interacción con transportadores de
neurotransmisores como ocurre con los transportadores de serotonina (5-HT).
Acciones independientes de receptor
Los esteroides también pueden ejercer sus efectos en la célula sin interaccionar con
receptores. Por ejemplo, algunos esteroides poseen efectos antioxidantes que son
independientes de receptores. La presencia de un grupo hidroxilo en posición 3 del
anillo A o de un anillo bencénico con un átomo de hidrógeno libre permite neutralizar
a moléculas con electrones desapareados, como es el caso de los radicales libres. Los
radicales libres son moléculas altamente reactivas que provocan daños en el ADN y en
las membranas celulares, y que pueden producir la muerte celular si se ven
desbordadas las defensas antioxidantes de la célula.
MIELINIZACIÓN: PROGESTERONA Y SNP
La mielinización es un proceso que consiste en la formación de vainas de mielina
alrededor de los axones. Esta función la realizan las células de Schwann en el SNP y
los oligodendrocitos en el SNC. La mielinización ocurre en periodos tempranos del
desarrollo (en ratas y ratones entre los últimos días del desarrollo embrionario y los
primeros del desarrollo postnatal) y requiere una intercomunicación entre el axón en
crecimiento y la célula glial mielinizante. El contacto físico entre ambos y la secreción
de factores tróficos desde el axón son los agentes desencadenantes de este proceso.
No obstante, se ha puesto de manifiesto recientemente que las células de Schwann y
los oligodendrocitos no se limitan a recubrir el axón tras recibir las señales
provenientes del mismo, sino que también secretan factores autocrinos que participan
en dicho proceso.
En líneas generales, el proceso de mielinización es igual en el SNC y el SNP, pero
existen ciertos matices que lo diferencian y que es necesario señalar: en el SNC los
oligodendrocitos son capaces de mielinizar a varios axones a la vez, mientras que en
el SNP, en las fibras miélinicas, existe una relación 1:1 entre el axón y la célula de
Schwann. También se observan diferencias en la composición de la mielina entre el
SNC y el SNP. Ambos tipos de mielina presentan una relación lípido/proteína elevada
(70-80% de lípidos, 20-30% de proteínas) que le permite desarrollar la función de
aislante tan importante en la conducción del impulso nervioso. Sin embargo, la
mielina en el SNP presenta una mayor proporción de esfingomielina en su
composición lipídica (10-35% de la composición lipídica total frente al 3-8% en el
SNC), mientras que el contenido de gangliósidos y de monogalactosilesfingolípidos
asociados con cerebrósidos y sulfátidos, es sensiblemente menor en el SNP.
Diferencias observadas en el componente proteico de la mielina; así, las glicoproteinas
son el principal constituyente de la mielina en el SNP (representan el 60% de las
proteínas), pero son un componente minoritario en la mielina del SNC; P0 (protein
zero) constituye la proteína más abundante en el SNP y sin embargo no está presente
en el SNC. PLP (myelin proteolipid protein) apenas se expresa en la mielina del SNP
pero es la glicoproteína mayoritaria en la mielina del SNC. La tabla 13.1 recoge las
características de las principales proteínas de la mielina del SNP.
Tabla 13.1. Características de las proteínas de la mielina del SNP. Modificado de Garbay et al., 2000.
Abundancia (%
del total
proteico en la
mielina)
Glicoproteínas
P0
PMP22
MAG
Periaxina
E-cadherina
Proteínas
básicas
MBP
P2
Otras proteínas
CNP
PLP/DM20
Cx32
Peso
molecular
(kDa)
Dominios
Transmembrana
Localización
(mielina compacta o
mielina no compacta)
50-70%
2-5%
1%
5%
< 0.5%
28
22
100
170
130
1
4
1
1
Compacta
Compacta
No compacta
No compacta
No compacta
5-15%
1-10%
14-21.5
14.8
-
Compacta
Compacta
< 0.5%
< 0.5%
< 0.5%
46/48
30/25
32
4
4
Compacta
¿?
No compacta
La mayor diferencia entre el SNC y el SNP, es su respuesta a una lesión. En el
SNC no ocurre una remielinización de los axones dañados tras una lesión,
principalmente por la presencia de factores inhibidores del crecimiento en la
superficie de los oligondendrocitos (el mejor conocido, NOGO) y en la cicatriz glial
(principalmente proteoglicanos con grupos condritin sulfato). En el SNP, sin embargo,
no existe la limitación física al crecimiento que supone la cicatriz glial, y las células de
Schwann no expresan después de la lesión ninguna molécula inhibidora del
crecimiento axonal; y de este modo la remielinización del axón dañado junto con el
restablecimiento de la conectividad del axón con su anterior diana, posibilitan la
recuperación de la función nerviosa en el SNP tras una lesión.
Los esteroides participan en el proceso de mielinización y constituyen uno de los
factores secretados de manera autocrina por la célula de Schwann durante dicho
proceso; el esteroide más estudiado al respecto es la progesterona. Las células de
Schwann y los oligodendrocitos son capaces de sintetizar progesterona, la cual
estimula la formación de vainas de mielina en cultivos mixtos de neuronas y células
de Schwann; además, en dichos cultivos mixtos hay una inducción de enzimas
esteroidogénicas que coinciden con el proceso de mielinización Además la
progesterona y sus derivados (dihidroprogesterona, DHP y tetrahidroprogesterona,
THP)) son capaces de modificar la expresión génica de las proteínas de la mielina.
Melcangi y colaboradores han puesto de manifiesto que tanto progesterona como DHP
modifican la expresión génica de P0. El otro metabolito de la progesterona, THP, es a
su vez capaz de influir también sobre los niveles de ARNm de PMP22.
El papel de la progesterona en la mielinización no se restringe sólo al proceso en
situaciones “normales”, sino que la progesterona y sus derivados también han
mostrado ser eficaces en la remielinización tras una lesión.
Todos estos datos señalan a la progesterona y a sus derivados como herramientas
terapéuticas potenciales para el tratamiento de situaciones en los que haya una
pérdida y alteraciones en la mielina, como ocurre en la neuropatía diabética o en el
envejecimiento.
MODELOS EXPERIMENTALES QUE UTILIZADOS EN EL ESTUDIO
DE LA NEUROPATÍA
Neuropatía diabética
La neuropatía diabética constituye una de las complicaciones de la diabetes y aparece
sintomáticamente en el 25% de la población humana diabética (véase capítulo 42).
Los síntomas son entumecimiento, pérdida de sensibilidad y algunas veces dolor en
las extremidades, con aparición en ocasiones de ulceraciones en manos y pies,
consecuencia de la pérdida de sensibilidad en dichas zonas.
La neuropatía diabética en el ser humano se caracteriza por la aparición de signos
patológicos en los nervios entre los que cabe destacar la desmielinización segmental,
la degeneración de los axones, la reducción en la densidad de fibras mielínicas y la
disminución en la velocidad de conducción del impulso nervioso. La alteración en la
función de los nervios periféricos en la diabetes está provocada principalmente por
tres factores interrelacionados y que afectan profundamente a la fisiología de las
células de Schwann:
• hipoxia: los nervios sufren un descenso en la oxigenación, principalmente
producido por un aumento en los factores vasoconstrictores endoteliales,
alteraciones en el grosor de la membrana basal y aumento en la viscosidad del
plasma sanguíneo
• daño oxidativo: la elevada concentración de glucosa produce su auto
oxidación, el aumento de las especies reactivas de oxígeno, y la formación de
productos de glicosilación avanzada (AGEs, advanced glycosilated end
products) en el nervio que tienen como consecuencia final un aumento de la
muerte de las células de Schwann.
• alteraciones metabólicas: la hiperglicemia tiene como consecuencia, además,
la alteración funcional de un gran número de enzimas metabólicas,
metabolitos, receptores y factores de crecimiento.
• Una de las consecuencias funcionales más importantes de la neuropatía
diabética es la disminución de la velocidad de conducción nerviosa. Esta
disminución es uno de los signos patológicos más tempranos en la neuropatía
diabética. La velocidad del impulso nervioso depende principalmente de tres
factores:
• el calibre de la fibra. El calibre axonal está principalmente determinado por la
cantidad de neurofilamentos y el espacio existente entre ellos
• el aislamiento de la fibra, que viene determinado por el grosor de la mielina.
• la corriente que se genera en los nodos. Este factor depende del gradiente
iónico generado por las bombas y del número de canales de Na+ dependientes
de voltaje que existan en los nodos.
Resultados de nuestro laboratorio en el modelo de neuropatía diabética
En nuestro estudio, la diabetes se indujo en los animales de experimentación con una
inyección de estreptozotocina (STZ) A modo de resumen, nuestros resultados indican
que, al menos en los tres primeros meses después de la inducción de la diabetes, la
mielina es el principal componente del nervio ciático afectado en ratas, con una
reducción en la expresión génica de las proteínas de la mielina P0 y PMP22. El hecho
de que los componentes principales del citoesqueleto (neurofilamentos y la αtubulina) y MAG (que regula a través de la fosforilación de los neurofilamentos el
calibre axonal) no se modifiquen, nos hace pensar que el componente axonal en
cambio, no se ve afectado en las fases iniciales de esta neuropatía. De esta manera,
podemos suponer que los cambios en la mielina preceden a los cambios en el axón en
nuestro modelo de neuropatía diabética y que la disminución de la cantidad de ARNm
para P0 y PMP22, representa uno de los primeros indicadores del daño en el nervio en
esta enfermedad. Asimismo, podemos pensar que el déficit de conducción del impulso
nervioso descrito en etapas tempranas de la neuropatía diabética, se debe en parte a
las alteraciones en la función de la mielina, consecuencia de la disminución en la
expresión de dichas proteínas.
Efecto de la progesterona en la expresión de las proteínas de la mielina del
nervio ciático de ratas diabéticas.
Hemos comentado que en la neuropatía diabética se produce una reducción en la
expresión génica de P0 y PMP22. Dado que se ha demostrado que la progesterona y
sus derivados influyen en la expresión de dichas proteínas se administraron dichos
esteroides con el fin de evaluar si eran capaces de revertir aquella disminución. La
progesterona bloqueó la disminución en la expresión génica de P0 provocada por la
diabetes, sin embargo, fue incapaz de revertir el descenso en la expresión génica de
PMP22. Por otro lado, la expresión génica de P0 y PMP22 en ratas diabéticas no se vio
alterada por el tratamiento con DHP y THP. Ya hemos comentado anteriormente que
P0 y PMP22 forman complejos en las membranas mielínicas y que la expresión de
PMP22 está profundamente influida por la de P0. No obstante y aunque la diabetes
experimental tiene un efecto similar en la expresión génica de ambas proteínas, la
progesterona únicamente afecta a la cantidad de ARNm para P0 en nuestro modelo.
A día de hoy, no existe un tratamiento específico para la neuropatía diabética.
Todos los potenciales tratamientos aún están en fase experimental y la mayoría están
enfocados a disminuir el daño provocado por los altos niveles de glucosa en el
ambiente nervioso; los inhibidores de la aldosa reductasa o los antioxidantes son
algunos de los tratamientos en fase de experimentación en ratas. Sin embargo,
existen pocos orientados a estimular los mecanismos endógenos de reparación y
regeneración. La combinación de ambas aproximaciones terapéuticas, reducir por un
lado el daño y por otro estimular los procesos de regeneración, se presenta como la
terapia ideal para reestablecer el correcto funcionamiento del nervio. Ya hemos
señalado que la progesterona constituye un factor autocrino que participa en la
remielinización posterior a una lesión en el SNP (6), por lo que la estimulación local de
la síntesis de progesterona en las células de Schwann podría contribuir a la
regeneración de los nervios dañados por el ambiente hiperglicémico.
Envejecimiento
La función de los nervios periféricos se ve afectada por el envejecimiento. Se ha
descrito que la velocidad de conducción nerviosa es menor en sujetos ancianos que en
jóvenes. Las pérdidas funcionales pueden ser consecuencia de una pérdida de fibras
nerviosas, de la presencia de anormalidades en la mielina y de alteraciones del tejido
conectivo y vascular de los nervios, entre otras causas. El envejecimiento también
afecta a la capacidad de regeneración y de inervación de los órganos diana, aunque
con distintos grados dependiendo de si la fibra es motora, sensitiva o autonómica.
Es posible que la pérdida en la función del nervio periférico se deba en parte a una
disminución en la síntesis, metabolismo y transporte de los esteroides sexuales
asociada con la edad. Dado que los progestágenos son capaces de influir en el proceso
de mielinización y que la DHT modifica la expresión génica de la P0.
Resultados de nuestro laboratorio en el envejecimiento
Estudios hechos en nuestro laboratorio confirman un descenso tanto en el número de
fibras totales como en las fibras mielínicas pequeñas. Es más, las alteraciones en la
mielina de ratas viejas han quedado patentes por un aumento significativo en el
número de fibras con un perfil irregular y en el número de fibras que presentan
invaginaciones mielínicas en el axoplasma. Dichas alteraciones son características en
situaciones de atrofia y degeneración axonal, un fenómeno que ocurre durante el
envejecimiento.
Efecto de los progestágenos y de los andrógenos en el nervio ciático de ratas
viejas
En los nervios de ratas viejas, el tratamiento con testosterona o con sus derivados
metabólicos DHT y 3α-diol no afecta a ninguno de los parámetros de la mielina
evaluados en nuestro estudio. En cambio, tanto la progesterona, como sus derivados
DHP y THP, tienen un claro efecto sobre el número de fibras mielínicas, su contorno y
la presencia de anormalidades en la mielina. También, el grado de mielinización de las
fibras mielínicas pequeñas se ve significativamente aumentado por el tratamiento con
progesterona, DHP y THP.
Se ha propuesto que la progesterona y sus derivados influyen en la expresión de
las proteínas de la mielina a través de dos mecanismos: la progesterona y DHP se
unen al receptor de progesterona y el complejo esteroide-receptor actúa como factor
de transcripción de las proteínas de la mielina. THP sin embargo, actuaría a través de
un mecanismo independiente del receptor de progesterona y que implica su
interacción con los receptores de membrana GABAa.
Con todos estos resultados en conjunto hemos demostrado que, tanto
progesterona, como sus derivados DHP y THP protegen al tejido nervioso periférico de
las alteraciones morfológicas asociadas con la edad. Las alteraciones en la mielina
constituyen uno de los factores principales en el desarrollo de las alteraciones
fisiológicas del nervio. Es lógico pensar que la preservación de la morfología con el
tratamiento con progestágenos se traduzca a su vez en una mejora en la velocidad de
conducción del impulso nervioso. No obstante, son necesarios estudios que constaten
directamente el efecto de los progestágenos sobre la alteración en la velocidad del
impulso nervioso que ocurre durante el envejecimiento.
Como conclusión, hemos presentado evidencias que señalan a la progesterona y
sus derivados DHP y THP como agentes regeneradores en el SNP en situaciones de
lesión. Algunas de las alteraciones producidas por la diabetes y por el envejecimiento
en el nervio ciático de ratas son revertidas por la administración de progesterona o
sus derivados. De esta manera, los esteroides y en particular, los progestágenos se
revelan como factores determinantes de la función nerviosa en el SNP. De igual
manera, constituyen una posible diana terapéutica para el tratamiento de situaciones
en las que sea necesaria una reconstrucción de la mielina y/o una regeneración
axonal, como después de un daño en nervios periféricos, durante el envejecimiento o
en enfermedades desmielinizantes hereditarias como la de Charcot-Marie-Tooth tipo
1a o el síndrome de Déjérine-Sottas.
AGRADECIMIENTOS
Todos estos datos que hemos presentado, se encuentran publicados en diferentes trabajos de investigación
y son parte de la Tesis Doctoral del Dr. Sergio Veiga Herreros.
BIBLIOGRAFÍA
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PARTE III
CRECIMIENTO Y
MADURACIÓN
SEXUAL
CAPÍTULO 16
H O R M O N A D E C R E C IM IE N T O
) %
'
La hormona de crecimiento o somatotropina (GH, growth hormone) es la hormona
adenohipofisaria más abundante. En condiciones normales, la hipófisis humana
contiene entre 5 y 10 mg de GH, lo que supone un 10% del peso de la glándula. La GH
hipofisaria pertenece a una familia de hormonas estructuralmente relacionadas que se
encuentran codificadas por un cluster de 5 genes localizados en el brazo corto del
cromosoma 17, constituido por los genes hGH-N (que codifica la GH hipofisaria), hGHV (que codifica la GH variante o GH placentaria), hCS-A y hCS-B (que codifican la
misma proteína, la somatomamotropina coriónica) y hCS-L (que codifica la
pseudosomatomamotropina coriónica). De todos ellos, el gen hGH-N es el único que se
expresa durante el periodo postnatal. Además, la familia de genes GH se encuentra
también relacionada estructuralmente con el gen de la PRL, habiéndose originado
todos ellos de un precursor ancestral común.
La propia GH hipofisaria es, en realidad, un conjunto de hormonas en la que la
forma mayoritaria (aproximadamente el 90%) es una proteína de 191 aminoácidos y
22 kDa, denominada GH22K. El 10% restante está constituido principalmente por
una variante originada por un procesamiento alternativo del mRNA en el que se
eliminan los 45 primeros nucleótidos del exón III, dando lugar a una proteína de 20
kDa que presenta una supresión interna de 15 aminoacidos (GH20K). Existen,
además, otras variantes de GH hipofisaria originadas por procesamientos alternativos
diferentes al descrito y por modificaciones posttraducción (deamidación,
glucosidación, dimerización, oligomerización, etc.). El significado fisiológico de las
distintas variantes de GH es desconocido.
REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN DE GH
La secreción de GH se produce de forma episódica, con múltiples picos de secreción
separados por periodos en los que los niveles de GH son prácticamente indetectables.
El máximo de secreción de GH se produce durante la noche, asociado a la fase de
ondas lentas del sueño. Este pico de secreción está más asociado al ciclo sueño/vigilia
que al ritmo luz/oscuridad y, de hecho, los individuos que duermen de día presentan
también la máxima secreción de GH durante la fase de ondas lentas. El patrón de
secreción de GH presenta un marcado dimorfismo sexual. En mujeres los picos son
más frecuentes y de menor amplitud.
La secreción de GH está regulada fundamentalmente por 2 neurohormonas
hipotalámicas, una de carácter estimulador, la GHRH y otra de carácter inhibidor, la
somatostatina (SS o SRIF) (figura 16.1, véase capítulo 9). Ambas son liberadas a la
circulación portal de forma alternante, es decir, cuando se produce un pulso secretor
de GHRH se inhibe la liberación de SS, y cuando aumenta la secreción de SS
disminuye la de GHRH. Recientemente se ha descrito un nuevo péptido liberador de
GH denominado ghrelina (véase capítulo 17. La ghrelina es un péptido de 28
aminoácidos que es liberado por las células oxínticas de la mucosa gástrica y que
estimula de forma selectiva la síntesis u secreción de GH hipofisaria actuando a través
de receptores específicos acoplados a Gs. Sin embargo, los ratones knockout de
ghrelina no presentan ninguna alteración del crecimiento ni ninguna diferencia en su
fenotipo con relación a los ratones normales.
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Figura 16.1. Regulación de la secreción de GH
Además de por GHRH, SS y ghrelin, la secreción de GH está regulada por
múltiples neurotransmisores, neuropéptidos, hormonas periféricas y señales
metabólicas, aunque la mayor parte de ellos lo hacen de forma indirecta, modulando
la liberación de GHRH y/o de SS. Dentro de los neurotransmisores, los más
importantes son la noradrenalina, la acetilcolina, la dopamina y el óxido nítrico. Entre
las hormonas periféricas, las más importantes son los esteroides sexuales,
responsables del patrón dimórfico de secreción y la IGF-1 una proteína sintetizada en
el hígado capaz de inhibir la secreción de GH actuando tanto sobre la hipófisis como
sobre el hipotálamo. Otras hormonas periféricas implicadas en el control de la
secreción de GH son los glucocorticoides, las hormonas tiroideas y la leptina.
ACCIONES BIOLÓGICAS DE LA GH
A diferencia del resto de hormonas adenohipofisarias, la GH carece de un órgano
diana definido, ejerciendo sus acciones sobre múltiples tejidos. Aunque, como su
nombre indica, uno de los principales efectos de la GH es inducir el crecimiento
corporal, la GH es, en realidad, una importante reguladora de múltiples aspectos del
metabolismo celular, siendo el crecimiento únicamente una consecuencia de ellos.
• efecto anabolizante. La GH estimula la síntesis proteica debido a que aumenta
la captación celular de aminoácidos, incrementa la traducción del mRNA y
disminuye el catabolismo proteico. Estos efectos se ejercen principalmente
sobre hígado y músculo.
• efecto lipolítico. La GH favorece la utilización de grasas como fuente de energía
y, de esta forma, estimula la lipolisis sobre todo en músculo e hígado. Como
consecuencia de este efecto lipolítico, se produce un incremento de los niveles
de FFA en plasma. Además, la GH favorece la β-oxidación de los ácidos grasos,
lo que genera un aumento de la formación de acetil CoA. Este exceso de acetil
CoA favorece la formación de cuerpos cetónicos, pudiendo llegar, en algunos
casos, a producirse cetoacidosis. Además, el exceso de acetil CoA produce un
ahorro de piruvato en el ciclo del ácido cítrico y estimula la neoglucogénesis, lo
que favorece el efecto hiperglucemiante de la GH.
• efecto hiperglucemiante. La GH produce un aumento de la glucemia debido a
que disminuye la captación celular de glucosa, fundamentalmente en músculo
y tejido adiposo. Este efecto es en parte secundario al aumento de la lipolisis y
por lo tanto de los niveles de FFA en plasma y en parte debido a una
modulación del número de transportadores GLUT por la GH. En segundo
lugar, la GH disminuye la utilización de la glucosa como fuente de energía al
favorecer la oxidación de FA. Además, la GH aumenta la liberación de glucosa
por el hígado, debido a que incrementa la neoglucogénesis (en parte también
secundario al aumento de la lipolisis) y antagoniza los efectos de la insulina en
músculo y tejido adiposo (pero no en hígado).
• estimulación de la proliferación celular. La GH es capaz de actuar como un
factor mitogénico en múltiples tipos celulares, entre los que se encuentran los
condrocitos del cartílago de crecimiento, células hemáticas, células
musculares, etc.
• estimulación de la supervivencia celular. La GH actúa como un factor de
supervivencia inhibiendo de forma directa vías proapoptóticas.
• estimulación de la diferenciación celular.
El receptor de GH pertenece a la familia de receptores de citoquinas. Su dominio
intracelular se encuentra acoplado a JAK-2. Para que se produzca la activación del
GHR ha de producirse un proceso de dimerización que es inducido por la propia GH
que presenta en su secuencia dos sitios de unión al GHR (denominados sitio I y sitio
II). La unión de una molécula de GHR al sitio 1 de una molécula de GH provoca el
reclutamiento de una segunda molécula de GHR que se une al sitio II de la GH. La
formación de este complejo trimérico produce un cambio conformacinal del dominio
intracelular del receptor que a su vez determina su fosforilación y la fosforilación de
JAK-2. El dominio extracelular del GHR puede sufrir un procesamiento proteolítico
dando lugar a la formación de la proteína transportadora de GH (GHBP) que actúa
como almacén circulante de la hormona.
LA FAMILIA DE FACTORES DE CRECIMIENTO INSULIN-LIKE (IGFs)
Tras el descubrimiento realizado a finales de los años 50 por un grupo de
investigadores, sugiriendo la posibilidad de que ciertas acciones hasta el momento
atribuidas de forma directa a la GH podrían no ser mediadas por ésta, planteó la
posibilidad de que existiese un factor, que aunque dependiente de GH, fuese el
responsable directo de algunas las acciones desempeñadas por la hormona. En base a
la naturaleza de los efectos biológicos desempeñados por este nuevo factor,
principalmente metabólicos y muy similares a los de la insulina, se le denominó
inicialmente “somatomedina”, siendo posteriormente rebautizado con el nombre de
factor de crecimiento insulin-like, IGF-1 (Insulin-like growth factor-1), principalmente
debido a su homología estructural con la propia insulina. Esta característica va a
definir una nueva familia de factores de crecimiento (IGFs) que incluye los tres
ligandos identificados hasta el momento: IGF-1, IGF-2 e insulina. No obstante, a
partir de ahora al referirnos a los IGFs estaremos hablando principalmente de IGF-1 e
IGF-2. Tanto IGF-1 como IGF-2 son sintetizados en múltiples tejidos y secretados a
medida que se sintetizan, no siendo almacenados en ningún órgano tras su síntesis.
Aunque las principales acciones de IGFs son ejercidas de forma autocrina/paracrina,
no podemos olvidarnos de las desempeñadas de forma endocrina (a distancia);
responsable de estas acciones es el IGF-1 circulante cuya principal fuente de síntesis
es el hígado, tal y como se ha podido demostrar tras la generación del mutante
condicional de igf1 en ratón, modelo en el que el gen de IGF-1 ha sido selectivamente
eliminado en el tejido hepático y no en el resto de tejidos en los que se expresa. De
hecho, este mutante condicional de igf1 en hígado presenta una reducción de
aproximadamente un 75% de los niveles de IGF-1 circulantes séricos, lo que indica a
su vez que los niveles circulantes de IGF-1 tras la liberación de GH son generados
principalmente a expensas del IGF-1 de origen hepático. Curiosamente y a pesar de
esta importante reducción no se ha podido observar efecto alguno sobre el desarrollo
postnatal.
Los receptores de los IGFs y sus proteínas transportadoras (IGFBPs)
IGF1 es de ambos el factor más relevante durante el periodo de vida postnatal,
mientras que IGF-2 parece jugar un importante papel principalmente a lo largo del
periodo fetal. Ambos factores ejercen sus acciones biológicas a través del receptor de
IGF-1 (IGF1-R), receptor que presenta una homología con el receptor de insulina
superior al 60% en su secuencia proteica, llegando a ser ésta del 85% en su dominio
tirosina-quinasa. Estructuralmente es un tetrámero, formado por 2 cadenas alfa y dos
cadenas beta unidas entre si por puentes disulfuro. Las subunidades α conforman el
dominio extracelular del receptor y contienen la secuencia de reconocimiento del
ligando. Las subunidades β constituyen los dominios transmembrana e intracelular
del receptor, siendo por tanto las encargadas de anclar el receptor a la membrana
celular (dominio transmembrana) y de alojar el dominio quinasa (dominio
intracelular). Una vez el ligando se une al receptor, éste se activa fosforilando a su vez
a una proteína asociada al dominio intracelular denominada IRS, cuya activación será
fundamental en el mecanismo de transmisión de la señal (figura 16.2). El receptor
IGF-II/manosa-6-fosfato es una proteína transmembrana de cadena sencilla con un
dominio citoplasmático corto. Este segundo receptor presenta mayor afinidad por IGF2 y manosa-6-fosfato, y probablemente participe únicamente en el proceso de
internalización y degradación de IGF-2 contribuyendo a la regulación de los niveles
extracelulares de este factor durante el periodo de desarrollo fetal.
Las acciones de los IGFs están reguladas a su vez por una familia de proteínas
transportadoras denominadas IGFBPs (IGF binding proteins). Hasta el momento han
sido identificadas seis de ellas, y aunque todas son codificadas por genes diferentes
presentan una elevada homología entre ellos, lo que hace suponer que proceden de un
gen ancestral común. A diferencia de lo que ocurre con las proteínas transportadoras
de otros ligandos, como las de GH (GHBPs), en las que existe una clara relación
estructural entre sus proteínas transportadoras y el receptor específico, en la familia
de IGFs esta relación no existe. Esta diferencia estructural entre IGF-Rs e IGFBPs
condiciona el hecho de que las proteínas transportadoras presenten una alta afinidad
por los IGFs pero no por la insulina, a diferencia de los que ocurre, como ya hemos
visto anteriormente, en el caso del receptor de IGF-I. De todas las proteínas
transportadoras una de las más importantes es la IGFBP3, principal responsable de
regular los efectos biológicos del IGF-I circulante. Esta IGFBP unida al IGF-I circulante
y la subunidad ácido lábil (ALS) conforman el denominado complejo ternario. Tanto
las IGFBPs como la ALS son sintetizadas principalmente en el hígado (al igual que la
IGF-I circulante) y su síntesis depende tanto del estado nutricional como de los niveles
de GH. Como ocurre con todas las proteínas transportadoras, las IGFBPs regulan la
vida media de los IGFs, así como su disponibilidad y por lo tanto su actividad
biológica. Además, existe también una importante síntesis de IGFBPs local, que
actuaría regulando la biodisponibilidad del IGF-I sintetizado en los distintos tejidos
(acción paracrina).
Figura 16.2. Estructura del receptor de IGF1
PRINCIPALES ACCIONES DE LOS FACTORES DE CRECIMIENTO
INSULIN-LIKE
Como ya hemos adelantado, la irrupción de los modelos animales modificados
genéticamente ha permitido una mejor caracterización de las funciones fisiológicas
desempeñadas por estos factores. La eliminación selectiva del gen igf1 no tejidoespecífica provoca una disminución del tamaño en los neonatos e impide su posterior
crecimiento postnatal. Sin embargo aquellos en los que tanto el gen de GH como el de
GHR fueron delecionados presentan un tamaño normal en el momento del nacimiento,
lo que demuestra que IGF-1 puede ejercer su papel sobre el crecimiento fetal de forma
GH-independiente. Entre las principales acciones biológicas desempeñadas por IGF-1
podemos citar:
• acción hipoglucemiente. El IGF-1 ejerce sobre el metabolismo acciones
similares a las de la insulina, aunque menos potentes. Estimula la captación
de glucosa y la utilización de glucosa como fuente de energía. Estas acciones
opuestas a las ejercidas por la GH, son las
responsables de lo que
antiguamente se conocía como efecto hipoglucemiante a largo plazo de la GH.
• aumento de la síntesis de FFA.
• estimulación de la proliferación celular. Al igual que ocurría con la GH, IGF-I
actúa como un factor mitógenico en múltiples tipos celulares.
• stimulación de la supervivencia celular.
Por tanto, la importancia del IGF-1 no sólo se ha puesto de manifiesto en la clínica
tras haber identificado individuos que presentaban delecciones parciales del gen, lo
que provoca un grave retraso del crecimiento así como sordera neurosensorial,
microcefalia y retraso mental, si no que también los diferentes modelos basados en
animales modificados genéticamente en los que IGF-1 ha sido delecionado de forma
específica fenocopian todo lo observado en este tipo de pacientes. Por otra parte, y
como ya hemos comentado a lo largo de este capítulo, la eliminación de la expresión
del gen de IGF-1 en hígado no muestra un fenotipo característico de la ausencia total
de la hormona, aunque si un incremento de los niveles de GH, lo que sugiere que la
IGF-1 circulante no es vital para estimular el crecimiento, aunque sí parece
desempeñar un papel importante en el sistema de retroalimentación de la GH (figura
16.1).
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CAPÍTULO 17
R E G U L A C IÓ N Y A C C IO N E S D E L A
G H R E L IN A
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Los primeros agonistas sintéticos con actividad similar a la ghrelina, los péptidos
liberadores de GH (GHRPs) y secretagogos de GH (GHSs) fueron descubiertos por
Bowers y colaboradores, a finales de los 70, seguido por la clonación del receptor de
los GHs (GHS-R) en 1996 por Smith y colaboradores. Posteriormente, los estudios
realizados por el grupo de Kojima llevaron a la identificación de un péptido acilado de
28 aminoácidos como el ligando endógeno para el (GHS-R) al que se le denominó
ghrelina. Esta molécula posee una acilación de la serina 3 (Ser3) que parece ser la
responsable de la actividad biológica de la ghrelina, siendo la primera vez que se ha
observado esta modificación en la fisiología de los mamíferos. La zona octanoilada es
esencial para la unión y activación del subtipo GHS-R1a. Además, la ghrelina también
se puede unir a diferentes subtipos del GHS-R o familias de receptores donde la cara
octanoilada no es necesaria. La ghrelina no acilada no posee actividad liberadora de
GH ni ninguna otra acción endocrina (figura 17.1).
El segundo ligando endógeno para los GHS se aisló también en el estómago de
rata. Se denominó des-Gln14-ghrelina y tiene también la esterificación en el residuo 3
de la serina. Es idéntica a la ghrelina excepto en una glutamina que se ha perdido en
la posición 14, posiblemente a través de un splicing alternativo del gen de la ghrelina.
La des-Gln14-ghrelina tiene una potencia similar a la ghrelina en cuanto a producir
un aumento en las concentraciones plasmáticas de GH. Recientemente se han aislado
nuevas isoformas de la ghrelina, que dependiendo del tipo de acilación que presenta
el residuo 3 de la serina se han clasificado en cuatro tipos distintos: ghrelina 27aa
octanoilada, ghrelina decanoilada, ghrelina 27aa decanoilada y ghrelina octanoilada.
Todas estas formas moleculares de la ghrelina están presentes tanto en el estómago
como en el plasma de humanos.
La ghrelina se produce predominantemente en el estómago, mientras que
cantidades mucho menores se han detectado en diferentes órganos (tabla 17.1).
Aunque la mayor parte de los niveles circulantes de ghrelina provienen del estómago,
otras fuentes pueden incrementar la secreción de la ghrelina de manera
compensatoria, ya que después de la gastrectomía los niveles de la hormona en
plasma solo se reducen un 65%.
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Figura 17.1. La ghrelina es el único péptido natural conocido en la biología de los mamíferos que posee
una acilación de un residuo aminoácido que es imprescindible para sus actividades biológicas. Bajo la
influencia de una todavía desconocida acyl-transferasa, un grupo hidroxilo de la serina en la posición 3 de
la molécula de la ghrelina es octanoilada. Esta modificación postranscripcional de la ghrelina es esencial
para la unión y activación del GHS-R 1a, mediante el cual ejerce sus acciones sobre la liberación de la GH,
sobre el balance energético y la homeostasis de la glucosa. Aunque la principal forma activa de la ghrelina
humana es un péptido octanoilado de 28 aa, la gran mayoría (80–90%) de la ghrelina circulante se ha
observado que no está octanoilada. Esta ghrelina no acilada posee efectos cardiovasculares y
antiproliferativos, y parece lógico pensar que estas actividades están mediadas por algún subtipo de la
familia de receptores que todavía no se conoce. Debido a la ausencia de una información más detallada
sobre la especificidad de los tejidos, la reversibilidad y las cinéticas de los enzimas del proceso de desoctanoilación, la información que podemos obtener de la cuantificación de la ghrelina plasmática es muy
limitada, pero debería incluirse el análisis de ambas formas.
Tabla 17.1. Distribución de la ghrelina en los diferentes tejidos.
Organo
Tipo celular
Estómago
Hipófisis
Hipotálamo
Riñón
Placenta
Páncreas
Pulmón
Esófago
Ovario
Testículo
Células X/A
Núcleo Arcuato
Células cito- y sincitiotrofoblásticas
Células α y β
Células endocrinas
Cuerpo lúteo
Células de Leydig
REGULACIÓN DE LA GHRELINA
El nivel de activación del GHS-R es el parámetro decisivo para la acción de ghrelina.
La regulación de la acción de la ghrelina involucra diferentes mecanismos que son al
menos en parte, independientes. Estos mecanismos incluyen: 1) la regulación de la
transcripción y traducción del gen de ghrelina; 2) el nivel de actividad enzimática de la
acil transferasa que es responsable de la octanoilación de la molécula; 3) tasa de
secreción de la ghrelina; 4) proceso enzimático que desactiva la ghrelina circulante; 5)
posible influencia de las proteínas de unión al ghrelina sobre la bioactividad de las
hormonas; 6) accesibilidad del tejido-diana (por ejemplo el transporte a través de la
barrera hematoencefálica); 7) degradación de la ghrelina a su paso por el hígado o el
riñón; 8) concentración circulante de ligandos endógenos adicionales u otras posibles
hormonas con reacción cruzada; 9) la cantidad de expresión del GHS-R en el tejido
diana; 10) su sensibilidad a los mecanismos de señalización intracelulares.
Los niveles de ghrelina disminuyen en individuos obesos, mientras que se
incrementan en pacientes con malnutrición debido a caquexia o anorexia nerviosa.
Una excepción es el síndrome Prader-Willi es el síndrome más común de obesidad
humana. Se caracteriza por una hiperfagia severa, deficiencia en GH e hipogonadismo
entre otras. En los pacientes con este síndrome los niveles de ghrelina son muy
elevados respecto a los otros tipos de obesidad. Mientras que en los diferentes
modelos de obesidad la ghrelina se correlacionaba negativamente con el índice de
masa corporal, en los pacientes con síndrome Prader-Willi, la hiperghrelinemia parece
ser la responsable de la hiperfagia.
Por último, los niveles de ghrelina se incrementan antes de la ingesta, y
disminuyen hasta valores normales tras la alimentación, indicando que esta hormona
participa en el inicio de la ingesta.
ACCIONES DE LA GHRELINA
Ghrelina y secreción de GH
Tanto los experimentos realizados en roedores como los ensayos clínicos, han
demostrado que la ghrelina posee una potente actividad liberadora de GH. El grupo de
Kojima realizó un ensayo para determinar la actividad liberadora de GH que
presentaba la ghrelina y determinó que su potencia sobre la liberación de GH era
comparable a la de GHRH. En estudios realizados in vivo, se ha demostrado que los
niveles plasmáticos de GH se incrementan tras la administración de ghrelina a
diferentes dosis. Este efecto estimulador de la ghrelina sobre la secreción de GH
puede llegar a ser de 2 a 3 veces mayor que el ejercido por la GHRH. Por el contrario,
estudios in vitro han demostrado que el potencial liberador de la ghrelina sobre GH es
menor que el ejercido por la GHRH, mientras que no afecta a la secreción de otras
hormonas hipofisarias tales como la PRL, FSH, LH, TSH o ACTH. La diferencia en los
resultados obtenidos podría explicarse ya que la GHRH es necesaria para la
proliferación de células somatotropas.
Los datos obtenidos en humanos, corroboran que la ghrelina ejerce una acción
estimuladora sobre la secreción de GH. Además, los niveles plasmáticos de la
hormona aumentan durante el ayuno, seguidos de cambios marcados en los niveles
de GH, lo cual indica que la ghrelina es responsable del incremento de los niveles de
GH durante el ayuno. Sin embargo, no existe una correlación significativa entre los
niveles plasmáticos de ghrelina y los niveles circulantes de GH o IGF-1 en un estado
normal.
La liberación de GH ocurre mediante vías mediadas tanto por SS como por GHRH.
A pesar de que la ghrelina y el GHRH actúan mediante distintos receptores, la
presencia de GHRH es necesaria para que la ghrelina ejerza su acción. La GHRH
incrementa la expresión tanto de ghrelina como del GHS-R, mientras que la
interacción entre la ghrelina y la SS no está tan clara. En estudios realizados con
ratas Dwarf, con déficit de GH, se ha observado que la administración central de
ghrelina incrementa la expresión de GHRH en el núcleo arcuato y SS en el núcleo
paraventricular.
Ghrelina y balance energético
Los ensayos realizados en humanos mostraron un efecto orexigénico de ghrelina. Del
mismo modo, en experimentos realizados con animales, los resultados indicaron que
la administración de ghrelina producía adiposidad debido al incremento de la ingesta,
así como una reducción en el gasto energético. La actividad orexigénica y adipogénica
son independientes de la capacidad de liberar GH, y son mediadas por mecanismos
centrales específicos que a su vez son también modulados por la leptina. La
regulación de la secreción de ghrelina así como de sus acciones biológicas, parecen
ser opuestas a la leptina. Sin embargo, ambos factores, podrían estar involucrados en
el mismo mecanismo regulador que se ha desarrollado para informar al sistema
nervioso central sobre los diferentes estados del balance energético.
En los humanos, los niveles circulantes de ghrelina disminuyen durante la
obesidad y la ingesta aguda, estados de un balance energético positivo, mientras que
los niveles plasmáticos se incrementan con el ayuno y pacientes con anorexia
nerviosa. En los roedores, el ayuno y la hipoglicemia incrementan los niveles de
ghrelina, mientras que la ingesta, especialmente de carbohidratos, disminuye la
secreción de ghrelina.
Interacciones entre ghrelina y leptina: acciones opuestas en la
regulación de la ingesta
Uno de los descubrimientos más importantes en cuanto a regulación de la
homeostasis metabólica, ha sido la clonación de la leptina. Los ratones que no poseen
este gen (ob/ob) o carecen de los receptores de la leptina (db/db) poseen una obesidad
mórbida y son hiperfágicos. La leptina se libera principalmente en el tejido adiposo y
una de sus principales funciones es la de informar al hipotálamo de las reservas
energéticas del tejido adiposo. En el hipotálamo se encuentran diferentes
neuropéptidos que actúan como mediadores de las señales de adiposidad en el
sistema nervioso central, algunos de los cuales hablaremos a continuación (figuras
17.2 y 17.3).
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Figura 17.2. El núcleo arcuato (ARC) presenta dos tipos de neuronas con acciones opuestas. La activación
de las neuronas AGRP/NPY incrementa el apetito y el metabolismo, mientras que la activación de las
neuronas POMC/CART tiene el efecto opuesto. Estas neuronas se conectan con un segundo grupo de
neuronas en otros centros del cerebro, y así las señales se transmiten a través del tracto solitario hasta el
cuerpo. Muchas de las hormonas reguladoras del apetito funcionan a través del ARC, aunque también
pueden ejercer efectos directos sobre el tracto solitario y otros núcleos del cerebro.
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Figura 17.3. Mecanismos de acción de ghrelin y su interacción con la leptina.
Diferentes estudios han sugerido que el neuropéptido Y (NPY) es esencial para la vía
de señalización de la leptina. La administración central de este neuropéptido mimetiza
los efectos de la deficiencia de leptina, entre los que se incluyen la hiperfagia, la
disminución de la termogénesis en el tejido adiposo pardo y la resistencia a insulina
hiperinsulinémica. Además, la leptina inhibe la expresión de NPY en el núcleo arcuato
y la administración de NPY reduce la hiperfagia y la obesidad de los ratones ob/ob,
indicando que la leptina, para ejercer sus acciones requiere la señalización de NPY.
Las melanocortinas (MC) como la hormona estimuladora de melanocitos α (MSH), junto con otras señales tales como la hormona liberadora de corticotropina (CRH),
hormona liberadora de tirotropina (TRH), transcrito regulado por cocaína y
anfetamina (CART) y la interleuquina-1β (IL-1 ) crean un balance energético negativo.
La síntesis neuronal de estos péptidos se incrementa en respuesta al incremento de la
señal de adiposidad en el cerebro. Las MC son péptidos que derivan de la forma
precursora pro-opiomelanocortina (POMC) y ejercen sus efectos mediante la unión a
los miembros de la familia de receptores de MC. Los agonistas sintéticos para los
receptores de MC suprimían la ingesta, mientras los antagonistas sintéticos
producían el efecto contrario. El péptido relacionado con Agouti (AgRP) hipotalámico
se localiza en el núcleo arcuato y se incrementa por el ayuno y por la deficiencia de
leptina, indican que los antagonistas de los receptores de MC son muy importantes en
la regulación del peso corporal, y de acuerdo con su papel como molécula anabólica,
AgRP provoca hiperfagia. Por otro lado, la MCH se sobreexpresa en los ratones ob/ob
y durante el ayuno. La administración intracerebroventricular de MCH estimula la
ingesta, y el ratón knockout de MCH (mch-/-) presenta una disminución de la masa
corporal e hipofagia.
Se sabe que las células inmunorreactivas para la ghrelina se localizan en el núcleo
arcuato del hipotálamo, así como en el estómago. En el hipotálamo, la expresión de
GHS-R colocaliza con neuronas que expresan NPY, SS, GHRH y POMC. Se ha descrito
que la ghrelina incrementa la expresión del ARNm de NPY y AgRP. Por tanto, todos
estos resultados parecen indicar que el efecto orexigénico de la ghrelina debe estar
mediado por NPY/AgRP, que a su vez activarían los mecanismos orexigénicos
involucrados en la regulación de la ingesta y del peso corporal. Recientemente,
también se ha comprobado que la ghrelina, además de incrementar la ingesta, posee
la capacidad de disminuír la actividad locomotora en los roedores (figura 17.3).
Se ha demostrado que existe una interacción entre la leptina y la ghrelina, ambas
tienen acciones contrarias (la ghrelina es orexigénica mientras que la leptina es
anorexigénica) y ambas regulan de manera opuesta la expresión de NPY/AgRP. El
efecto saciante de la leptina es abolido por la coadministración de ghrelina, lo que
demuestra sus acciones antagónicas; y en las ratas Zucker, que poseen una
resistencia parcial a la leptina, el efecto de la ghrelina es mayor, lo que indica que
cuando la actividad de la leptina disminuye, los efectos de la ghrelina son más
potentes. En este sentido, estudios recientes realizados en nuestro laboratorio han
demostrado que ambos factores regulan también de manera diferencial la expresión
del ARNm de GHS-R en el núcleo arcuato, ya que la ghrelina estimula la expresión de
su receptor, mientras que la leptina inhibe la expresión del GHS-R (figura 17.4). Por
tanto, parece que in vivo, estas dos hormonas interactúan a nivel hipotalámico, más
concretamente en el núcleo arcuato, regulando de manera opuesta tres factores
orexigénicos: NPY, AgRP y GHS-R.
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Figura 17.4. A y B. Incremento de la expresión del ARNm de NPY y AgRP tras la administración de
ghrelina. C. La leptina disminuye la expresión del ARNm del GHS-R en el núcleo arcuato del hipotálamo,
mientras que el ayuno incrementa la expresión del receptor. D. La ghrelina incrementa los niveles de
expresión del GHS-R en el núcleo arcuato.
Otras acciones de la ghrelina.
Además de sus acciones sobre la secreción de GH y el balance energético, la ghrelina
estimula la motilidad y secreción ácida gástrica. Pero esta hormona posee diferentes
acciones en los distintos tejidos donde se ha localizado. Tanto el ARNm de la ghrelina
como su receptor se expresan en carcinomas tiroideos medulares y en todos los tipos
de adenomas pituitarios, con una expresión diferente dependiendo del tipo,
sugiriendo que la síntesis local de la ghrelina puede tener una función autocrinaparacrina en la liberación de hormonas pituitarias. También son productores de
ghrelina los tumores del estómago y el intestino, así como hiperplasias
neuroendocrinas celulares, lo que representa un modelo clínico que podría clarificar
el impacto de la hipersecreción de la ghrelina sobre funciones endocrinas y no
endocrinas. La expresión de la ghrelina en células B y T humanas y en neutrófilos
parecen indicar que la ghrelina posee alguna función biológica sobre el sistema
inmune. La ghrelina localizada en la placenta podría estar involucrada en el
crecimiento y la maduración fetal. También se ha observado la expresión testicular de
la ghrelina, más concretamente en las células de Leydig, y se ha demostrado que esta
hormona inhibe la secreción testicular de testosterona, regulando la expresión de
diferentes proteínas reguladoras de los esteroides. En el ovario, la ghrelina parece
estar implicada en las funciones ováricas a lo largo del ciclo estral y durante la
gestación. Por último, se ha observado que la ghrelina ejerce diferentes efectos sobre
el sistema cardiovascular, mejorando la disfunción endotelial y ventricular (figura
17.5).
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Figura 17.5. Vías por las que la ghrelina puede ejercer sus funciones. La ghrelina producida en el
estómago o el intestino puede ser transportada por el torrente sanguíneo hasta circuitos neuronales
específicos del hipotálamo o el tronco cerebral, que regulan tanto la ingesta como el gasto energético.
Todavía se desconoce si la ghrelina puede atravesar la barrera hematoencefálica. Durante el transporte
sanguíneo, las lipoproteínas de alta densidad (HDLs) y otras proteínas como la albúmina pueden unirse a
la ghrelina. Sin embargo, la ghrelina puede actuar activando el sistema nervioso vago, como resultado de
una señalización autocrina o paracrina a nivel del estómago. Los GHS-Rs se expresan en los nervios
gástricos del sistema vago, y la vagotomía antagoniza algunos de los efectos de la ghrelina sobre el balance
energético.
PERSPECTIVAS FARMACOLÓGICAS Y CLÍNICAS.
Ya que la GH debe ser administrada mediante inyección o inhalación, los agonistas de
ghrelina han ofrecido promesas para el desarrollo de algún fármaco más conveniente
de tipo oral que contenga un agente que estimula de forma endógena la GH.
Investigaciones clínicas han investigado la capacidad de los agonistas de la ghrelina
para liberar GH de manera GHRH-independiente. Es importante decir que los GHSs y
tal vez la ghrelina pueden tratar fallos cardíacos e hipertensión. Los receptores de la
ghrelina fueron identificados recientemente en canceres humanos, y los agonistas de
la ghrelina pueden tener acciones anti-proliferativas, y en algunos casos, los
antagonistas de la ghrelina podrían ser beneficiosos.
Desde que se sabe que la ghrelina es una molécula que estimula el apetito en
roedores y humanos, parece claro que un antagonista de la hormona podría tener
claras implicaciones sobre el balance energético, sobre todo en los pacientes con el
síndrome Prader-Willi. Aunque también cabría la posibilidad de que al estimular la
secreción de GH, un antagonista de la ghrelina se utilizara en el tratamiento de la
acromegalia, hoy en día ya existen otros fármacos efectivos para este fin.
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CAPÍTULO 18
A C T U A L IZ A C IO N E S E N E N D O C R IN O L O G ÍA
D E L A R E P R O D U C C IÓ N
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La reproducción es la función biológica clave que asegura la supervivencia de las
diversas especies. En mamíferos, los sistemas de control de la función reproductora
son altamente sofisticados y presentan distintos niveles de organización funcional,
englobando desde señales neuroendocrinas y hormonas sistémicas a factores
producidos localmente. La adquisición de la capacidad reproductora completa y del
fenotipo masculino o femenino adulto a partir de la pubertad es el resultado final de
una serie concatenada de eventos de desarrollo que se integran en el proceso de
diferenciación sexual.
La diferenciación sexual se inicia con la determinación del sexo cromosómico,
responsable de la diferenciación gonadal en sentido masculino o femenino. A la
identificación inicial de la región del cromosoma Y determinante de la diferenciación
de la gónada en testículo le siguió de la clonación del gen SRY. En la actualidad, se
han caracterizado un conjunto de factores de trascripción (SF-1, GATA-4, WT-1, entre
otros) responsables de la expresión temprana de SRY, que a su vez permite la
translocación al núcleo del factor SOX-9 y la expresión de otros factores
determinantes del testículo, responsables últimos de la diferenciación testicular. Del
mismo modo, aunque inicialmente se consideraba que la diferenciación gonadal en
sentido femenino era una ruta defectiva activada en ausencia de SRY, actualmente se
han identificado factores esenciales para la diferenciación ovárica, tales como WNT-4
y DAX-1.
Una vez definida la diferenciación gonadal, la secuencia subsiguiente de procesos
de diferenciación sexual es completamente dependiente de señales hormonales. Así, la
secreción por el testículo fetal de testosterona y hormona anti-Mülleriana (AMH) es
responsable de la diferenciación genital en sentido masculino, mientras que la
ausencia de estas hormonas determina el desarrollo de genitales femeninos. Del
mismo modo, la diferenciación sexual de las estructuras cerebrales responsables del
control neuroendocrino de la reproducción y del comportamiento sexual tiene lugar
durante periodos tempranos (críticos) del desarrollo por acción de hormonas
(esteroides sexuales) secretados por las gónadas. Esto hace que la diferenciación
sexual sea potencialmente sensible a la acción de compuestos exógenos con actividad
disruptora endocrina, que pueden resultar en efectos adversos que se manifiestan con
carácter diferido (ver más adelante).
La pubertad marca la transición hacia el periodo adulto de la función
reproductora. Ésta debe ser entendida no como un evento puntual sino como una
secuencia de acontecimientos que conducen a la activación completa del eje
reproductor y la adquisición de la capacidad reproductora. Considerando la alta
frecuencia de alteraciones en la pubertad (pubertad precoz, retraso puberal, ausencia
de pubertad) y su importancia funcional, la caracterización de los mecanismos
moleculares responsables de la activación puberal ha concitado un gran interés en los
últimos años. Así, está bien caracterizado que la llegada de la pubertad se asocia a la
activación del generador hipotalámico de pulsos de GnRH (gonadotropin-releasing
hormone), neuropéptido con capacidad de estimular la secreción de ambas
gonadotropinas (LH y FSH) hipofisarias (véanse capítulos 11 y 12). Esta activación
peripuberal es el resultado de un fenómeno concertado de represión de señales
inhibidoras centrales (por ej. GABA) y la activación de circuitos activadores (por ej.
neuronas glutamatérgicas y noradrenérgicas, entre otras). Además de este control
trans-sináptico, más recientemente se ha puesto de manifiesto la importancia del
control de las neuronas GnRH por factores derivados de la glia, tales como TGFα y
neurorregulinas. Más aun, los análisis de cambios globales de la expresión de genes y
proteínas en el hipotálamo a lo largo de la pubertad, mediante técnicas genómicas y
proteómicas, han permitido ya la identificación de nuevos factores, EAP-1 (enhanced
at puberty-1) y TTF-1, potencialmente implicados en el inicio de la pubertad.
Finalmente, observaciones clínicas (cuadros familiares de hipogonadismo
hipogonadotropo) y experimentales (modelos genéticamente manipulados) han
posibilitado identificar muy recientemente el papel del sistema KiSS-1/GPR54 en la
activación puberal y la regulación funcional del eje neuroendocrino de la reproducción
(ver punto 4 de este capítulo).
Una vez alcanzada la etapa adulta, la función del eje neuroendocrino de la
reproducción, definido por tres niveles básicos de organización: el hipotálamo (GnRH),
la hipófisis (LH y FSH) y las gónadas, se encuentra bajo el control preciso de una
larga serie de señales hormonales periféricas, entre las que destacan los propios
productos de secreción gonadal: esteroides sexuales y péptidos (tales como inhibinas).
Los circuitos de control feed-back en los que se integran estos factores son bien
conocidos y han sido analizados en detalle en diversos textos. Más recientemente, se
ha iniciado la caracterización de las señales neuroendocrinas responsables del control
integrado de la reproducción y otras funciones biológicas relevantes; entre otras, los
sistemas de control del balance energético y el peso corporal.
CONTROL INTEGRADO DEL BALANCE ENERGÉTICO Y LA FUNCIÓN
REPRODUCTORA
La existencia de una estrecha relación entre la magnitud los depósitos energéticos del
organismo y la capacidad reproductora es conocida desde la antigüedad (figura
18.1)(véase capítulo). En la década de los 70, diversas observaciones epidemiológicas
y experimentales permitieron a Frisch proponer la existencia de un umbral de peso o
masa crítica corporal necesaria para la activación puberal y el posterior
mantenimiento de la capacidad reproductora. No obstante, las señales responsables
del control integrado de la función reproductora y el balance energético
permanecieron en gran medida desconocidas hasta la identificación en 1994 de la
hormona de origen adiposo leptina.
La leptina es una hormona secretada por el tejido adiposo blanco que juega un
papel clave en el control a largo plazo del peso corporal, actuando como factor que
señaliza la magnitud de los depósitos grasos a los centros hipotalámicos de control de
la ingesta. Sin embargo, muy pronto tras su clonación, se hizo evidente que las
acciones biológicas de la leptina no se circunscriben al mero control del balance
energético, y se extienden a la regulación de diversos sistemas neuroendocrinos.
Entre éstos, se ha demostrado que la leptina es una señal esencial en el control
neuroendocrino de la función reproductora, como lo demuestra la presencia de graves
alteraciones de la reproducción en modelos animales (ratones ob/ob y db/db, ratas
Zucker) y humanos de insuficiencia funcional de leptina. Así, la leptina operaría como
integrador neuroendocrino que ejerce una acción permisiva (o estimuladora) sobre el
generador hipotalámico de pulsos de GnRH permitiendo, en presencia de depósitos
grasos adecuados, el correcto desarrollo puberal y una correcta función reproductora
en la edad adulta. Análisis posteriores han permitido caracterizar en detalle el modo
de acción de la leptina sobre el eje neuroendocrino de la reproducción, que engloba
efectos a distintos niveles del eje, no sólo de naturaleza estimuladora sino también
inhibitoria. Entre estos últimos, se ha demostrado que la leptina puede inhibir
directamente la función esteroidogénica testicular, lo que contribuiría al cuadro de
hipogonadismo observado en formas extremas de obesidad (figura 18.1).
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Figura 18.1. Representación esquemática del modo de acción de leptina a distintos niveles del eje
neuroendocrino de la reproducción. En niveles fisiológicos de leptina, el efecto predominante es una acción
estimuladora/permisiva sobre el generador de pulsos GnRH. Adicionalmente se han descrito acciones
directas sobre la secreción hipofisaria de gonadotropinas, y efectos directos a nivel gonadal. En el esquema
se indica la capacidad de leptina de inhibir la secreción basal y estimulada de testosterona por el testículo,
lo que podría justificar, en parte, los efectos inhibitorios de la función reproductora en situaciones de clara
hiperleptinemia, tales como formas extremas de obesidad.
GHRELIN Y FUNCIÓN REPRODUCTORA
A pesar del papel relevante de la leptina en el control integrado del balance energético
y la función reproductora, es altamente probable que otros integradores
neuroendocrinos cooperen con aquella en esta función coordinada. Entre otros,
ghrelin es un firme candidato. La hormona ghrelin fue inicialmente identificada en
1999 como el ligando endógeno del receptor de los secretagogos de la GH (véase
capítulo 17). Esta hormona es un péptido de 28 amino ácidos, con una modificación
esencial (octanoilación) en el residuo 3 de serina, que es producida primariamente en
estómago. A pesar de su identificación inicial en el contexto del control de la secreción
de GH, un número creciente de evidencias experimentales indican que ghrelin
participa en la regulación de un número muy diverso de funciones biológicas, que
incluyen el control de la ingesta, en el que ghrelin operaría como una hormona
orexigénica (estímulo de la ingesta). Es destacable que los niveles circulantes de
ghrelin se correlacionan negativamente con el índice de masa corporal, por lo que se
ha propuesto que ghrelin constituye una señal de déficit energético que contribuiría a
la activación de los centros de control de la ingesta. Más aun, el análisis comparativo
de las acciones de leptina (señal de suficiencia energética) y ghrelin en el balance
energético demuestra acciones opuestas de estas señales, definiendo un sistema dual
(yin-yang) de control del peso corporal.
Dadas sus acciones en el control de la ingesta y otros ejes neuroendocrinos (GH),
y considerando las acciones de otros integradores neuroendocrinos (tales como la
leptina) en el control de la reproducción, en nuestro laboratorio hemos analizado la
posible implicación de ghrelin en control de distintos aspectos de la función
reproductora. Nuestros resultados indican que ghrelin y su receptor funcional (GHS-R
tipo 1a) se expresan en el testículo y el ovario, tanto humano como de rata, bajo la
regulación de señales hormonales relevantes tales como gonadotropinas hipofisarias
(LH: control de ghrelin; FSH: control de GHS-R1a) y el propio ligando (control de GHSR1a). El patrón celular de expresión de ghrelin tanto en testículo como en ovario es
altamente específico. En testículo, ghrelin se expresa de modo altamente selectivo en
células de Leydig (responsables de la secreción de andrógenos) en avanzado estado de
diferenciación, mientras que en el ovario ghrelin se localiza en cuerpo lúteo y células
hiliares (también llamadas células de Leydig del ovario). El hecho que la expresión de
ghrelin en células de Leydig esté asociada al grado de diferenciación y estado
proliferativo puede presentar interesantes implicaciones funcionales, habida cuenta
los posibles efectos de ghrelin sobre proliferación celular. De hecho, datos recientes de
nuestro grupo indican que ghrelin inhibe la actividad proliferativa de las células de
Leydig inmaduras lo que sugiere que la adquisición de la expresión de ghrelin durante
su maduración podría contribuir al arresto mitótico de las células de Leydig en
avanzado estado de diferenciación.
Además de sus acciones gonadales, diversos datos experimentales apuntan que
ghrelin podría operar a otros niveles del sistema reproductor. Así, ghrelin inhibe la
secreción pulsátil de LH en modelos animales gonadectomizados (rata y mono), y
reduce la acción estimuladora de GnRH a nivel hipofisario. Por otra parte, ghrelin se
expresa en placenta y se ha demostrado que ejerce un efecto inhibitorio sobre el
desarrollo embrionario temprano. Adicionalmente, experimentos recientes de nuestro
laboratorio indican que la administración crónica de ghrelin podría reducir el
rendimiento gestacional (número de crías por camada) y afectar negativamente el
desarrollo puberal en el macho. En su conjunto, ghrelin (como señal de insuficiencia
energética) podría operar, en cooperación con otras señales relevantes tales como la
leptina, en la integración neuroendocrina del balance energético y la función
reproductora (figura 18.2).
NUEVAS SEÑALES EN EL CONTROL DE LA REPRODUCCIÓN:
SISTEMA KiSS-1/GPR54
Aunque nuestro conocimiento de los mecanismos y señales implicados en el
control de la función reproductora ha avanzado considerablemente en las últimas
décadas, el alto grado de sofisticación de los sistemas neuroendocrinos de control de
la reproducción justifica esfuerzos adicionales en la caracterización de los mismos. En
este ámbito, se ha identificado muy recientemente el papel relevante del sistema
KiSS-1/GPR54 en el control de la función reproductora, en un claro ejemplo de
sinergismo entre investigación básica y clínica.
El sistema KiSS-1/GPR54 fue originalmente caracterizado en el ámbito de la
biología de tumores. El gen KiSS-1 se identificó como gen supresor de metástasis,
habida cuenta sus niveles de expresión (elevados en formas no invasivas) eran muy
bajos o indetectables en formas muy invasivas de melanoma. Más adelante, se
identificó que el gen KiSS-1 codificaba una serie de péptidos relacionados (llamados
kisspeptinas), entre ellos la metastina o kisspeptina-54, generados por procesamiento
proteolítico de un precursor común. Los péptidos KiSS-1 actúan a través de un
receptor acoplado a proteínas G llamado GPR54. Las acciones antimetastáticas de
KiSS-1 se han demostrado en diversos tipos de tumores. Antes de finales de 2003, no
existían datos publicados sobre la posible relación entre el sistema KiSS-1 y la
función reproductora.
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Figura 18.2. Representación esquemática del posible modo de acción de ghrelina en el control de la
función reproductora. Se identifican dos sistemas diferenciados: las acciones de la ghrelina sistémica
(principalmente derivados del estómago) y las acciones de la ghrelina local (producida en las gónadas). La
ghrelina sistémica actuaría como señal de insuficiencia energética y operaría como modulador
predominantemente negativo a distintos niveles del eje hipotálamo-hipofiso-testicular, incluyendo acciones
inhibitorias directas sobre la esteroidogénesis. En testículo, la ghrelina local actuaría como regulador de
funciones testiculares relevantes, tales como proliferación de células de Leydig y control de expresión de
genes clave (por ej. SCF) en la función testicular.
Dos publicaciones aparecidas en esas fechas evidenciaron, no obstante, que el
sistema KiSS-1 parece jugar un papel muy relevante en el control de la función
reproductora. Así, mutaciones y deleciones inactivantes del gen GPR54 en humanos
se asociaban a hipogonadismo hipogonadotropo y modelos de ratones knockout del
gen GPR54 exhibían un fenotipo análogo de insuficiencia reproductora. Estos trabajos
apuntaban una función, previamente insospechada, del sistema KiSS-1/GPR54 en el
control del desarrollo y la regulación del sistema reproductor. No obstante, más allá
de estas observaciones, las implicaciones fisiológicas de este sistema en el ámbito de
la reproducción y su papel en el control del eje gonadotropo eran completamente
desconocidas.
En este contexto, hemos iniciado recientemente en nuestro laboratorio el análisis
de la expresión hipotalámica de los genes KiSS-1 y GPR54 a lo largo del desarrollo
postnatal y su regulación por señales hormonales relevantes. Igualmente, hemos
acometido la evaluación de los efectos de la administración aguda y crónica del
péptido KiSS-1 (kisspeptina-10) sobre la secreción de gonadotropinas y la activación
del eje reproductor en la pubertad. Nuestros datos demuestran que la expresión
hipotalámica de los genes KiSS-1 y GPR54 cambia a lo largo del desarrollo, con
niveles mínimos en el periodo juvenil-prepuberal y máximos entorno a la pubertad.
Por otra parte, la expresión hipotalámica de KiSS-1 y GPR54 es regulada por señales
gonadales (estrógenos y andrógenos). En términos de función, la administración
aguda de KiSS-1 estimula muy potentemente la secreción de LH (dosis eficaz (EC)-50
in vivo icv: ∼4 pmol) y FSH (EC-50 in vivo icv: ∼400 pmol), en un efecto que depende
de GnRH, pero es independiente de amino ácidos excitatorios, óxido nítrico y leptina.
Igualmente, la administración crónica de KiSS-1 en ratas hembras inmaduras indujo
la activación precoz del eje reproductor en la pubertad, estimado en términos de
apertura vaginal, niveles circulantes de estrógenos y LH y peso de útero (figura 18.3).
En resumen, nuestros datos sustancian un importante papel del sistema KiSS1/GPR54 en el control de la llegada de la pubertad y la regulación funcional del eje
reproductor en la edad adulta.
DISRUPTORES ENDOCRINOS Y FUNCIÓN REPRO-DUCTORA
Como se ha enumerado en secciones previas, la adquisición de una función
reproductora normal en la edad adulta es el resultado de una compleja secuencia de
eventos de diferenciación, así como de la acción concertada de diversas señales
hormonales en distintas etapas del desarrollo. Un número creciente de observaciones
epidemiológicas y experimentales sugieren que la salud reproductora de humanos y
distintas especies animales (salvajes) ha sufrido un deterioro considerable en las
últimas décadas. Como posibles factores etiológicos de estas tendencias (aumento de
infertilidad masculina y femenina, incremento del número de malformaciones
genitales, disminución de la función espermatogénica y alteraciones crecientes de la
pubertad) se ha apuntado la contribución de toda una serie de compuestos
ambientales con actividad hormonal (agonista, antagonista) denominados disruptores
endocrinos.
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Vehicle
KiSS-1
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N
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Figura 18.3. Efectos de la administración crónica de KiSS-1 sobre diversos índices de activación puberal
del eje reproductor en ratas hembra inmaduras. En los paneles de la izquierda se muestran los datos de
apertura vaginal (% frente al número total de animales por grupo) en ratas tratadas con vehiculo o KiSS-1.
Adicionalmente, en los paneles de la derecha se muestran los valores de peso corporal y útero, y los niveles
de LH y estrógenos en ratas tratadas con vehículo o KiSS-1. La administración de 1 nmol KiSS-1 cada 12-h
entre los días 26-31 de edad indujo apertura vaginal en ∼75% de las hembras en el día 31. ** P<0.01 vs.
grupo inyectado con vehículo (Student t-test).
Se define como disruptor endocrino (DE) a cualquier sustancia química, exógena
al organismo animal o humano, que posee actividad hormonal o antihormonal y que,
actuando como agonistas o antagonistas de factores hormonales endógenos, puede,
aisladamente o en combinación con otras sustancias, alterar la homeostasis del
sistema endocrino, produciendo consecuentemente un efecto adverso sobre el
organismo o su progenie. De entre el conjunto de DEs, el mejor caracterizado es el de
las
sustancias
con
actividad
estrogénica,
denominadas
genéricamente
xenoestrógenos. Si bien el número de DEs potenciales con actividad estrogénica es
muy elevado, y distintos estudios experimentales in vivo e in vitro han demostrado
que, a altas dosis, diversos xenoestrógenos pueden alterar el desarrollo y/o función
del sistema reproductor, no se disponen de pruebas concluyentes que demuestren
que el deterioro de la función reproductora en diversas especies sea achacable a la
exposición, habitualmente en concentraciones bajas (ambientales), a estos
compuestos exógenos. Esto es debido en parte al hecho de que los efectos esperables
de la exposición a DEs pueden aparecer con carácter diferido o trans-generacional, a
que no se conocen con precisión los mecanismos moleculares de acción de estos
compuestos, y a que no se disponen de bio-marcadores adecuados de exposición y
efecto de DEs. La caracterización de estos parámetros es relevante, habida cuenta la
posible exposición a diversos DEs se produce habitualmente en forma de mezclas
complejas, donde se han descrito sinergismos y sumaciones de sus efectos biológicos.
Haciendo uso de modelos animales (rata) de exposición a compuestos estrogénicos
en el periodo crítico de diferenciación sexual del hipotálamo, en nuestro laboratorio
hemos abordado recientemente la identificación de posibles bio-marcadores de
exposición y la caracterización de los mecanismos moleculares de acción de
sustancias con actividad estrogénica a nivel de la unidad hipotálamo-hipofisaria (HP).
Entre otros, nuestros resultados muestran que la estrogenización neonatal induce un
incremento persistente de la expresión hipotalámica del gen del receptor de la
progesterona, y una disminución de los niveles de mRNA de KiSS-1. Este último
fenómeno podría asociarse al déficit funcional del eje reproductor que se observa tras
la estrogenización neonatal. Del mismo modo, la exposición a altos niveles de
estrógenos en periodos críticos induce una elevación duradera de los niveles
hipofisarios de expresión de TERP-1 (una forma truncada del receptor de estrógenos-α
que actúa como dominante negativo de los receptores α y β nativos). Finalmente,
mediante técnicas de screening de expresión diferencial (differential display), hemos
identificado un número limitado de genes, entre ellos los de α y β globina, cuya
expresión hipofisaria aumenta tras la estrogenización neonatal. El análisis de los
perfiles de expresión de estos genes nos permitirá la identificación y caracterización, a
nivel de la unidad HP, de nuevos bio-marcadores de exposición a compuestos
estrogénicos en etapas críticas de la diferenciación sexual. Estos biomarcadores nos
permitirán analizar el impacto sobre la unidad HP de compuestos con actividad
disruptora endocrina, con especial atención a los efectos de bajas dosis y mezclas.
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CAPÍTULO 19
LA PUBERTAD Y SUS TRASTORNOS
&
La pubertad se define como el periodo de transición entre la infancia y la adultez. En
el tienen lugar cambios físicos, psicológicos, funcionales y psicosociales. Durante este
periodo aparecen y desarrollan los caracteres sexuales secundarios, se adquiere la
capacidad reproductora y la talla final después de un periodo de aceleración del
crecimiento longitudinal llamado “estirón puberal”.
El periodo puberal se inicia por una serie de eventos que tienen lugar en el
sistema nervioso central sin el concurso de las gónadas. Dicho comienzo se asocia a
un aumento en la producción y liberación pulsátil de la hormona GnRH. Aunque el
mecanismo íntimo que produce el aumento de liberación de la citada hormona no se
conoce completamente, son necesarios cambios en la comunicación transinaptica y
activación de la vía glia-neurona. En la iniciación de la pubertad participan neuronas
que utilizan aminoácidos como neurotransmisores actuando unos como
estimuladores y otros como inhibidores Modificaciones en los tonos nerviosos
glutamaergicos y gabaergicos a nivel del hipotálamo pueden jugar un
papel
importante en la iniciación de la pubertad.
Durante mucho tiempo se ha considerado que el comienzo de la pubertad en la
mujer, pero también el mantenimiento de la función gonadal requieren de un peso
corporal determinado y más concretamente un determinado nivel de masa grasa
corporal. Con el objetivo de profundizar en este aspecto
y aprovechando el
descubrimiento y caracterización de la leptina hormona producida exclusivamente por
el tejido adiposo, nuestro grupo estudió la relación entre el aumento de masa grasa y
el comienzo de la pubertad tanto en niñas como en niños. Pudimos observar que los
valores de leptina circulante son mas elevados en niñas que en niños desde la
primera infancia y que en ambos sexos se produce una elevación de las
concentraciones de la leptina poco antes del aumento de los valores circulantes de las
gonadotropinas, lo que confirmaría el papel de la grasa y su producto la leptina como
posible iniciador de la función gonadal en ambos sexos.
CARACTERÍSTICAS DE LA PUBERTAD
La primera manifestación del desarrollo puberal en las niñas es la aparición del botón
mamario (telarquia) que tiene lugar en los países de nuestro entorno alrededor de los
11 años. Aproximadamente de dos a dos y medio años después tiene lugar la primera
menstruación, esto es la menarquia. En los niños, es el aumento del volumen
testicular a valores iguales o superiores a los 4 ml lo que define el comienzo de la
pubertad, este evento tiene lugar aproximadamente a los 12 años.
Existe una estrecha relación entre el grado de desarrollo puberal y el comienzo del
estirón puberal del crecimiento. En las niñas coincide con el comienzo del desarrollo
mamario, estadio II de Tanner y en los niños es más tardío coincidiendo con el estadio
III/IV de Tanner o 10 ml de volumen testicular.
CRONOLOGÍA DE LA PUBERTAD
Como he mencionado antes, en las niñas comienza con el desarrollo mamario (estadio
II de Tanner), que coincide con el estirón puberal. A los 6 meses se nota la aparición
del vello pubiano. A los 2 años del comienzo del desarrollo mamario aparece vello
axilar y tiene lugar la menarquia.
En el niño, la pubertad comienza con el aumento del volumen testicular (4 ml),
seguido a los 6 meses por aparición de vello pubiano. A los 12-18 meses del comienzo
de la pubertad se produce el crecimiento fálico y en el estadio III de Tanner se observa
el estirón de crecimiento, seguido del cambio de voz.
ESTADIOS DE DESARROLLO PUBERAL NORMAL
La escala de Tanner es empleada en la clínica de forma prácticamente universal para
la determinación de los distintos estadios del desarrollo puberal. Según dicho autor la
pubertad se divide en 5 estadios.
En las niñas el estadio I es el periodo prepuberal sin vello pubiano. El estadio II se
caracteriza por la aparición del “botón” mamario y ligero aumento de la areola,
también se observa escaso vello lacio y pigmentado en los labios. El estadio III,
aumento de la mama y del pezón, parece una mama adulta pequeña y se asocia a un
aumento de la cantidad de vello más oscuro, erizado y grueso. En IV la mama y pezón
han seguido creciendo hasta formar un segundo montículo que sobresale de la mama,
mientras que el vello es similar al de una mujer adulta pero ocupa menos extensión.
Algunas niñas pasan del estadio III al V. El estadio V es la mama adulta y el vello
pubiano se distribuye en forma de triangulo invertido, pudiendo extenderse a los
muslos.
En los niños, periodo prepuberal sin vello pubiano es el estadio I, un ligero
aumento del volumen testicular hasta los 4-6 ml y del escroto unido a la aparición de
los primeros pelos, largos y rectos en la base del pene definen el estadio II, en este
estadio la piel del escroto se vuelve mas rugosa y de color mas oscuro se mantiene el
pene en dimensiones prepuberales. En el estadio III se caracteriza por aumento del
tamaño el pene, mas en longitud que en circunferencia, el volumen testicular es de 612 ml, asociado a pelos mas abundantes, largos rizados y que se extienden al pubis.
En el estadio IV el volumen testicular es de 12-16 ml, aumento del tamaño del pene
en longitud y circunferencia, la coloración del escroto es más oscura, y el pelo
pubiano es mas gruesos, negro y rizado con mas extensión hacia el pubis. El estadio
V se caracteriza por un volumen testicular superior a los 16 ml y el vello pubiano se
extiende a la parte superior interna de los muslos y arriba hacia la línea alba del
abdomen.
Los criterios de Tanner tienen un indudable valor clínico, sin embargo es una
escala semicuantitativa lo que limita su aplicación en el análisis de datos
cuantitativos. Con el fin de resolver este problema se a intentado clasificar los
distintos estadios del desarrollo puberal de acuerdo a las concentraciones de
esteroides sexuales en sangre periférica. Nuestro grupo a elaborado una gradación de
los estadios de desarrollo puberal basados en las concentraciones de 17 β-estradiol en
niñas y testosterona en niños. Nuestra escala tiene una alta correlación con la escala
de Tanner y ha sido utilizado en varios estudios.
TRASTORNOS DE LA PUBERTAD
Pubertad retrasada
El retraso puberal se define clínicamente por la ausencia de desarrollo o desarrollo
incompleto de las características sexuales secundarias a la edad en que el 95% de los
niños de determinado sexo y medio cultural inician la maduración sexual. En nuestro
entorno es a los 13 años en las niñas y a los 14 años en los niños. Estadísticamente
un 2-3% de los niños normales tienen retraso del desarrollo puberal.
Fisiopatología
Podemos clasificar los hipogonadismos en primarios cuando los valores de las
gonadotropinas circulantes son elevados y secundarios cuando las concentraciones
de FSH/LH son bajas. Anomalías en la secreción de la GnRH por el hipotálamo
pueden causar hipogonadismo secundario que a su vez puede ser transitorio o
permanente
Etiología
El retraso constitucional del crecimiento y desarrollo puberal es una variante del
patrón de crecimiento normal. En el la talla es baja en relación con la edad
cronológica, pero apropiada para el estadio de desarrollo puberal y edad ósea. Es más
frecuente en los niños y existe una predisposición familiar. En el momento teórico del
comienzo de la pubertad la velocidad de crecimiento sufre un enlentecimiento que se
recupera después del inicio de la pubertad. En un estudio de 232 adolescentes, 158
niños y 74 niñas, el tipo de alteraciones observadas fueron: retraso constitucional del
desarrollo en el 53% de los casos (63% en niños y 30% en niñas), en el 19% de los
casos había un retraso de la pubertad pero la instauración de la pubertad fue
espontánea (hipogonadismo hipogonadotríofico funcional), el 12% de los casos
hipogonadismo hipogonadotrófico y en el 13% hipogonadismo hipergonadotrófico.
El hipogonadismo hipogonadotrófico pude deberse a déficit aislado de
gonadotrofinas o al hipopituitarismo. Existen también formas familiares con una
herencia autosómica recesiva. Otra causa es el síndrome de Kallman que se
caracteriza por déficit de FSH/LH asociado a distintos grados de anosmia por
hipoplasia o agenesia de los bulbos olfatorios y ausencia de migración fetal de las
neuronas secretoras de las gonadotropinas. También puede darse hipogonadismo
hipogonadotrofico asociado con malformaciones como la septo-óptica, paladar
hendido y labio leporino y asociada con distintos tumores del sistema nerviosa central
que producen compromiso de espacio o que inhiben la secreción de la GnRH. (tabla
19.1)
Tabla 19.1. Causas de seudopubertad precoz
Tumores secretores de gonadotrofinas
Autonomía gonadal
Tumor testicular de células de Leydig
Precocidad familiar independiente de
gonadotrofinas en varones
Patología adrenal
Hipotirodismo primario
Germinoma, adenomas
Quiste folicular ovárico
Sindrome de McCune-Albright
Tumor ovárico
Tumor adrenal secretor
Tumor secretor de estrógenos
Alteraciones esteroidogenesis
El hipogonadismo hipergonadotrófico se produce por fallo de la gónada y cursa
con valores circulantes elevados de FSH/LH. Existen causas genéticas como en las
disgenesias gonadales como en los síndromes de Turner en la mujer y el de Klinefelter
en el varón. También puede deberse a anorquia, tóxicos como la quimioterapia y
radioterapia, defectos enzimáticos en la síntesis de testosterona, el síndrome de
insensibilidad a los andrógenos, ooforitis autoinmune y síndrome malformativos como
el síndrome de Noonan y Cornelia de Lange (tabla 19.1).
En el caso del retraso del desarrollo puberal secundario, prácticamente todas las
enfermedades crónicas y severas producen retraso puberal, siendo las mas frecuentes
los síndromes de malabsorción intestinal, nefropatías, cardiopatías y enfermedades
psiquiatritas.
Diagnóstico
La historia clínica nos ayuda a saber si el desarrollo puberal es ausente o si comenzó
y luego se detuvo, es útil el análisis del patrón de crecimiento. En la historia se
obtienen datos sobre la alimentación, ejercicio físico intenso, enfermedades previas o
la toma de medicamentos. La presencia de criptorquidia y anomalías de la línea media
sugieren defecto congénito de la GnRH, mientras que las cefaleas, alteraciones
visuales, anosmia, convulsiones o retraso mental apuntan a un trastorno del sistema
nervioso central. Una historia familiar de retraso constitucional es importante a la
hora de programar los estudios complementarios. En la exploración física datos de la
talla, peso y evaluación de los caracteres sexuales de acuerdo con la escala de Tanner
es imprescindible.
Entre las exploraciones complementarias la determinación de la edad ósea es
básica. La determinación de los valores de FSH/LH y esteroides sexuales en sangre
periférica nos ayudan a distinguir las formas primarias de las secundarias.
Tratamiento
Es el etiológico en las causas secundarias. En los casos idiopaticos se tratan con
esteroides sexuales en sus distintas presentaciones.
Tabla 19.2. Causas de retraso puberal
Hipogonadismo primario: FSH y LH aumentadas
Congénito
Alteraciones cromosómicas: S. Turner
S. Klinefelter, anorquia
Adquirido
Autoinmune, postinfecciosa, trauma,
cirugía, quimioterapia, radiación
Hipogonadismo secundario: FSH y LH disminuídas
Congénito
Déficit aislado de GnRH sin anosmia,
S. Kallman, S. Laurence-Moon-Biedl,
S. Prader-Willi, hipopituitarismo
idiopático, asociadas a anomalías de la
línea media.
Adquirido
Tumores y quistes (craneofaringioma,
gliomas, meningioma)
Enfermedades sistémicas
(enfermedades crónicas, malnutrición,
anorexia nerviosa, bulimia)
Déficit funcional de gonadotropinas
Enfermedades infiltrativas
(hemocromatosis, granulomatosis)
Otros (trauma, apoplejía, marihuana)
Pubertad precoz
Se define como la aparición de caracteres sexuales secundarios antes de los 8 años en
las niñas y de los 9 en los niños. Puede ser central o verdadera por activación precoz
del eje hipotalámo-hipófiso-gonadal, se da entre el 1/5000 a 1/10000 nacidos. Hay
formas familiares y genéticas y esporádicas. La pseudo pubertad precoz es debida a la
hiperproducción de esteroides sexuales por tumores de las gónadas o la corteza
suprarrenal.
Etiología
La pubertad precoz verdadera puede deberse a lesiones del sistema nervioso central,
pero en el 94% de los niños no se encuentra ninguna causa. Predomina en las niñas
10:1 y con frecuencia son idiopáticas. Casos raros se deben a hamartomas del
sistema nervioso central que producen GnRH. En una serie de 197 niñas con
pubertad precoz 11 eran causadas por hamartomas. Los datos que ayudan a predecir
los casos mas graves son el comienzo de la pubertad antes de los 6 años, ausencia de
vello pubiano y concentraciones altas de estradiol.
La pubertad precoz periférica o seudo pubertad precoz se debe al aumento precoz
de producción y secreción de esteroides sexuales por las gónadas o las glándulas
suprarrenales, pudiendo ser isosexuales, esto es, por hiperproducción hormonal de
hormonas propias del sexo o heterosexual cuando el aumento de la producción
hormonal es de las correspondiente al sexo contrario. En las niñas la causa más
frecuente de prubertad precoz periférica es la hiperplasia suprarrenal congénita por
déficit de 21 hidroxilasa. También son relativamente frecuentes los quistes foliculares
ováricos. Otra causa peculiar es el síndrome de McCune-Albright, que se debe a una
mutación en el exón 8 del gen de la AMP cíclico en diversos tejidos (tabla 19.2).
En los niños causa mas frecuente también es la hiperplasia suprarrenal congénita
por déficit de 21 hidroxilasa. Otras causas pueden ser los tumores secretores de
gonadotropinas coriónica, teratomas o hepatoblastomas. La testotoxicosis, es una
alteración intratesticular que tiene herencia autosómica dominante. El síndrome de
McCune-Albright debe considerarse cuando en la exploración física se observan los
signos asociados a esta enfermedad (tabla 19.2).
Tratamiento
El tratamiento es fundamentalmente etiológico. El caso del la pubertad precoz central
idiopática el tratamiento es con análogos de la GNRH que producen una supresión de
la secreción de la GnRH. En el caso de los tumores es la exéresis de los mismos
(figura 19.1).
Formas incompletas
Pueden presentarse asiladamente aumento precoz de vello pubiano, lo que se
denomina adrenarquia precoz o aumento aislado de las mamas (telarquia precoz). La
importancia y el manejo de ambos cuadros depende de la etiología.
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Figura 19.1. Tratamiento de la pubertad precoz
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PARTE IV
TIROIDES
CAPÍTULO 20
F IS IO L O G ÍA D E L A G L Á N D U L A T IR O ID E S
La glándula tiroides se localiza en la región anterior del cuello, y consta de dos lóbulos
dispuestos a ambos lados de la tráquea y unidos entre si por una porción denominada
istmo. Histológicamente, la tiroides está formada por una serie de estructuras
esféricas, de 0,02 a 0,3 mm de diámetro, denominadas folículos tifoideos. Cada
folículo está constituido por una capa de células epiteliales, las células foliculares
tiroideas o tirocitos, que rodean un material coloidal constituido por la acumulación
de una glucoproteína (la tiroglobulina, Tg) que contiene en su estructura a las
hormonas tiroideas. Las células foliculares son células con forma cúbica en las que
podemos distinguir una cara apical, una cara basal y 4 caras laterales. La cara apical
está en contacto con el coloide tiroideo y presenta múltiples microvellosidades. La cara
basal está en contacto con capilares que forman una densa red alrededor de cada
folículo. Por último, las caras laterales, están unidas mediante desmosomas a las
caras laterales de las células foliculares vecinas. Las células foliculares tiroideas se
caracterizan porque pueden modificar su morfología dependiendo del grado de
actividad de la glándula. Cuando la glándula está en reposo, las células foliculares
presentan una forma aplanada, mientras que tras ser estimuladas adquieren una
forma cilíndrica. Existe un segundo tipo celular en la tiroides que son las células C o
células claras o células de Nonídez que se encuentran inmersas en el estroma
perifolicular. Las células C sintetizan calcitonina participando, por lo tanto, en la
regulación del metabolismo del calcio y del fósforo (véase capítulo 31).
El folículo tiroideo es la unidad funcional de la tiroides y es una estructura única
entre las glándulas endocrinas ya que permite el almacenamiento extracelular de Tg (y
por lo tanto de hormonas tiroideas).
MECANISMO DE SÍNTESIS DE LAS HORMONAS TIROIDEAS
Las hormonas tiroideas son derivados yodados del aminoácido tirosina. Están
constituidas por el acoplamiento de dos residuos de tirosina yodada, lo que permite
distinguir en su estructura dos anillos benzénicos denominados α (denominado
también fenólico o externo) y β (denominado también tirosílico o interno) (figura 20.1).
La actividad biológica de las hormonas tiroideas va a depender, en gran medida, de la
posición a la que se incorporen los átomos de yodo dentro de cada anillo. El proceso
de síntesis de hormonas tiroideas se puede resumir en 5 fases.
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Figura 20.1. Estructura de las hormonas tiroideas
Síntesis de Tg
Las hormonas tiroideas se sintetizan a partir de los residuos de tirosina de la Tg. La Tg
es una glucoproteína de gran tamaño que, como ocurre con todas las proteínas que
van a ser secretadas, es sintetizada en los polirribosomas del retículo endoplásmico
rugoso. Posteriormente, la proteína es procesada en las cisternas del aparato de Golgi
donde completa su glucosidación y es empaquetada en vesículas de secreción. Estas
vesículas serán liberadas en la cara apical de los tirocitos, pasando así al interior del
folículo. En condiciones normales, la Tg constituye el 75% de las proteínas tiroideas.
Captación de yodo
El yodo es un elemento traza en el organismo por lo que la tiroides necesita un
sistema que le permita captar el yodo necesario para atender las demandas de la
síntesis de hormonas tiroideas. De hecho, la tiroides es el principal depósito de yodo
del organismo, alcanzándose en el interior del tirocito una concentración de yodo que,
por término medio es 30 veces superior a la del plasma, pudiendo llegar a ser hasta
400 veces mayor en algunos casos. La captación del yodo circulante por el tirocito
depende principalmente de un cotransportador Na+/I- denominado NIS (Na+/Isymporter). En cada ciclo, el NIS introduce en el tirocito dos átomos de sodio y un
átomo de yodo. En el polo apical de la célula existe un segundo transportador de yodo
denominado pendrina, que permite el paso de yodo del interior del tirocito al coloide.
La pendrina es un cotransportador Cl-/I- y está codificada por el gen pds. Las
mutaciones de este gen son responsables del denominado síndrome de Pendred que
cursa con hipotiroidismo leve que generalmente no se manifiesta hasta la adolescencia
y sordera neurosensorial debida a una alteración coclear.
Oxidación del yodo
Una vez captado, el yodo es oxidado a una forma muy reactiva, capaz de incorporarse
a los residuos de tirosina de la Tg. La enzima responsable de este proceso es la
peroxidasa tiroidea o tioperoxidasa (TPO), específica de la tiroides. La TPO es una
proteína transmembrana que se localiza en la cara apical de los tirocitos, dispuesta de
forma que su región catalítica está en contacto con el coloide. El proceso de oxidación
del yodo precisa de un sistema de generación de peróxido de hidrógeno que se localiza
también en la cara apical del tirocito.
Yodación de la Tg
El proceso de incorporación de átomos de yodo a los residuos de tirosina de la Tg
recibe el nombre de organificación. En condiciones normales, tan solo un 2% de los
residuos de tirosina son yodados. Durante el proceso de yodación, los residuos de
tirosina pueden incorporar 1 o 2 átomos de yodo. En el primer caso, el compuesto
formado se denomina monoyodotirosina (MIT), mientras que la incorporación de 2
átomos de yodo da a la formación de diyodotirosina (DIT). En condiciones normales, se
forma mucho más DIT que MIT, pero no ocurre así cuando existe déficit de yodo.
Tanto MIT como DIT permanecen formando parte de la molécula de Tg.
Acoplamiento
El paso final en la síntesis de hormonas tiroideas es el acoplamiento de las moléculas
de MIT y DIT. En el 90% de los casos, este acoplamiento se produce entre dos
moléculas de DIT, dando lugar a la formación de 3,5,3’,5 tetrayodotironina o tiroxina
(T4). En un 9% de los casos el acoplamiento se produce entre un residuo de MIT y un
residuo de DIT, formando 3,5,3’ triyodotironina (T3). El 1% restante se corresponde
con una forma inactiva denominada 3,3’,5’ triyodotironina o rT3 (reverse T3). Dado que
el acoplamiento se produce sin que se rompa la molécula de Tg, las hormonas
tiroideas se almacenan formando parte dicha proteína. En condiciones normales, la
glándula tiroides puede almacenar hormonas tiroideas para asegurar las necesidades
del organismo durante un periodo de 100 días aproximadamente.
LIBERACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS HORMONAS TIROIDEAS
Cuando es necesario secretar hormonas tiroideas, los tirocitos captan pequeñas
porciones del coloide tiroideo por un mecanismo de endocitosis. Las vesículas
endocíticas se fusionan con lisosomas que contienen proteasas que rompen las
moléculas de Tg, liberando T3, T4, MIT y DIT (así como el resto de aminoácidos de la
Tg). Tanto la T3 como la T4 pasan a la circulación, pero no ocurre lo mismo con MIT y
DIT. Estos dos compuestos son biológicamente inactivos y, además, no pueden
utilizarse para la síntesis de nuevas hormonas tiroideas, por lo que serán desyodados
en el interior del tirocito por la acción de la enzima yodotirosina desyodasa. El yodo
liberado en este proceso sí podrá ser utilizado para la síntesis de nuevas hormonas
tiroideas. Aproximadamente un 50% de los átomos de yodo son reciclados a través de
este mecanismo.
Una vez secretadas, las hormonas tiroideas circulan en plasma unidas a proteínas
transportadoras de las cuales las principales son la TBG (thyroxine binding globulin) y
la TBPA (thyroxine binding prealbumin) o transtiretina (TTR). La TBG es la proteína
transportadora de mayor afinidad (mayor para la T4 que para la T3), pero también la de
menor capacidad. Aproximadamente un 80% de las hormonas tiroideas circulan
unidas a la TBG, mientras que un 15% de T4 y 5% de T3 lo hacen unidas a la TBPA.
Un pequeño porcentaje de hormonas tiroideas circula unido a albúmina, y tan solo un
0,04% de T4 y 0,4% de T3 circulan en forma libre.
REGULACIÓN DE LA FUNCIÓN TIROIDEA
El principal regulador de la función tiroidea es la hormona estimulante de la tiroides o
tirotropina (TSH, thyroid stimulating hormone), una glucoproteína de 28 kDa,
producida por las células tirotropas de la adenohipófisis (véase capítulo 9). Como el
resto de hormonas glucoproteicas adenohipofisarias la TSH es un dímero constituido
por una subunidad α, idéntica la de FSH y LH, y una subunidad β específica. La TSH
actúa sobre la tiroides estimulando la síntesis y secreción de hormonas tiroideas.
Además, la TSH estimula el crecimiento tiroideo como consecuencia de un aumento
tanto del número como del tamaño de las células foliculares, produce vasodilatación,
aumentando el flujo sanguíneo y estimula la angiogénesis.
El receptor de la TSH (TSH-R) pertenece a la familia de receptores acoplados a
proteínas Gs. En algunos casos, el domino extracelular del TSH-R puede sufrir un
proceso de proteolisis que da lugar a la formación de un receptor dimérico formado
por dos subunidades (A y B) que permanecen unidas entre si mediante puentes
disulfuro. Los TSH-R diméricos conservan su actividad y, aunque su significado
funcional se desconoce, se sabe que la subunidad A se puede liberar a la circulación y
ocasionar la formación de anticuerpos anti-receptor.
La regulación de la secreción de TSH depende principalmente de la hormona
liberadora
de
tirotropina
(TRH,
thyrotropin-releasing hormone)
producida
principalmente por neuronas localizadas en el núcleo periventricular del hipotálamo
(véase capítulo 9). La TRH incrementa la síntesis de cadenas α y de las cadenas β de la
TSH, y modula su glucosidación. La secreción de TSH está regulada también por
catecolaminas, sobre todo por DA. La DA actúa directamente sobre las tirotropas a
través de receptores D2 inhibiendo la secreción y probablemente también la síntesis de
TSH. Se ha descrito también que la secreción de TSH puede ser inhibida por la
somatostatina hipotalámica. Sin embargo, la importancia fisiológica de este
mecanismo de regulación es dudosa.
La secreción de hormonas tiroideas está regulada también por un sistema de
retroalimentación negativa ejercido por las propias hormonas tiroideas (figura 20.2).
Las hormonas tiroideas inhiben la secreción de TSH actuando directamente sobre la
hipófisis, y también de forma indirecta inhibiendo la secreción de TRH.
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Figura 20.2. Regulación del eje hipotálamo-hipófiso-tiroideo
METABOLISMO DE LAS HORMONAS TIROIDEAS
Aunque la tiroides libera cantidades mucho mayores de T4 que de T3, éste última es la
que presenta una mayor importancia funcional ya que es la única capaz de unirse al
receptor de hormonas tiroideas. De hecho, la T4 se considera como una prohormona,
un precursor de la T3 que sería la auténtica hormona tiroidea. La transformación de T4
a T3 depende de una desyodasa distinta de la que intervenía en la desyodación de MIT
y DIT. En este caso, se trata de una 5-desyodasa, que elimina el átomo de yodo
situado en la posición 5 del anillo externo (posición 5’).
Hasta el momento se han identificado tres 5-desyodasas diferentes implicadas en
la monodesyodación de la T4. La 5-desyodasa tipo I (D-I o 5D-I) es capaz de eliminar
átomos de yodo tanto del anillo interno como del anillo externo de la T4. La
eliminación del yodo 5’ da lugar a la formación de T3, mientras que la eliminación del
yodo de la posición 5 da lugar a una forma inactiva denominada rT3 (figura 20.3). La
5D-I es la responsable de la generación, en el hígado, de la mayor parte de la T3
circulante. Se expresa también en pulmón, riñón y tiroides, y es la responsable de la
síntesis de T3 a partir de T4 que se produce en esta glándula.
La 5-desyodasa tipo II (D-II o 5’D-II) resulta vital para la generación de T3 en el
SNC. Se expresa también en la adenohipófisis y en la placenta y, a diferencia de lo que
ocurre con la 5D-I no es capaz de eliminar átomos de yodo del anillo externo, por lo
que nunca forma rT3.
Por último, la 5-desyodasa tipo III (D-III o 5D-III) se caracteriza porque únicamente
es capaz de eliminar el átomo de yodo de la posición 5 (es decir, en el anillo interno) de
la T4 dando lugar a la formación de rT3.
Posteriormente, tanto T3 como rT3 serán progresivamente transformadas en T2, T1
y T0 (tironina), todos ellos biológicamente inactivos.
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Figura 20.3. Metabolismo de las hormonas tiroideas
MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS HORMONAS TIROIDEAS
Las hormonas tiroideas ejercen sus acciones tras unirse a receptores específicos (TRs)
que pertenecen a la familia de receptores nucleares heterodiméricos. En la actualidad
se han identificado 3 TRs diferentes, codificados por 2 genes (TRα y TRβ). El gen TRα
se localiza en el cromosoma 17 y codifica el Trα1 y una serie de proteínas originadas
por un procesamiento alternativo del RNA (Trα2, ∆TRα1 y ∆TRα2) que no pueden
considerarse como auténticos receptores ya que o bien no tienen capacidad de unirse
a las hormonas tiroideas (Trα2 y ∆TRα2) o bien no pueden unirse al DNA (∆TRα1
y ∆TRα2). El gen TRβ se localiza en el cromosoma 3 y codifica los otros dos TRs (TRβ1
y TRβ2) originados también por un procesamiento alternativo del RNA. Todos los TRs
tienen una estructura similar y actúan uniéndose a secuencias específicas del DNA
tras formar homodímeros o (más frecuentemente) heterodímeros con el receptor X del
ácido 9-cis-retinoido (RXR). Según el modelo propuesto para la activación de los TR,
en ausencia de TH, éstos se encontrarían en el núcleo, unidos a secuencias específicas
del DNA formando un complejo con el RXR y con una serie de proteínas denominadas
genéricamente correpresoras. Este complejo impediría la transcripción génica. La
unión de las TH al TR produciría un desplazamiento de las proteínas correpresoras del
complejo, junto con el reclutamiento de una serie de proteínas coactivadoras,
induciendo de esta forma la transcripción génica (figura 20.4). Se han descrito
también TRs en las mitocondrias, donde las hormonas tiroideas ejercerían efectos
independientes de los llevados a cabo en el núcleo. También se ha propuesto la
existencia de TRs en la membrana plasmática, pero tanto este punto como su posible
significado fisiológico permanecen sin aclarar.
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Figura 20.4. Mecanismo de acción de las hormonas tiroideas
ACCIONES DE LAS HORMONAS TIROIDEAS
Aunque las hormonas tiroideas ejercen múltiples acciones en el organismo, las más
importantes pueden dividirse en 2 grandes grupos: acciones sobre el metabolismo y
acciones sobre el crecimiento y la maduración. Las hormonas tiroideas son las
principales reguladoras del metabolismo basal a través de sus acciones sobre las
mitocondrias y sobre la bomba de Na+/K+. El aumento de los niveles de hormonas
tiroideas produce un incremento del número, tamaño y complejidad de las
mitocondrias, que además presentan crestas más numerosas y de mayor tamaño. Este
aumento de la actividad mitocondrial se debe a la estimulación directa de receptores
mitocondriales y está ausente en cerebro, testículo y bazo, tejidos en los que no
existen receptores mitocondriales de hormonas tiroideas. Este aumento de la actividad
mitocondrial es reflejo de la existencia de un mayor consumo de oxígeno en la cadena
de transporte de electrones y, por lo tanto, de un aumento de la síntesis de ATP. Dado
que el aumento de la generación de ATP debe ir asociado a un aumento de su
utilización, las hormonas tiroideas incrementan el número y la actividad de la ATPasa
de Na+/K+. En condiciones normales, hasta un 40% del consumo de oxígeno en reposo
es utilizado para mantener la actividad de esta ATPasa.
Aunque existe una relación directa entre consumo de oxígeno y producción de
ATP, en la membrana interna de las mitocondrias hay sistemas de transporte capaces
de evitar el paso de protones a través de la ATP sintetasa. De esta forma, el consumo
de oxígeno se produce a una mayor velocidad que la generación de ATP, disipándose el
exceso de energía en forma de calor. Las proteínas responsables de este proceso se
denominan proteínas desacopladoras (UCP, uncoupling proteins). Las hormonas
tiroideas aumentan los niveles de las UCPs y, por este motivo, tienen un efecto
termogénico.
Las hormonas tiroideas ejercen también complejos e importantes efectos sobre el
metabolismo de proteínas, lípidos e hidratos de carbono. Cuando existe una
deficiencia de hormonas tiroideas tanto la síntesis como la degradación de las
proteínas están disminuidas, lo que indica que las hormonas tiroideas estimulan
ambos procesos. En condiciones normales, predomina el efecto anabólico, pero si la
concentración de hormonas tiroideas aumenta de forma importante (como ocurre en el
hipertiroidismo) predomina el efecto catabólico.
Las hormonas tiroideas modifican también prácticamente todos los aspectos del
metabolismo de los hidratos de carbono: aumentan la absorción intestinal de glucosa,
estimulan la glucogenolisis y la glucogenogénesis hepáticas y favorecen la utilización
de glucosa en hígado músculo y tejido adiposo. Sin embargo, no existen
modificaciones de la glucemia ni en el hipo ni en el hipertiroidismo, excepto la
aparición de intolerancia a la glucosa en este último.
Por último, las hormonas tiroideas ejercen un importante efecto lipolítico, a la vez
que estimulan la β-oxidación de los ácidos grasos, lo que contribuye a su efecto
termogénico. Como consecuencia de estos efectos, el exceso de hormonas tiroideas
produce una depleción de los depósitos de grasa. Por el contrario, la deficiencia de
hormonas tiroideas produce una disminución de la capacidad de movilizar ácidos
grasos de los depósitos lipídicos, que se traduce en un aumento de la adiposidad.
Los principales efectos de las hormonas tiroideas sobre el desarrollo son ejercidos
sobre los sistemas nervioso y esquelético. Existe un periodo crítico que comienza
durante la etapa de vida fetal y termina en torno a segundo año de vida, durante el
cual las hormonas tiroideas son imprescindibles para que el sistema nervioso se
desarrolle de forma adecuada. Durante este periodo crítico, las hormonas tiroideas
estimulan múltiples aspectos relacionados con el desarrollo nervioso como son la
proliferación y diferenciación neuronal, el crecimiento de las prolongaciones
neuronales, el establecimiento de sinapsis y la síntesis de mielina. El hipotiroidismo
congénito cursa con graves alteraciones del desarrollo intelectual y psicomotor y con
diversas alteraciones neurológicas como hiperreflexia, temblor e, incluso, crisis
convulsivas. En adultos las consecuencias de la carencia de hormonas tiroideas son
menos graves, aunque los pacientes hipotiroideos presentan letargo, somnolencia y un
cierto grado de torpeza mental. En casos extremos, puede producirse depresión e
incluso cuadros psicóticos. En el caso del hipertiroidismo los síntomas neurológicos
consisten principalmente en hiperexcitabilidad, irritabilidad e insomnio.
Las hormonas tiroideas son también imprescindibles para que se produzca un
crecimiento normal, pese a que no ejercen ningún efecto directo sobre el crecimiento
del hueso o del cartílago. Las acciones de las hormonas tiroideas sobre el crecimiento
son debidas a su capacidad de estimular la liberación de GH por la hipófisis y de
potenciar el efecto de la GH y otros factores sobre el crecimiento esquelético. Además,
las hormonas tiroideas estimulan la maduración ósea y el cierre de los cartílagos
epifisarios.
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CAPÍTULO 21
M E C A N IS M O S M O L E C U L A R E S IM P L IC A D O S
E N L A F U N C IÓ N T IR O ID E A
La glándula tiroidea se localiza a ambos lados de la traquea y está formada por tipos
celulares diferentes que derivan de distintas capas germinales (figura 20.1A). Las
células más abundantes son las células epiteliales que derivan del endodermo
primitivo. Estas células están polarizadas y constan de una membrana basal y otra
apical que se localizan alrededor de un lumen central constituyendo la unidad básica
del tiroides que es el folículo tiroideo (figura 21.1B). Por ello a estas células epiteliales
se las denomina también células foliculares. Estas células son las encargadas de
sintetizar y secretar la hormonas tiroideas T3 y T4. El otro componente minoritario son
las células C o células parafoliculares, que derivan de la cresta neural y que son
productoras de la calcitonina.
Para la síntesis y secreción de las hormonas tiroideas, las células foliculares
realizan una serie de funciones especializadas (figura 21.2). Captan yodo activamente
mediante una proteína co-transportador o proteína symporter situada en la
membrana basal. Esta proteína, denominada NIS (Na+/I- symporter) concentra el yodo
de manera dependiente de sodio. El yodo es transportado desde la membrana basal a
la membrana apical donde sale al coloide mediante otra proteína transportadora
denominada pendrina localizada en la membrana apical. En esta membrana es donde
tiene lugar la yodación de los residuos de tirosina de la proteína mayoritaria del
tiroides, la tiroglobulina (Tg).
El mecanismo de yodación requiere la oxidación del yodo mediante un enzima
específico denominado tiroxidasa o thox y la incorporación en la Tg mediante la
tiroperoxidasa (TPO). La Tg yodada es almacenada en el coloide y dependiendo de la
necesidad de hormonas tiroideas por el organismo y de manera dependiente de la
tirotropina hipofisaria (TSH), es endocitada hacia el interior de la célula. La Tg
endocitada, en forma de gotas de coloide, es degradada por enzimas lisosomales y las
hormonas tiroideas liberadas al torrente circulatorio. La TSH regula la función
tiroidea tras su unión a un receptor de membrana (TSH-R) acoplado a proteínas G.
Como es bien sabido, solamente en el tiroides se sintetizan las hormonas tiroideas
y ello es debido a que en esta glándula se sintetizan específicamente las anteriores
proteínas: NIS, Tg, TPO, thox, pendrina y TSH-R. Todas estas proteínas han sido
clonadas en diferentes especies habiéndose demostrado que sus cDNAs (DNA
complementario) sólo se expresan en tejido tiroideo, con excepción de NIS y el TSH-R
que se expresan en otros tejidos.
(
E
4
Figura 21.1. (A) Representación de un tiroides humano, localizado en su posición normal a ambos lados de
la tráquea. Los dos lóbulos tiroideos están unidos entre si por un istmo. (B) Folículo tiroideo: Es la unidad
básica del tiroides. Las células epiteliales tiroideas se colocan alrededor de un lumen central de coloide.
(
* +
*
+
*
*
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1
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1
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2
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4
Figura 21.2. La célula epitelial o folicular tiroidea es la responsable de sintetizar y secretar las hormonas
tiroideas T3 y T4. Se representan en la figura las proteínas específicas del tirodes Tg, NIS, TPO y TSH-R.
Las celulas epiteliales está polarizadas y constan de una membrana basal y otra apical que da a la luz del
lumen coloideo.
La regulación de la expresión génica puede tener lugar a diferentes niveles siendo
el control transcripcional uno de los más estudiados. Este control depende de
secuencias específicas de ADN localizadas generalmente en el extremos 5’ flanqueante
de los genes delante del sitio de inicio de la transcripción. A estas secuencias de ADN
se unen proteínas nucleares específicas denominadas factores de transcripción. La
transcripción de un gen además de ser específica de tejido está regulada por
estímulos externos como hormonas, factores de crecimiento etc. Y este es el caso de
los anteriores genes tiroideos que se expresan en las células epiteliales y están
regulados hormonalmente por la TSH y otros factores como IGF-1, TGF-β, EGF, etc.
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN ESPECÍFICOS DE TIROIDES.
Los genes tiroideos clonados en primer lugar y por tanto más estudiados son Tg, TPO,
TSH-R y NIS y su expresión en tiroides depende de una serie de factores de
transcripción que se unen a sus promotores (figura 21.3) y que han sido clonados.
Estos factores denominados TTF-1, TTF-2 (thyroid-transcription factor 1 y 2) y Pax8 se
unen en distintos elementos del ADN tanto en regiones promotoras como en regiones
más distantes del sitio de inicio de la transcripción (elementos enhancer), como es el
caso del gen NIS.
G
B9
9*)
9*)
9*%
9*)
G
1
+9*)
9*)
9*)
9*%
6+92β
β
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(
-(
-.*((9
G
-
6*
9*)
G
+
9*)
9*)
+ 9*)
9*)
Figura 21.3. Representación esquemática de los promotores de los 4 genes tiroideos (Tg, TPO, TSH-R y NIS)
y de los factores de transcripción que a ello se unen en las diferentes secuencias. Los factores TTF-1 y Pax8
se unen en el gen NIS en una región distal enhancer que recibe el nombre de NUE (NIS upstream enhancer).
Factor de transcripción TTF-1.
También denominado T/EBP o NKx2.1 pertenece a la familia de factores de
transcripción con un dominio de unión al ADN denominado homeodominio o gen
homeobox. Aunque inicialmente se clonó e identificó como específico de tiroides,
posteriormente se describió que también se expresa en hipófisis y pulmón. El papel
que tiene TTF-1 en hipófisis es aún desconocido pero en el caso del pulmón se sabe
que regula la expresión de las proteínas surfactantes del pulmón y de la proteína
secretada por las células de la clara. El tiroides y el pulmón se desarrollan en el
embrión en estrecha relación a partir de células de origen endodermal.
El gen del factor TTF-1 se denomina tift-1 y se localiza en el cromosoma 14 en
humanos y en el cromosoma 2 de ratón. La expresión de este gen se ha anulado
mediante recombinación homóloga, produciendo ratones knockout para TTF-1. Estos
ratones llegan a término pero mueren al nacer pos carecer de estructuras pulmonares
y por tanto no poder respirar. Además presentan agenesia de tiroides y de hipófisis.
Se ha definido a TTF-1 como responsable de la especificación tiroidea expresándose
tanto en células foliculares como parafoliculares.
Factor de transcripción TTF-2.
Pertenece a la familia de factores de transcripción con un dominio de unión al ADN
denominado forkhead. A los genes de esta familia se les denomina actualmente genes
fox siendo TTF-2 el gen Foxe-1. Esté gen, además de en tiroides se expresa en
hipófisis durante el desarrollo embrionario y en regiones craneofaciales. Los ratones
knockout para este gen presentas tanto ectopia como agenesia de tiroides así como
paladar hendido. El hecho de que los ratones presenten tiroides sublingual (ectopia)
junto con otros estudios han definido la función de TTF-2 como responsable de la
migración del tiroides desde una posición sublingual a su posición definitiva en la
traquea. El gen correspondiente se denomina titf2 o foxe1 y se localiza en el
cromosoma 9 en humanos y en 4 en ratón.
Factor de transcripción Pax8.
Pertenece a la familia de genes con dominio de unión al ADN denominada paired-box.
Identificado inicialmente en riñón se ha visto posteriormente que su función es
crucial en tiroides. Los ratones nulos para este gen presentan hipoplasia tiroidea y
falta de formación de folículos. Este gen por tanto es el responsable de la formación de
los folículos tiroideos y no se expresa en células parafoliculares. El gen
correspondiente Pax8 se localiza en el cromosoma 2 humano y en 2 de ratón. Los
ratones knockout para estos 3 factores de transcripción presentan todos
hipotiroidismo lo que sugiere la importancia de estos tres factores en esta patología y
sobre todo la importancia en el inicio del desarrollo embrionario de la glándula
tiroidea.
EXPRESIÓN DE LOS FACTORES TTF-1, TTF-2 Y PAX8 EN EL
DESARROLLO DEL TIRODIES.
Las células epiteliales tiroideas proceden de la invaginación del endodermo faríngeo a
partir del día embrionario E8-8.5. El primordio tiroideo migra hacia abajo hasta
alcanzar su destino final a ambos lados de la traquea entre los días E13-E14, donde
se sitúa separado por un istmo. Solamente en el día E15, una vez completado el
proceso de migración, las células foliculares se diferencian y comienza a detectarse
función tiroidea (figura 21.4). Estos días corresponden al desarrollo del ratón y se ha
establecido una correspondencia con los días de desarrollo embrionario en humanos
El retraso temporal entre la expresión de TTF-1, TTF-2 y Pax8 sugiere que haya otros
genes aun no identificados y necesarios para la función tiroidea normal o que existan
represores o co-represores transcripcionales que repriman la actividad de los factores
anteriores. Este es un tema en estudio y aún desconocido.
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN TIROIDEOS EN PATOLOGÍAS
HUMANAS.
Como se deduce de lo expuesto en anteriormente, los anteriores factores de
trascripción tiroideos desempeñan un papel crucial en los procesos de desarrollo,
especificación y diferenciación. Además, también se ha demostrado que estos factores
son decisivos para la proliferación de las células tiroideas. Por ello se ha estudiado en
detalle su papel en patologías tiroideas congénitas y en cáncer de tiroides.
Las células tiroideas transformadas con oncogenes de la familia Ras, Ret y otros
pierden el fenotipo tiroideo diferenciado y dejan de expresar los genes TTF-1, TTF-2 y
Pax8. También se ha demostrado que en carcinomas no diferenciados de tiroides se
pierde la expresión de estos genes, mecanismo relacionado con el mayor grado de
agresividad del tumor.
En el caso de hipotiroidismos congénitos se han descrito mutaciones o deleciones
de los anteriores factores de transcripción. En el caso de TTF-1 se han descrito
deleciones (haploinsuficiencia) que cursan con problemas pulmonares y en muchos
casos con enfermedades neuronales como coreo-acetosis o corea benigna. Así mismo
se han descrito mutaciones en TTF-2 en individuos con ectopia o agenesia cursando
en este último caso con paladar hendido y atresia de coanas. En el caso de Pax8 se
han descrito mutaciones en individuos con hipotiroidismo congénito que cursan con
hipoplasia tiroidea.
D 4
E
- 4
E
4
4
9
9
9*)
9*%
G
6
1
+
Figura 21.4. Representación de las fases iniciales del desarrollo del tiroides y el tiempo de expresión de los
factores de transcripción tiroideo.
REGULACIÓN HORMONAL DE LA FUNCIÓN TIROIDEA.
La función tiroidea está sometida a un fino control hormonal siendo la hormona TSH
la principal reguladora. La TSH regula principalmente la función tiroidea vía
AMPc/PKA, aunque actualmente se están describiendo acciones independientes de
AMPc e independientes de PKA. Como ésta vías independientes están menos
conocidas se explicará más en detalle la vía AMPc/PKA. La TSH tras unirse a su
receptor acoplado a proteínas G induce la activación de la adenilato ciclasa con el
consiguiente aumento de AMPc intracelular y la activación de la PKA, la cual en
última instancia es la responsable de activar factores de transcripción tras
fosforilación de los mismos. La vía clásica es la activación del factor CREB que se une
a su elemento CRE (cAMP responsive element) en los genes regulados por AMPc. Pero
en el caso de los genes tiroides Tg, TPO Y NIS no se han descrito elementos CRE, solo
en el caso del TSH-R. Lo que se ha descrito es que TSH a través del AMPc regula la
expresión de los genes TTF-2 y Pax8, siendo estos dos factores de transcripción los
que regulan en última instancia la expresión de los genes tiroideos (figura 21.5).
Además del TSH, otra hormona como la insulina regula la función tiroidea. La
insulina actúa a través del receptor de IGF-1, siendo por tanto esta citoquina la
funcional. El mecanismo implica principalmente la vía PI3K y Akt (figura 21.4)
aunque también se han descrito mecanismos dependientes de la MAPK. El IGF-1
actúa aditivamente con la TSH en la regulación de la Tg y la TPO, por tanto
induciendo la expresión de estos genes a nivel transcripcional. Sin embardo, IGF-1
reprime la expresión inducida por TSH sobre el gen NIS Otro factor de crecimiento
que reprime la inducción de NIS ejercida por TSH es el TGF-β, que actúa a través de
la proteínas Smads. Otra hormona que regula la función tiroidea, es la somatostatina,
la cual inhibe el efecto proliferativo ejercido por la TSH.
El conocer la regulación hormonal de la expresión de genes trioideos además de
ahondar en el conocimiento de las vías de transducción de señales, contribuye a
modular hormonalmente terapias en enfermedades tiroideas.
PROTEÍNA TRANSPORTADORA DE YODO (NIS). POSIBLE USO
DIAGNÓSTICO Y TERAPÉUTICO.
El yoduro es un regulador homeostático de la síntesis in vivo de las hormonas
tiroideas habiéndose descrito un fenómeno de autorregulación de la función tiroidea
por este compuesto, de modo que concentraciones altas de yoduro inhiben la síntesis
de hormonas tiroideas (efecto Wolf-Chaikoff). Este servo-mecanismo inhibitorio se
consigue mediante al inhibición de la captación y el transporte activo del yoduro.
El transporte del yodo en el tirocito tiene lugar a través de un co-transportador o
symporter (NIS) que capta yodo de manera dependiente de sodio. NIS es una proteína
integral de membrana caracterizada por tener 13 dominios transmembrana y que se
definió inicialmente como específica de tiroides pero que se ha visto expresada en
otros tejidos como las glándulas salivales, el estomago, la glándula mamaria en
periodos de lactación gestación y en cáncer de mama, así como en el ovario y otros
tejidos. Es una proteína muy conservada, existiendo una gran homología entre las
especies. La expresión de NIS está sometida a una fina regulación por TSH vía AMPc,
siendo el factor Pax8 el mediador de la respuesta.
La importancia de esta proteína ha aumentado llamativamente en los últimos
años por su importancia en patologías tiroideas y por su posible uso diagnóstico y
terapéutico en cáncer.
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6
&
4))I
4G#
2
Q
O
O
+
Figura 21.5. Vías de transducción de señales más estudiadas en tiroides. La TSH tras su unión a su
receptor de siete dominios transmembrana acoplado a proteínas G induce la actividad adenilato ciclasa con
el consiguiente aumento de AMPc y la activación de la PKA. La insulina y el IGF-1 tras su unión a su
receptord tirosina quinasa induce principalmente ene este tipo celular la activación de la vía PI3K/Akt.
Ambas vías convergen en la regulación transcripcional de genes trioideos.
NIS en patologías
Un defecto en el transporte de yoduro es una causa rara de hipotiroidismo congénito,
aunque se han descrito algunos casos. La característica común es la coexistencia de
bocio y falta de captación de ioduro. Con la clonación de NIS se ha obtenido una
herramienta para entender las bases moleculares de esta patología. Se han descrito
mutaciones en el ADN codificante de NIS que son causa de hipotiroidismo y
dishormonogénesis tiroidea. También se han descrito anticuerpos anti-NIS en
enfermedades autoimmunes tirodieas, lo mismo que ya se habían descrito para los
otras proteínas como anti-Tg, anti-PTPO (anticuerpos microsomales) y anti-TSHR.
La expresión de NIS varía considerablemente en neoplasias tiroideas humanas. La
captación de radio-yodo por nódulos tiroideos es una práctica diagnóstica de uso
habitual en la clínica. Mediante análisis de los niveles de ARNm por RT-PCR se ha
demostrado que la expresión de NIS varía en carcinoma papilar de tiroides y está
ausente en líneas celulares procedentes de carcinomas tiroideos que han perdido la
capacidad de captar yodo. Más recientemente se ha descrito que aunque mediante
RT-PCR se encuentre expresión de NIS en cáncer de tiroides, esta proteína no es
funcional por encontrarse en el citoplasma y no en la membrana basal. Así, la
expresión de NIS puede ser usada como un marcador previo en los tratamientos de
cáncer de tiroides con radioyodo. Se puede estudiar la expresión de NIS mediante
immunohistoquímica convencional (figura 21.6).
- 4
+
@
9
6
4
4 4
+
3
Figura 21.6. Immunohistoquímica con anti-NIS. Esta proteína se expresa en la membrana basal del
tirocito en situación normal (panel A). En carcinoma tiroideo se va perdiendo su expresión. En el panel B
aparece immunohistoquñimica negativa en un carcinoma papilar de tiroides.
USO DEL GEN NIS EN DIAGNÓSTICO Y EN TERAPIAS CON
RADIOYODO.
Unos de los objetivos más actuales en terapias génicas para el tratamiento de
carcinomas es la búsqueda de nuevas aproximaciones experimentales que impliquen
la menor toxicidad y agresividad posible. Los cánceres con alta recurrencia después
de tratamientos con radio- o quimioterapia representan clínicamente un reto para la
búsqueda de nuevas dianas moleculares basadas en transferencia selectiva a células
tumorales de otros genes citotóxicos o que puedan ser usados como diagnóstico.
Actualmente se está desarrollando una terapia basada en el uso de NIS. Como se
viene diciendo este gen es el responsable de la entrada del yodo en el tiroides y en
otros tejidos. Basándose en esta función, los estudios más actuales se basan en
expresar, mediante transferencia génica, el gen NIS en células tumorales y tratarles
posteriormente con 123I o con 99Tc para diagnóstico por imagen.
Además, la sobre-expresión de NIS en tumores podría usarse para terapias
posteriores con 131I, como se hace en los tumores tiroideos. Con esta idea, trabajos
recientes están expresando NIS mediante el uso de vectores adeno o retrovirales en
células tumorales de distintos orígenes (melanoma, próstata, mama, colon, etc). Tras
la sobre-expresión de NIS en estos tipos celulares y tratamiento con 131I se consigue
un índice de supervivencia celular bajísimo (tabla 21.1), lo que hace que estas
terapias sean muy prometedoras en un futuro.
Tabla 21.1. Tratamiento con 131I de células tumorales infectadas con adenovius-NIS. Células tumorales no
tiroideas se pueden hacer sensibles al tratamiento con radioyodo. La sobreexpresión de NIS, mediante la
infección de construcciones de NIS en vectores adenovirales, y el tratamiento con 131I induce hasta un 30%
de supervivencia lo que significa un 70 % de mortalidad de las células tumorales.
Células DU145 Próstata+131I
Control
Infectada con adenovirus (Ad)
Infectada con Ad-NIS
100%
100%
30%
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CAPÍTULO 22
S ÍN D R O M E S D E R E S IS T E N C IA A L A
A C C IÓ N D E L A S H O R M O N A S T IR O ID E A S
/"
-
La resistencia a la acción de las hormonas tiroideas (RHT) es un síndrome causado
por una disminución en la respuesta de órganos y tejidos diana a las hormonas
tiroideas.
INCIDENCIA
La incidencia exacta es desconocida. En el caso del síndrome de RHT (SRHT) por
mutaciones en los receptores nucleares se estima que afecta a 1 de cada 50000 recién
nacidos, existiendo en la actualidad 600 casos descritos. La incidencia del SRHT
causado por mutaciones en los transportadores de membrana específicos de las
hormonas tiroideas es mucho menor, habiéndose descrito muy pocos individuos,
debido entre otras causas a su reciente descripción.
FISIOPATOLOGÍA
Estructura y función de los transportadores de membrana de las
hormonas tiroideas y de los receptores nucleares de hormonas
tiroideas.
Durante las últimas 3 décadas se han acumulado evidencias sobre la existencia de
múltiples transportadores de hormonas tiroideas en diversos tejidos, aunque no ha
sido hasta fechas recientes en que se ha logrado la caracterización molecular de
algunos de ellos. Se pueden dividir en transportadores de aniones orgánicos y
transportadores de aminoácidos. Los transportadores de aniones orgánicos se dividen
a su vez en dos tipos, el polipéptido co-transportador de sodio taurocolato (NTCP) y
los polipéptidos co-transportadores de aniones orgánicos independientes de sodio
(OATP); de éstos, el OATP-F tiene alta especificidad y afinidad por la T4 y rT3 y se
localiza preferencialmente en los capilares del cerebro, en donde participa en el
transporte de T4 desde la periferia al interior del sistema nervioso central. Dentro de
los transportadores de aminoácidos, el transportador 8 de los monocarboxilatos o
MCT8 transporta exclusivamente hormonas tiroideas. El gen del MCT8 se localiza en
el cromosoma Xq13.2, consta de 6 exones, y codifica una proteína de 539 o 613
aminoácidos dependiendo de donde se inicie su traducción, de 12 dominios
transmembrana. En la parte N-terminal de la proteína existe un dominio PEST, rico
en prolina, glutamato, serina y treonina, que sirve como señal proteolítica al marcar
la proteína para su rápida degradación. La expresión de MCT8 es ubicua e incluye el
hígado, riñón, corazón, cerebro, placenta, pulmones y músculo esquelético. MCT8 es
el mas potente transportador conocido hasta la fecha y transporta hormonas tiroideas
de forma independiente de sodio.
Los receptores de las hormonas tiroideas (TR) son proteínas que tras su unión a la
hormona, controlan la expresión de genes, actuando así como factores de
transcripción. En la actualidad hay cerca de 150 tipos de receptores nucleares
identificados aunque para muchos de ellos no se conoce el ligando endógeno. Por su
similitud estructural se consideran una superfamilia (ver capítulo 8). El receptor de
las hormonas tiroideas forma una subfamilia junto al receptor de la vitamina D (VDR),
receptor del ácido retinoico (RAR), y receptores asociados al factor de proliferación de
peroxisomas (PPAR).
Se han identificado 2 tipos de receptores para las hormonas tiroideas,
denominados receptor β (TRβ ) y receptor α (TRα). El gen del TRβ se localiza en el
cromosoma 3 y consta de 10 exones. El gen del TRα, formado por 9 exones, se localiza
en el cromosoma 17. De ambos receptores existen a su vez 2 isoformas, TRβ1/TRβ2 y
TRα1/TRα2 (figura 22.1).
+
D(
-
9
Figura 22.1. Estructura de los receptores hormonales nucleares: región aminoterminal –N- (A/B), dominio
de unión al ADN (C), región de localización nuclear (D), dominio de unión a la hormona (E), región
carboxiterminal –C- (F). Los dominios C y E también participan en la dimerización del receptor.
El TRβ1 y TRβ2 sólo difieren en la parte aminoterminal, debido a la existencia de
un promotor alternativo entre el exón 1 y 2 en el gen que los codifica (figura 22.2). El
receptor TRα2 es homólogo al TRα1 pero no se une a la triyodotironina (T3) ya que le
faltan 40 aminoácidos del segmento carboxiterminal, necesarios para que la unión se
produzca; estas diferencias se deben a un proceso conocido como cortado y pegado
(splicing) alternativo después del procesado del primer ARN mensajero (mARN) del
TRα (figura 22.2).
La distribución de los TRs es extensa y su expresión es diferente en los diversos
tejidos. Así, mientras en el hígado predomina el TRβ, en el corazón predomina el TRα
y, en el cerebro la distribución de ambas formas es similar.
La capacidad de los TRs de regular la expresión de genes depende de la presencia
en el ADN de lugares de unión específicos para el receptor, conocidos como TRE
(thyroid response elements), y que se localizan en los promotores de genes,
normalmente en la parte 5’ del gen. Los requerimientos mínimos de un TRE son que
se una al TRs con alta afinidad, y que en presencia de T3 confiera a un promotor
capacidad de respuesta. La composición mínima para que el TRs se una a un TRE es
el hexámero (A/G)GGT(C/A)A. Para que exista respuesta del promotor se requieren al
menos 2 hexámeros colocados en posición palindrómica o en repeticiones directas e
invertidas (figura 22.3).
Los receptores de hormonas tiroideas se unen a los TREs como monómeros o
dímeros, formando homodímeros (TR-TR) o heterodímeros con otros receptores
nucleares de la familia de los receptores esteroideos. La unión a los TREs en forma de
heterodímeros es la más efectiva para que se produzca la respuesta a la T3. Aunque
los TRs forman heterodímeros con el receptor del ácido 9-cis retinoico (RXR), receptor
de estrógenos, RAR y PPAR, la interacción con el RXR es la más importante (figura
22.4).
B
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Figura 22.2. Isoformas de los receptores de hormonas tiroideas. A) existen 2 isoformas para el TRβ
(TRβ2 y5TRβ 'y 2 isoformas del TRα (TRα1 y TRα2). Las regiones de unión al ADN y a la hormona son las
más conservadas entre las diferentes isoformas. El TRα2 no se une a la hormona. B) El TRβ es más corto
que el TRβ#, debido a la pérdida de 53 aminoácidos en la región aminoterminal por la utilización de un
promotor alternativo entre los exones 2 y 3 del gen del TRβ. Los receptores TRα1 y TRα2 se originan por un
splicing alternativo entre los exones 8 y 9, lo que causa la pérdida de 40 aminoácidos en el domino de unión
a la hormona esenciales para la unión entre la T3 y el TRα2.
-
. +
- -
- -
1+-
1+-
1 -
-
+0-
7777
777777
777777
Figura 22.3. Composición y disposición de los TRE (thyroid response element) o lugares de unión del
receptor al ADN. El requerimiento mínimo para que el receptor de las hormonas tiroideas se una al TRE es
un hexámero de bases nitrogenadas. Para que exista respuesta del promotor se necesitan al menos 2
hexámeros en las posiciones que se describen.
61 1
- 1
6- - 1
- 1
F
-
-
Figura 22.4. La unión del receptor de hormonas tiroideas al TRE se hace en forma de homodímeros (TRTR) o heterodímeros RXR-TR.
En ausencia de T3 el complejo RXR-TR se une al TRE e inhibe la transcripción
basal, inhibición que se potencia por la unión al heterodímero de un grupo de
proteínas conocidas como co-represores (figura 22.5). Cuando la T3 alcanza el núcleo
de la célula se produce la liberación de los co-represores del TR y, no sólo se reduce la
represión de la transcripción basal sino que se incrementa la transcripción. Este
proceso requiere la incorporación al complejo que controla la transcripción de un
grupo de proteínas conocidas como co-activadores (figura 22.5).
*
4
9
F
9
- 6
(
9
(
(
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*)
9
2
F
9
- 6
*
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9
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+
9
4
9
4
Figura 22.5. A) En ausencia de T3 la unión de co-represores al heterodímero RXR-TR inhibe la
transcripción basal. B) En presencia de T3, los co-represores se liberan del heterodímero RXR-TR, se
reclutan co-activadores y se estimula la transcripción.
Bases moleculares de la resistencia a las hormonas tiroideas.
El síndrome de RHT está causado mayoritariamente por mutaciones en el gen del
TRβ. El 75% de los casos son familiares y se heredan de forma autosómica dominante,
el 15% son casos esporádicos, causados por mutaciones de novo y, en el resto no se
conoce su origen. La mayoría de las mutaciones son puntuales originando el cambio
de una base por otra, traduciéndose a nivel proteico en el cambio de un aminoácido
por otro con la subsecuente modificación de la estructura y función del receptor.
Los sujetos afectos con el síndrome de RHT por mutaciones en el receptor de
hormonas tiroideas, dado que heredan el trastorno de forma autosómica dominante,
tienen un alelo normal y otro mutado. Las mutaciones en el gen del TRβ se localizan
en la parte que codifica el dominio de unión a la T3, lo que impide que la hormona se
una al receptor, sin afectar a los dominios en donde reside la capacidad de unirse al
ADN, al RXR y a los co-represores. Esto confiere al alelo mutado la capacidad de
actuar de forma dominante negativa, denominada así porque si bien el heterodímero
RXR-TRβ mutado compite con el RXR-TRβ normal por la unión al ADN, al no unirse a
la T3 no puede liberar los co-represores, reprimiendo la transcripción basal de forma
permanente.
Hasta la fecha no se han descrito casos con mutaciones que afecten al dominio de
unión al ADN, por lo que se sospecha que estas mutaciones son letales o no dan
fenotipo. De acuerdo a esta última posibilidad cumple reseñar que en ratones
transgénicos la ausencia de TRβ se asocia a un fenotipo más benigno que el causado
por mutaciones en el receptor. En el caso de un alelo mutado, la transcripción basal
no se afecta ya que no depende de la T3 pero, en presencia de la hormona tiroidea, el
receptor afecto opera con dominancia negativa bloqueando la transcripción en un
50% de los genes regulados por la T3. En el caso de ausencia de receptor no se
bloquea la transcripción basal ni existe dominancia negativa en presencia de T3. Dado
que el fenotipo de los ratones sin receptor es mas benigno se ha sugerido que el
receptor apareció durante la evolución antes que la hormona, posiblemente como
resultado de una infección viral, y la hormona tiroidea surgió posteriormente para
compensar los efectos adversos del receptor.
La RHT causada por mutaciones en los transportadores de membrana de las
hormonas tiroideas se conocen desde 1994, año en que se describió en varones un
cuadro de retraso psicomotor severo asociado a mutaciones en MCT8. Estudios de
captación de hormonas tiroideas sobre fibroblastos de pacientes con este nuevo
síndrome, mostraron que la captación de T4 y sobre todo de T3 estaba muy
disminuida, lo que podría explicar la disfunción neurológica en estos pacientes, ya
que las hormonas tiroideas son esenciales para la diferenciación neuronal y desarrollo
cerebral desde etapas muy precoces del período embrionario.
MANIFESTACIONES CLÍNICAS Y DE LABORATORIO
El síndrome de RHT por mutaciones en el receptor de hormonas tiroideas se
caracteriza por la escasez de manifestaciones clínicas y, en muchos casos no son las
manifestaciones clínicas las que llevan al diagnóstico, sino el hallazgo de una
elevación en las hormonas tiroideas con valores de TSH no suprimidos. Los hallazgos
clínicos más frecuentes son bocio, taquicardia, estatura corta y retraso en la edad
ósea, hiperactividad, problemas de aprendizaje y trastornos emocionales. La mayoría
de los sujetos mantienen un estado metabólico normal a expensas de una elevación
en las hormonas tiroideas. Dada la diferente compensación a la resistencia hormonal
de los diferentes tejidos, pueden coexistir datos clínicos y de laboratorio sugestivos de
defecto y exceso hormonales. Así, un sujeto afecto puede presentar datos de
hipotiroidismo con retraso moderado del crecimiento, retraso en la maduración ósea y
problemas de aprendizaje, junto a datos de hipertiroidismo como hiperactividad y
taquicardia.
En el síndrome de RHT existen una variedad de defectos que no se explican por la
resistencia a la acción de la hormona o por exceso de hormona tiroidea, como son
anomalías vertebrales, cara con aspecto de “pájaro”, cráneosinostosis, acortamiento
del cuarto metatarsiano, ictiosis congénita, etc. El curso de la enfermedad es variable
y, excepto en los casos muy severos, la tendencia es a la mejoría de las
manifestaciones clínicas con la edad. Los sujetos con RHT sometidos a tiroidectomía
parcial por bocio siempre presentan recidiva del mismo.
En sujetos sin tratamiento, la condición sine qua non para el diagnóstico de RHT
es la elevación en los niveles de T4 libre (y con frecuencia la T3 libre), TSH no
suprimida, y respuesta normal o exagerada de la TSH al estímulo con TRH. En la
mayoría de los casos el valor de la TSH es normal preservándose su ritmo circadiano.
Cuando los valores de TSH están elevados, suele deberse a que el paciente recibió
tratamiento para disminuir las hormonas tiroideas. La captación tiroidea de yodo
radioactivo suele estar elevada debido al estímulo de la TSH, lo que también se refleja
en unos valores de tiroglobulina elevados.
El síndrome de RHT causado por mutaciones en el transportador MCT8, por el
contrario, da lugar a un cuadro de retraso psicomotor muy severo en los pacientes
afectos. Hasta la fecha sólo se ha descrito el cuadro en varones, siendo las madres
portadoras y manifestando un fenotipo bioquímico leve, consistente en elevación de la
T3 con una T4 y rT3 normal o baja y una TSH normal. La existencia de un fenotipo
bioquímico pero no clínico en las madres portadoras sugiere, que los dos alelos
situados en el cromosoma X se expresan, compensando el alelo normal al mutado, o
que existe una inactivación del gen no aleatoria, siendo inactivado el alelo mutado en
el sistema nervioso central. La severidad del cuadro neurológico en varones afectos
portadores del alelo mutado, sugiere que el MCT8 es el único transportador de
hormonas tiroideas operativo durante el desarrollo y diferenciación neuronal en la
embriogénesis, y que su anulación funcional da lugar a un cuadro neurológico de
mayor severidad que el cretinismo neurológico.
DIAGNÓSTICO.
Aunque las manifestaciones clínicas, evolución, historia familiar y datos bioquímicos
orientan hacia el diagnóstico de resistencia a la acción hormonal, el diagnóstico
definitivo es siempre molecular, y se establece detectando la mutación responsable del
cuadro clínico mediante secuenciación o restricción enzimática. El diagnóstico
molecular se hace normalmente sobre muestras de ADN extraídas de células
sanguíneas, aunque es conveniente una segunda muestra, normalmente de
fibroblastos cutáneos, que se obtienen por biopsia en la cara anterior del antebrazo.
DIAGNÓSTICO DIFERENCIAL
En el caso del síndrome de RHT por mutaciones en el receptor de hormonas tiroideas,
el hallazgo de unas hormonas tiroideas libres elevadas con una TSH no suprimida,
plantea el diagnóstico diferencial con tumores hipofisarios secretores de TSH. En
estos casos, el paciente suele presentar síntomas y signos de tirotóxicosis, pudiendo
coexistir con acromegalia o galactorrea y amenorrea debido a la secreción de hormona
de crecimiento y prolactina por el tumor. La subunidad α de la TSH suele estar
elevada en relación a la TSH total y, la tomografía axial computerizada o la resonancia
nuclear magnética de hipófisis pueden descubrir el tumor. La demostración de una
mutación en el gen del TRβ es prueba suficiente para establecer el diagnóstico de
síndrome de RHT. En aquellos casos en que no se encuentra mutación, el diagnóstico
se basa en la demostración in vivo de resistencia a la acción de las hormonas
tiroideas, para lo cual se administran durante periodos cortos de tiempo dosis
crecientes de T3 durante 1 semana, y se valora la respuesta de varios parámetros
clínicos y analíticos controlados por las hormonas tiroideas.
TRATAMIENTO
El tratamiento de pacientes con síndrome de RHT por mutaciones en el receptor de
hormonas tiroideas es individualizado. En aquellos casos familiares en que los
miembros afectos presentan trastornos severos del crecimiento y retraso mental, el
diagnóstico prenatal y consejo familiar son de utilidad. Como norma general se evitará
disminuir los niveles de hormona tiroidea, ya sea disminuyendo la reserva tiroidea por
medio de la cirugía o de la administración de yodo radioactivo, o administrando
antitiroideos, debido a que esto induciría un aumento de los niveles de TSH y
agravaría el bocio. En caso de que la compensación de la resistencia por el paciente
sea incompleta, se administrará hormona tiroidea evitando un estado de
hipercatabolismo. Los β-bloqueantes son de utilidad para controlar los síntomas de
tirotoxicosis.
En los casos de mutaciones en el transportador de MCT8 no existe tratamiento
etiológico. Dado la severidad del cuadro neurológico es primordial hacer un
diagnóstico pregestacional, identificando a las madres portadoras; esto se podría
realizar determinando T3, T4, rT3 y TSH en suero como método de screening, seguido
de secuenciación del gen MCT8 a partir de muestras de ADN maternas en casos
sospechosos.
BIBLIOGRAFÍA
Arai K, GP Chrousos 1995 Syndromes of glucocorticoid and mineralocorticoid resistance. Steroids 60:173.
Kino T, Chrousos GP 2001 Glucocorticoid and mineralocorticoid resistance /hypersensitivity syndromes. J
Endocrinol 169: 437.
Werner Ingbar’s The Thyroid. A Fundamental and Clinical Text. (9th edition). Lippincott Williams &
Wilkins.
CAPÍTULO 23
A N O M A L ÍA S E N L A F U N C IÓ N D E L A
G L Á N D U L A T IR O ID E S
&
Como ocurre en todas las glándulas de secreción endocrina la tiroidea puede
presentar deficiencia en secreción y acción de las hormonas tiroideas (hipotiroidismo)
y exceso de producción o acción de las citadas hormonas (hipertiroidismo).
HIPOTIROIDISMO
Definición
Se define como el defecto de la acción de las hormonas tiroideas en los tejidos diana
de nuestra economía, esto es en todos los tejidos. La repercusión se centra
principalmente en alteraciones de la cadena respiratoria intracelular, disminución de
la síntesis proteica y enlentecimiento metabólico general.
Frecuencia
La prevalencia e incidencia en Galicia se puede ver en la tabla 23.1.
Tabla 23.1. Prevalencia e incidencia de disfunción tiroidea en el sur de Galicia. Incidencia =
casos/100,000/año. Modificado de Galofré et al. 1994.
Tipo
Prevalencia
Mujeres
Incidencia
Mujeres
Hipertiroidismo
0.35 %
89.0
franco
subclínico
Hipotiroidismo
0.02 %
55.9
33.1
73.3
_
_
31.4
38.4
franco
subclínico
Prevalencia
Varones
0.0002
%
0.003
%
_
_
Incidencia
Varones
Total
Prevalencia
Total
Incidencia
6.5
0.019%
52.3
2.1
4.3
10.9
0.01%
32.0
20.6
45.5
2.1
6.5
_
_
18.4
24.2
Etiología
Va desde las enfermedades que condicionan disminución de la secreción hormonal
por la glándula tiroides a la resistencia a la acción de la hormona por los tejidos
observada en los síndromes de resistencia a la acción de las hormonas tiroideas (tabla
23.2).
Tabla 23.2. Causas mas frecuentes de hipotiroidismo en nuestro medio. Modificado de Galofré et al. 1994.
Causa
Tiroiditis crónica autoinmune
Post-quirúrgico
Secundario
Amiodarona
Miscelánea
Total
Frecuencia relativa
Densidad de incidencia
54.9%
18.7%
7.1%
5.8%
13.5%
100.0
27.1
8.7
2.9
1.9
4.8
45.5
Manifestaciones clínicas
Muchas de las manifestaciones de hipotiroidismo reflejan uno de los dos efectos
inducidos por la falta de las hormonas tiroideas que son:
• enlentecimiento general de los procesos metabólicos que condicionan fatiga,
movimientos lentos, hablar lento, intolerancia al frió, constipación, retención
de líquidos, bradicardia y respuesta retardada de reflejos tendinosos.
• acumulación de glicoaminoglicanos en el espacio intersticial de muchos
tejidos, que condicionan cabello ralo, facies abotargada, engrosamiento de la
lengua, ronquera.
Piel
Es fría y pálida por disminución del flujo sanguíneo. La epidermis presenta
hiperqueratosis. Disminución de la sudoración por descenso de calorigénesis y
disminución de la secreción glandular.
Ojos
Edema periorbitario.
Sistema cardiovascular
Disminución del gasto cardiaco inducido por disminución del ritmo cardiaco y de la
contractibilidad. Las hormonas tiroideas regulan genes que codifican enzimas
especiales involucrados en la contractibilidad miocárdica. Derrame pleural.
Hipertensión por aumento de las resistencias periféricas.
Sistema respiratorio
Fatiga, acortamiento de los movimientos respiratorios durante el ejercicio,
disminución de la capacidad para el ejercicio. Hipoventilación por debilidad de los
músculos respiratorios. Apnea del sueño pueden presentarse en estos pacientes.
Aparato digestivo
Constipación por disminución en la motilidad intestinal. Disminución del sentido del
gusto. Atrofia gástrica por presencia de anticuerpos anti-células apriétales.
Alteraciones hematológicas
Anemia normocítica. El 10% de los pacientes con tiroiditis crónica autoinmune
poseen anticuerpos anti-células parietales que condicionas anemia macrocítica con
megaloblatosis en la medula ósea.
Genital
Oligo- o amenorrea o hipermenorrea. Hiperprolactinemia puede ocurrir dando lugar
amenorrea y galactorrea.
Sistema neuromuscular
Existe depresión general de la función del sistema nervioso central. Somnolencia,
proceso mental lento, pérdida de memoria.
Metabólico
Hiponatremia, hipercolesterolemia.
En pacientes mayores, muchas de las manifestaciones que acompañan a la
senilidad son similares a los condicionados por el hipotiroidismo. Pacientes seniles
eutiroideos suelen presentar fatiga, frialdad en las extremidades, piel seca y
estreñimiento.
Diagnóstico
La constatación de la disminución en la secreción hormonal de la glándula tiroides se
consigue por la determinación de la concentración de las hormonas tiroxina total (T4)
o libre (T4L) en suero de sangre periférica o en las alteraciones congruentes en la
secreción hipofisaria de la hormona tiroestimulante (TSH). Mientras que la acción de
las hormonas tiroideas a nivel de los tejidos periféricos no se puede determinar en la
práctica. Se han intentado utilizar pruebas in vitro y cuestionarios que analizan las
manifestaciones clínicas, pero no son medidas muy sensible sin especificas.
Tras establecer el diagnostico de la disfunción, debe establecerse el diagnostico
etiológico, para lo que contaremos con la ayuda de la anamnesis, determinaciones
analíticas (anticuerpos antitiroideos), pruebas de imagen (ecografía, gamma grafía),
pruebas genéticas.
Tratamiento
En los casos producidos por disminución en la producción y secreción de la glándula
tiroides en tratamiento consiste en la administración por vía oral de levo-tiroxina,
determinando la dosis correcta mediante la monitorización de los niveles séricos de la
TSH, que determinará cada 4-6 semanas hasta conseguir que los valores se
encuentren dentro de los limites de la normalidad. Hasta hace poco tiempo ha
existido, algunos clínicos basados en estudios in vitro en tejidos animales opinaban
que para conseguir un mejor ajuste de la función tiroidea sería mejor tratar a los
pacientes con la asociación de levo-tiroxina y triiodotironina. Estudios recientes no
apoyan esta idea, encontrando que con el tratamiento con levotiroxina sola se
obtienen resultados clínicos similares a los obtenidos con la asociación de levotiroxina
con triiodotironina.
Monitorización del tratamiento
Depende principalmente de la etiología del hipotiroidismo, en general consiste en la
determinación periódica de los niveles de TSH y en algunos casos del la T4, ajustando
la dosis de levotiroxina de acuerdo a los resultados de las citadas hormonas. La
periodicidad depende de los casos. Una vez establecida la dosis de cada paciente, se
espaciaran los controles, pudiendo ser suficiente controles anuales o bianuales.
HIPOTIROIDISMO SUBCLÍNICO
Definición
Elevación de los niveles séricos de la TSH, con valores normales de T4 libre, ausencia
de síntomas, aunque un 25-50% de los pacientes pueden presentar síntomas leves.
Discreta hiperlipidemia y la presencia de anticuerpos antitiroideos en ausencia de
enfermedad tiroidea conocida.
Frecuencia
La incidencia de hipotiroidismo subclínico en nuestro medio se puede ver en la tabla
23.1.
Causas
Tiroiditis crónica autoinmune, ablación tiroidea parcial quirúrgica o con radioyodo.
Riesgo de progresión a hipotiroidismo franco
En pacientes con títulos positivos de anticuerpos antitiroideos y valores de TSH igual
o superiores a 10 mmol/L.
Tratamiento
Es un capitulo controvertido, ya alguno datos están a favor como el normalizar el
crecimiento de los niños, normalizar los valores lipiditos en adultos, mejorar la
memoria y destreza y la contractibilidad muscular. Pero hay otros en contra, como
aumento de riesgo de padecer osteoporosis en mujeres postmenopausicas,
exacerbación de enfermedades cardiacas existentes y aumento de sufrir insuficiencia
coronaria en pacientes mayores e 65 años. En general se acepta indicado el
tratamiento en pacientes menores de 65 años que respondan positivamente al
tratamiento, que tengan valores séricos de TSH igual o superior a 10 mmol/L,
coincidencia de depresión mayor, anticuerpos antitiroideos positivos, presencia de
hiperlipidemia o en gestantes.
HIPERTIROIDISMO
Definición
Aumento de la actividad de las hormonas tiroideas en sus tejidos diana.
Frecuencia
La prevalencia e incidencia de hipertiroidismo en Galicia se puede ver en la Tabla 1.
Etiología
Va desde el aumento de producción y secreción por parte de la glándula tiroides a la
administración exógena de estas hormonas (tabla 23.3).
Fisiopatología
El aumento de actividad de las hormonas tiroideas lleva como consecuencia la
supresión de la producción y secreción de la hormona tireotropa (TSH) por parte del
tejido hipofisario especifico.
Tabla 23.3. Causas mas frecuentes de hipertiroidismo en nuestro medio. Modificado de Galofré et al. 1994.
Causa
Enfermedad de Graves
Nodular
Iatrogénico
Tiroiditis
Amiodarona
Miscelánea
Total
Frecuencia relativa
Densidad de incidencia
46.2 %
22.2 %
25.9 %
1.8 %
1.8 %
1.8 %
100.0
24.2
11.6
13.5
0.9
0.9
0.9
52.3
Manifestaciones clínicas
Son independientes de las causas, sin embargo las causas pueden tener otras
manifestaciones, en particular la enfermedad de Graves que la causa mas frecuente,
que incluye oftalmopatía y dermatopatía infiltrativa.
Piel
Caliente debido al aumento del flujo sanguíneo. Aumento de sudoración por aumento
de la calorigénesis. Oncolisis, prurito. Vitíligo y alopecia areata.
Ojos
Retracción palpebral por aumento de actividad α adrenérgica. La oftalmopatía
infiltrativa es propia de los pacientes con enfermedad de Graves.
Cardiovascular
Aumento del gasto cardiaco debido a aumento de las necesidades de oxigeno
periférico y aumento de la contractibilidad miocárdica. Ritmo cardiaco aumentado,
disminución de la resistencia periférica. Fibrilación auricular ocurre en el 10 a 20%
de los pacientes, siendo más frecuente en pacientes mayores.
Lípidos
Tienden a tener niveles de colesterol total y HDL bajos.
Sistema respiratorio
Disnea y disnea de esfuerzo por aumento de consumo de oxigeno y aumento de
producción de anhídrido carbónico, que producen hipoxemia e hipercapnia. La
debilidad de los músculos respiratorios es una causa importante de disnea.
Gatrointestinal
Diarrea por aumento de motilidad intestinal. Algunos pacientes presentan hiperfagia.
Sistema hematológico
La enfermedad de Graves puede asociarse a enfermedades hematológicas
autoinmunes como la púrpura trombocitopénica idiopática.
Sistema esquelético
Aumento de la porosidad del hueso cortical y reducción del volumen del hueso
trabecular que condicionan osteoporosis y aumento de riesgo de fractura.
Neuromuscular
Temblor, hiperactividad, labilidad emocional, ansiedad, insomnio, dificultad para
concentrarse. Debilidad muscular proximal.
Diagnóstico
En primer lugar establecer la existencia de elevación en la concentración de la T4 libre
y total y supresión de los niveles de TSH. Posteriormente el establecimiento de la
etiología con la ayuda de la anamnesis, la terminación de anticuerpos frente a los
receptores de la TSH, estudios de imagen (ecografía, gamma grafía).
Tratamiento
Dependerá de la causa, en el caso del hipertiroidismo de Graves hay tres
posibilidades, el empleo de fármacos antitiroideos de síntesis (metimazole o
propiltiouracilo), 131I y cirugía. La elección de uno u otro dependerá de varios factores
como la edad del paciente, y sus preferencias. No existe unanimidad acerca de la
dosis, duración y tipo de fármaco antitiroideo más idóneo. En general se suele iniciar
el tratamiento con antitiroideos, con una dosis inicial de metimazole de 30 mg por
día, reduciendo la dosis cuando se consigue la normofunción. Se mantendrá el
tratamiento, con dosis de mantenimiento durante uno y medio a dos años, si después
de suspender el tratamiento recidiva la enfermedad, entonces quedan las opciones de
la terapia ablativa bien quirúrgica o radioisotópica. En el caso de hipertiroidismo
causado por enfermedad nodular
de la glándula tiroides el tratamiento es
preferentemente el ablativo siempre que no existan contraindicaciones.
Monitorización del tratamiento
Mediante la determinación periódica de las concentraciones séricas de T4 libre, T3
libre y TSH.
HIPERTIROIDISMO SUBCLÍNICO
Definición
Concentraciones séricas de T4 y T3 libres dentro de los límites de la normalidad,
asociados con valores suprimidos de la TSH. Ausencia de fármacos que supriman las
concentraciones de la TSH, enfermedades graves, disfunción tiroidea central y
aumento de la captación de radioyodo por la glándula tiroides.
Frecuencia
La prevalencia e incidencia de hipertiroidismo subclínico en Galicia se puede ver en la
tabla 23.1.
Riesgos
Fibrilación auricular y fenómenos troboembolicos, aceleración de la pérdida ósea en
mujeres post-menopausicas, debilidad muscular y aumento de la masa del ventrículo
izquierdo.
Tratamiento
No existe unanimidad de criterios sobre el tratamiento de pacientes que presenten
hipertiroidismo subclínico, probablemente el caso mas claro de indicación de
tratamiento es el de mujeres postmenopáusicas.
BIBLIOGRAFIA
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CAPÍTULO 24
U R G E N C IA S E N P A T O L O G ÍA T IR O ID E A
&
Las situaciones que requieren atención urgente en patología tiroidea son: La tiroiditis
supurativa aguda, la tormenta tiroidea y el coma mixedematoso, no obstante por su
frecuencia y que algunas veces tiene una forma de presentación muy aparatosa
también debemos considerar la tiroiditis subaguda.
Las entidades antes mencionadas excepto la tiroiditis subaguda afortunadamente
son muy raras, pero este hecho aumenta la dificultad de su manejo, ya que es difícil
que a lo largo de nuestra práctica clínica se adquiera la experiencia y destreza para su
manejo cómodo. Esto también hace que no existan estudios controlados que hayan
demostrado cual es la mejor forma de tratamiento. La mejoría en el pronóstico de los
pacientes afectados se debe al avance en las técnicas de soporte general en las
Unidades de Cuidados Intensivos. (UCI) lugar donde deben ser tratados estos
pacientes.
TIROIDITIS AGUDA SUPURATIVA
Es una entidad muy rara, se trata de un absceso causado por infección bacteriana o
micotica.
Clínica
Se presenta como una tumoración en la cara anterior de cuello, dolorosa al tacto,
caliente y fluctuante. El paciente se encuentra muy afectado con aspecto toxico.
Etiología
Los gérmenes que con más frecuencia se encuentra implicados son el estafilococo
aureus, estreptococo hemolítico, pneumococo, escherichia coli y salmonella. La vía por
la que glándula tiroides se ve afectada es por extensión directa de un foco adyacente,
diseminación hematógena, linfática, trauma o persistencia de quiste tireogloso.
Tratamiento
Tras la toma de muestras para los estudios bacteriológicos principalmente
hemocultivos y punción aspiración del nódulo tiroideo, se inicia la administración de
antibióticos de amplio especto que cubran los agentes que con más frecuencia son la
causa de absceso. En algunos casos pude ser necesario el drenaje quirúrgico.
Pronóstico
Depende de las condiciones previas del paciente y de la fuente de proceso. En general
es bueno.
TIROIDITIS SUBAGUDA
Es un proceso inflamatorio de origen vírico que afecta a la glándula tiroides. La
frecuencia de su presentación aumenta coincidiendo con epidemias de gripe.
Clínica
Cursa con un cuadro similar a la gripe consistente en cefaleas, mialgias, insomnio,
mal estar general, febrícula o fiebre, nerviosismo y síntomas de hipertiroidismo leve,
asociados con dolor en cara anterior del cuello irradiado a la zona auricular
ipsilateral. La glándula tiroides es dolorosa al tacto.
Diagnostico
Es por la clínica, entre los datos complementarios es frecuente observar elevación de
la velocidad de sedimentación, elevación de los valores de T4 libre con descenso o
supresión de los valores de la TSH. La gammagrafía tiroidea muestra ausencia de
captación del trazador.
Evolución
En general es una enfermedad autolimitada, pero el cuadro puede durar entre 3
semanas a 6 meses.
Tratamiento
Es sintomático, se usa ácido acetilsalicílico un comprimido de 300 mg cada 6-8 horas
durante 7-10 días, pueden emplearse antiinflamatorios no-esteroideos. Si la
sintomatología es intensa es preferible tratar directamente con prednisona 20-40 mg
en una o dos dosis durante 7-10 días. Suspender la medicación paulatinamente en 2
semanas. Si los síntomas recidivan volver a la dosis inmediatamente superior. Se
asociará tratamiento con protectores gástricos (prostaglandinas, anti-H2). Si el
paciente presentase manifestaciones francas de hipertiroidismo, se administrará
betabloquenates adrenergicos por vía oral, propanolol 10-20 mg cada 8 horas.
Pronóstico
Puede tener una evolución tórpida, pero en general es bueno.
TORMENTA TIROIDEA (TT)
Es una forma extrema de hipertiroidismo que cursa con complicaciones
hemodinámicas, metabólicas y afectación multisistémica y alto riesgo de mortalidad.
Criterios diagnósticos
Síntomas de hipertiroidismo severo, manifestaciones cardiovasculares (taquicardia
≥140/min.) o insuficiencia cardiaca, hiperpirexia (39-41ºC), manifestaciones
neurológicas (agitación, delirio, psicosis, estupor o coma), alteraciones digestivas
(nausea, vómito, diarrea), disfunción hepática (ictericia). La escala de Burch y
Wartosky es útil para establecer el diagnostico de TT (tabla 24.1).
Factores desencadenantes
Cirugía mayor en general y toráxica en particular, traumatismo, infección, sobrecarga
de yodo o mala adherencia al tratamiento antitiroideo.
Tratamiento
Debe tratarse en Unidades de Cuidados Intensivos. Medidas generales, aporte de
líquidos, forzar diuresis, digitalicos, investigación y tratamiento de infecciones,
tratamiento agresivo de la hipertermia. Medidas específicas,
• Betabloqueantes adrenergicos, propanol iv, 1mg/min u oral o por sonda
nasogastrica (SNG) 60-80 mg. cada 4 horas.
• Tionamidas, oral o por SNG 30 mg. Cada 6 horas.
• Soluciones de yodo, yoduro sódico 0.5-1 gr. iv o Lugol 10 gotas cada 8 horas.
• Contrastes yodados, ácido ipanoico 0.5-1 gr. una hora después de la
administración de los antitiroideos.
• Glucocorticoides, prednisona 100 mg. iv cada 8 horas.
Tratamiento quirúrgico en la fase aguda
La recomendación del tratamiento quirúrgico en la fase aguda de la enfermedad se
basa en: el fracaso del tratamiento con antitiroideos y yodo en hipertiroidismo
inducido por yodo, que pacientes jóvenes con hipertiroidismo aunque no con TT, se
puede conseguir el estado eutiroideo en pocos días con la asociación de ácido ipanoico
más β bloqueantes adrenergicos más glucocorticoides y resultados aceptables del
tratamiento quirúrgico en pacientes con TT. La mortalidad ha mejorado la última
década pasando del 60-75% al 15%.
COMA MIXEDEMATOSO
Es una forma severa de hipotiroidismo que cursa con hipotensión y alteración del
estado de conciencia. Es una urgencia médica asociada a mortalidad elevada, que
requiere un diagnostico de presunción y tratamiento rápidos. Se presenta tanto en
caso de hipotiroidismo primario como de secundario.
Incidencia
La densidad de incidencia en nuestro medio es de 0.22 casos por millón por año.
Factores precipitantes
Infecciones, infarto agudo de miocardio, exposición al frio, administración de sedantes
especialmente narcóticos.
Clínica
Manifestaciones clínicas de hipotiroidismo severo que cursa con hipotensión,
bradicardia, hipotermia, hipoventilación. En la analítica general con hipoglucemia e
hiponatremia. En la tabla 24.2 presentamos las características clínicas y bioquímicas
de la mayor serie de pacientes con coma mixedematoso.
Diagnóstico
Se basa en la historia clínica, el examen físico y la exclusión de otras causas de
alteración del estado de conciencia.
Tabla 24.1 Escala de Burch-Wartosky para el diagnóstico de la tormenta tiroidea.
Puntuación>45 puntos diagnóstica de tormenta tiroidea, entre 25-44 puntos
sugestiva e inferior a los 25 puntos, poco probable
Temp.
(ºC)
Ptos
Cardiovascular
(pulsaciones)
Ptos
Neurológicas
Ptos
Insuf. cardiaca
Ptos
Digestivas
Ptos
Factores
precipitantes
Ptos
35-35,9
5
99-109
5
Leve (agitación)
10
Leve (edema
maleolar)
5
Moderado (diarrea,
vómitos, dolor
abdominal)
10
negativo
0
36-36,9
10
110-119
10
Moderado (delirio,
psicosis letárgica)
20
Moderada
(estertores
basales)
10
Severa (ictericia
inexplicable)
20
positivo
10
37-37,9
15
120-129
15
Severo
(convulsiones,
coma)
30
Severa (edema
pulmonar)
15
38-38,9
20
130-139
20
Fibrilación
auricular
10
39-39,9
25
> 140
25
>40
30
Paciente
Edad
(años)
Sexo
Tipo1
P.F.2
D.C.3
I.G.
APACHE II
F-T4 (mmol/L) TSH (mU/mL)
Dosis
L-T4
Evol.
1
84
V
Primario
Infección
urinaria
Obnubil.
13
18
0,46
51,3
Alta
Vivo
2
75
M
Secund.
Neumonía
sepsis
Coma
4
32
0,25
0,4
Alta
Muerto
3
70
M
Primario
Cirugía
abdom.
Coma
3
29
0,18
71
Baja
Muerto
4
65
M
Secund.
Infección
urinaria
Obnubil
8
17
0,23
2,5
Alta
Vivo
5
20
M
Primario
Fiebre
tifoidea
Obnubil
14
14
0,28
76
Baja
Vivo
6
81
M
Primario
ileo
Coma
8
34
0,17
28
Baja
Muerto
7
63
M
Primario
Infección
urinaria
Obnubil
13
18
0,15
38
Alta
Vivo
8
83
M
Primario
Infección
urinaria
Coma
9
20
0,15
60,6
Alta
Vivo
9
79
M
Primario
Infección
respirat.
Obnubil
13
19
0,15
153
Baja
Vivo
10
47
M
Secund.
Infección
urinaria
Obnubil
13
20
0,37
9,8
Alta
Vivo
11
82
M
Primario
neumonía
Obnubil
6
31
0,50
78,2
Baja
Muerto
Tabla 24.2. (página anterior). Características clínicas y analíticas de pacientes con coma mixedematoso. 1:
tipo de hipotiroidismo; 2: factores precipitantes; 3: grado de alteración de la conciencia al ingreso. I.G.:
Indice de Glasgow. Modificado de Rodríguez, et al. 2004.
Tratamiento
Debe tratarse en Unidades de Cuidados Intensivos.
Medidas generales
Ffluidoterapia, ventilación mecánica si es preciso y tratamiento de la hipotermia.
Medidas específicas
Tiroxina (dosis inicial de 500 µg iv seguida de 100 µg diariamente). Cuando el
paciente pueda tomar alimentos por boca se cambiará la vía a la oral. Algunos
clínicos asocian triodotironina a dosis de 5-20 µg cada 8 horas, en nuestra
experiencia no es necesario añadir este producto. Glucocorticoides (hidrocortisona
100 mg cada 8 horas) hasta que se excluya la posiblidad de la existencia de
insuficiencia suprarrenal asociada al hipotiroidismo. Antibióticos de amplio espectro
previa toma de muestras para cultivos (hemocutivos, urocultivos, esputos, etc.).
Mortalidad
Ha mejorado en la últimas dos décadas gracias a los adelantos principalmente en las
UCI, en nuestra experiencia es del 36.4%.
Factores asociados a la mortalidad del coma mixedematoso: En general se
aceptaba que la edad y la forma del tratamiento sustitutivo condicionaban el
pronóstico de estos pacientes. En un estudio reciente de nuestro grupo que
representa la serie mas grande de pacientes con esta patología atendidas en una sola
institución, concluimos que era el estado de nivel de conciencia, la puntuación en las
escalas de Glasgow y APACHE II son los factores a los que se asociaba la mortalidad
de estos pacientes.
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PARTE V
SUPRARRENALES
CAPÍTULO 25
R E G U L A C IÓ N D E L E J E H IP O T Á L A M O H IP Ó F IS IS -S U P R A R R E N A L E S
El eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales es uno de los componentes del sistema de
respuesta al estrés, en el que las glándulas suprarrenales desempeñan un papel
fundamental. La regulación de la respuesta suprarrenal al estrés está regulada por
dos tipos de mecanismos: neurales y humorales (endocrinos). La regulación neural
depende principalmente del sistema nervioso simpático que estimula la liberación de
catecolaminas por parte de las células de la médula suprarrenal. La regulación
humoral depende principalmente de la ACTH hipofisaria que estimula la síntesis y
liberación de glucocorticoides por parte de las células de la corteza suprarrenal y, en
menor medida, de la angiotensina II que incrementa la liberación de
mineralocorticoides.
SÍNTESIS DE ACTH
La hormona corticoestimulante u hormona adrenocorticotropa o corticotropina (ACTH,
adrenocorticotropic hormone) es un péptido de 39 aminoácidos que pertenece a la
familia de péptidos hipofisarios derivados de la pro-opiomelancortina (POMC). En
humanos, el gen que codifica la POMC tiene una longitud de 8 kb, se localiza en el
cromosoma 2 y está constituido por 3 exones, separados por 2 intrones. El exón 1
codifica una región 5’ no traducida, el exón 2 codifica el péptido señal y el extremo Nterminal de la molécula de POMC, y el exón 3 codifica la práctica totalidad de la POMC
(figura 25.1). El gen de la POMC se expresa principalmente en las células corticotropas
de la adenohipófisis, que representan, aproximadamente, el 20% de las células
adenohipofisarias. La POMC es una proteína de 241 aminoácidos que, una vez
sintetizada, es sometida a un procesamiento proteolítico que consiste en la escisión de
la molécula por acción de una convertasa denominada PC1 (prohormone convertase 1).
La PC1 es una endopeptidasa perteneciente a la familia de la subtilisina-kexina, que
presenta capacidad de actuar sobre sitios dibásicos. Los principales productos
originados por el procesamiento de la POMC en las células del lóbulo anterior de la
hipófisis son la ACTH, la pro-γ-MSH (pro-γ melanocyte-stimulating hormone), la βlipotropina (β-LPH) y la β-endorfina (figura 25.2). Este procesamiento de la POMC se
produce de forma secuencial, y comienza con separación de la β-LPH y la pro-ACTH.
Posteriormente se produce la rotura de la molécula de pro-ACTH, dando lugar a la
formación de 3 productos: la pro-γ-MSH, el péptido de unión o JP (joining peptide) y la
ACTH madura. La ACTH es el único producto resultante del procesamiento de la
POMC en el lóbulo anterior cuya importancia fisiológica está claramente establecida.
La ACTH actúa sobre la glándula adrenal, estimulando la síntesis hormonal
(fundamentalmente de glucocorticoides) y el desarrollo de la corteza adrenal. La ACTH
ejerce sus acciones tras unirse al receptor MC2 (melanocortina 2) que pertenece a la
familia de receptores acoplados a proteínas Gs (véase capítulo 3). La MSH regula la
dispersión de la melanina en la piel de algunos vertebrados inferiores, pero este efecto
carece de importancia en humanos. Tampoco parece importante el efecto de la β-LPH
en nuestra especie, pese a su capacidad de movilizar lípidos en otros vertebrados.
( ,5(
( ,5(
: /5(
: /5(
: /5(
P
P
P8
.
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D
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P8
Figura 25.1. Estructura del gen de la POMC
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D
,)
,) γ
7 D
β
.
.
β
.
L
.
.
.
β
.
Figura 25.2. Procesamiento de la POMC en el lóbulo anterior de la hipófisis
En aquellas especies en las que existe un desarrollo apreciable del lóbulo
intermedio, tanto la β-LPH como la ACTH son escindidas por acción de una segunda
convertasa (denominada PC2). Como consecuencia de la acción de esta convertasa, la
β-LPH da lugar a la formación de γ-LPH y β-endorfina, mientras que el procesamiento
de la ACTH origina α-MSH y CLIP (corticotropin-like intermediate lobe peptide). Dado
que en humanos el lóbulo intermedio no se encuentra desarrollado se considera que la
formación de estos productos carece de importancia fisiológica en nuestra especie.
Además de la adenohipófisis, el gen de la POMC se expresa en múltiples tejidos
como cerebro, hígado, riñón, gónadas o placenta. Habitualmente, en estos tejidos la
POMC se traduce a partir de un mRNA diferente al hipofisario que se forma por la
utilización de un lugar alternativo de inicio de la transcripcion. El mRNA originado en
este caso es más pequeño debido a la ausencia de las regiones codificadas por los
exones 1, 2 e inicio del exón 3. La importancia funcional de los péptidos derivados de
POMC originados en estos tejidos se desconoce, con excepción del hipotálamo en el
que la MSH desempeña un papel fundamental en el control de la ingesta (véase
capítulo 33).
REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN DE ACTH
La secreción de ACTH está regulada por el hipotálamo a través de dos factores
hipofisotrópicos: la hormona liberadora de corticotropina (CRH) y la hormona
antidiurética (ADH) (véase capítulo 9). La CRH producida por las neuronas
parvocelulares del núcleo paraventricular y liberada en la eminencia media, es el
principal estímulo para la secreción de ACTH. Mediante la generación de ratones
knockout para el gen de la CRH se ha podido comprobar que en ausencia de este
factor, tanto la síntesis de POMC como la secreción basal de ACTH se mantienen, pero
las corticotropas son incapaces de incrementar la liberación de ACTH en respuesta a
estímulos. La liberación de CRH es inducida por múltiples factores, siendo uno de los
más importantes el estrés. Diversos tipos de estrés, tanto físico (hemorragia,
hipoglucemia, ayuno, infecciones, ejercicio intenso) como psíquico (miedo, ansiedad)
son capaces de estimular la liberación de CRH.
La ADH es un secretagogo auxiliar, siendo su principal papel potenciar la
respuesta a la CRH. Este efecto es importante para aumentar la liberación de ACTH
inducida por el estrés. Las neuronas productoras de ADH que intervienen en la
regulación de la secreción de ACTH se localizan en el núcleo paraventricular del
hipotálamo y se caracterizan por coexpresar CRH y ADH, de forma que ambos factores
se liberan conjuntamente en la eminencia media.
Las señales inhibitorias para la secreción de ACTH dependen, principalmente, de
los glucocorticoides producidos en la corteza suprarrenal. Los glucocorticoides actúan
tanto sobre la hipófisis como sobre el hipotálamo (figura 25.3). En el primer caso,
inhiben la transcripción del gen de la POMC y la liberación de ACTH. Sobre el
hipotálamo, los glucocorticoides actúan inhibiendo la síntesis y la liberación de CRH y
de ADH. En algunas especies se ha propuesto la existencia de un factor hipotalámico
capaz de inhibir la secreción de ACTH. Sin embargo, no existen datos que sugieran la
existencia de dicho mecanismo de regulación en humanos.
La secreción de ACTH se caracteriza por presentar un marcado ritmo circadiano
alcanzándose los niveles máximos de secreción en humanos a primeras horas de la
mañana (en torno a las 06:00), y las tasas más bajas a última hora de la tarde. Este
ritmo circadiano está claramente influenciado por el patrón luz-oscuridad y parece
depender de diferencias en la sensibilidad de la CRH a la acción inhibitoria de los
glucocorticoides. A primeras horas de la mañana la sensibilidad de la CRH a los
glucocorticoides es mínima, por lo que los niveles de secreción de CRH aumentan, lo
que ocasiona una respuesta de ACTH y cortisol. A lo largo del día, la sensibilidad de la
CRH a los glucocorticoides va aumentando, con lo que la secreción de CRH disminuye
progresivamente hasta alcanzar su mínimo.
La regulación del eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales depende también en gran
medida de la acción de ciertas citoquinas producidas por células del sistema inmune.
Las principales citoquinas implicadas en la regulación del eje son las interleuquinas 1,
2 y 6 y el TNFα (tumor necrosis factor α). Todas ellas actúan sobre el hipotálamo
estimulando la liberación de CRH, y sobre la hipófisis, incrementando la liberación de
ACTH. Como consecuencia del aumento de la secreción de ACTH se producirá un
incremento de los niveles circulantes de glucocorticoides que, a su vez, inhibirán la
producción de citoquinas, estableciéndose un circuito de regulación entre los sistemas
endocrino e inmune.
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Figura 25.3. Regulación del eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenales
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 26
F IS IO L O G ÍA D E L A C O R T E Z A
SUPRERRENAL
"
Las suprarrenales son un órgano par, que funcionalmente presentan tres tipos de
tejido bajo diferente control: el córtex externo que segrega aldosterona, siendo
regulado por el eje renina-angiotensina; el córtex interno regulado por el eje CRHACTH que segrega cortisol y esteroides sexuales; y la médula adrenal que es una parte
del sistema nervioso simpático y produce catecolaminas.
HISTORIA
La anatomía de las glándulas adrenales fue descrita en el siglo XVI por Eustachius.
En 1855 Thomas Addison describe las características clínicas y los hallazgos
necrópsicos que presentan los pacientes con insuficiencia adrenal. Posteriormente se
demostró que eran órganos indispensables para la vida (Brown-Sequard 1856).
William Osler administró por primera vez extractos de suprarrenal a pacientes con
enfermedad de Addisosn en 1896. En 1912 Harvey Cushing describe el cuadro clínico
producido por la hipersecreción de corticoides que lleva su nombre. Años después se
aislaron las hormonas adrenales y el factor hipofisario que estimula su formación
(ACTH). Jerome Conn describió en 1956 el hiperaldosteronismo primario, y
posteriormente se descubrió que el eje renina-angiotensina II regulaba la secreción de
aldosterona.
EMBRIOLOGÍA
La corteza adrenal procede del mesodermo, tiene un origen común con las gónadas,
desarrollándose a partir del tejido mesenquimal adyacente al epitelio celómico que se
encuentra cerca del ribete urogenital. A los dos meses de gestación ya es reconocible,
siendo en este momento invadido por células neuroectodérmicas que formarán la
médula adrenal.
ANATOMÍA
El peso de las glándulas en la edad adulta es de aproximadamente 4 gr., aunque
pueden llegar a los 22 gr en los cuadros de estrés que acompañan a las enfermedades
terminales. Tienen una estructura piramidal con 2 a 3 cm. de ancho, 4 a 6 cm de
largo y 1 cm de grosor. Una cápsula fibrosa las recubre externamente, envuelta en
tejido graso. Se pueden observar nódulos en un 3% de los adultos normales, y hasta
un 65% pueden presentar micronódulos que podrían ser variantes del tejido normal.
También puede encontrarse tejido adrenal ectópico en diferentes zonas como el plexo
celíaco, bazo, hígado, ovarios, escroto, vesícula biliar o cráneo.
Una rica vascularización procedente de múltiples arterias regionales, aorta, frénica
inferior, renal, intercostal, ovárica o espermática, forman un plexo arteriolar
subcapsular que irriga la corteza adrenal. En los humanos una vena central rodeada
por una capa de células corticales y bandas de células musculares lisas puede ser
contraída para acelerar el flujo sanguíneo tras la exposición de las células corticales a
la ACTH o de las medulares al cortisol. La vena adrenal derecha es más corta y drena
directamente a la vena cava inferior, mientras que la izquierda, más larga, lo hace a la
vena renal izquierda.
La división del córtex adrenal en tres zonas concéntricas se basó inicialmente en
las diferencias existentes en los tejidos vasculares y conectivos. La zona glomerulosa
constituye el 15% de la glándula, y está formada por células pequeñas, con
citoplasmas con una cantidad intermedia de inclusiones lipídicas, núcleos con
cromatina más densa que las otras zonas y un ratio citoplasma-núcleo bajo. La zona
fasciculada constituye el 75% del córtex y presenta células grandes con citoplasmas
vacuolados con múltiples inclusiones de lípidos, apareciendo un ratio citoplasmanúcleo alto. La zona reticular esta marcadamente definida y presenta células con ratio
citoplasma-núcleo intermedio, citoplasma denso, bajo contenido en lípidos y
numerosos gránulos de lipofuscina.
CRECIMIENTO Y REGENERACIÓN
Los factores que regulan el crecimiento de la glándula durante la vida fetal y la
mantienen durante la vida adulta, además de la ACTH, son poco conocidos. El SF-1
(steroidogenic factor-1) es un factor de transcripción que regula la expresión de los
genes del receptor de ACTH, el SR-B1 (scavanger receptor, class B, type 1) que
transfiere HDL-colesterol a las células y todas las enzimas esteroidogénicas CYP
(citocromo P450).
Las glándulas adrenales se desarrollan normalmente durante las primeras 15
semanas en fetos anencefálicos por lo que sería independiente de la ACTH, aunque
posteriormente sería esencial para su crecimiento y maduración. El papel de la ACTH
placentaria, si hubiese alguno, es desconocido, y no hay constancia de que otros
factores placentarios participen en el proceso. El efecto de la ACTH podría estar
mediado por el IGF-II y sus receptores en las células córticoadrenales. Probablemente
también algún otro péptido derivado de la proopiomelanocortina como el POMC(1-52),
así como el GIP (polipéptido inhibidor gástrico), la inhibina, el factor de crecimiento
epidérmico, el factor de crecimiento de los fibroblastos, y el IGF-I estarían implicados.
Para mantener el tamaño y la función de la glándula se produce una división
celular en la zona glomerulosa, una migración centrípeta y diferenciación en la zona
fascicular y una degeneración y muerte celular en la zona reticular. Entre la
glomerulosa y la fascicular existe una zona intermedia compuesta por células que no
contienen ni CYP11B1 ni CYP11B2, enzimas de la cadena esteroidogénica, por lo que
no podrían sintetizar ni cortisol ni aldosterona. Estas células serían las progenitoras
de las células de la glomerulosa y de la fascicular.
BIOSÍNTESIS DE ESTEROIDES
El sustrato común a partir del que se producen las diferentes hormonas es el
colesterol, el cuál puede ser fabricado en las propias células a partir del acetil-CoA o
ser captado del plasma en forma de LDL-colesterol mediante un proceso de
endocitosis, formándose lisosomas. En humanos se cree que la mayor parte de del
colesterol que se utiliza en las células adrenales para formar esteroides procede del
LDL-colesterol, para el cual existe un receptor en la superficie celular. El número de
receptores LDL aumenta con la ACTH, y disminuye al aumentar la cantidad de
colesterol libre en el interior celular. También se puede extraer del HDL-colesterol
circulante, para el que existe un receptor específico conocido como SR-B1 en ratones y
CLA-1 en humanos, que lo transfiere al interior de la célula mediante un proceso
distinto de la endocitosis.
El colesterol está almacenado en forma de ésteres en el interior de las células,
siendo hidrolizado para formar colesterol libre e iniciar la formación de esteroides. Una
serie de enzimas realiza los diferentes pasos, la mayor parte de ellas pertenecen a la
familia de citocromos P450, que transfieren electrones a partir del NADPH. A
continuación se van describiendo las enzimas con su denominación común, la previa y
la actual genética:
Colesterol esterasa
Hidroliza los esteres de colesterol
preferentemente en los microsomas.
formando
colesterol
libre.
Se
encuentra
StAR (steroid acute regulatory protein)
Se trata de una proteína que introduce el colesterol en la mitocondria. Se codifica en
un gen que se encuentra en el cromosoma 8p11.2
Colesterol desmolasa (P450scc) (CYP11A1)
Enzima mitocondrial que escinde la cadena lateral del colesterol en la posición C20.
Se codifica en el cromosoma 15q23-q24. Los electrones transferidos para esta reacción
provienen de un sistema de transporte compuesto por la adrenodoxin y la adrenodoxin
reductasa que se encuentran en la mitocondria y en la pared de la misma.
3 β Hidroxiesteroide deshidrogenada (3 HSD2)
Enzima asociado a la membrana microsomal que deshidrogena el grupo 3 hidroxilo, e
isomeriza el doble enlace C5 de la pregnenolona, 17-OH-pregnenolona y DHEA que se
convierten en progesterona, 17-OH-progesterona y androstendiona respectivamente.
Consta de 372 aminoácidos y solo existe en las adrenales y las gónadas. El gen que la
codifica se encuentra en el cromosoma 1p13.1.
17 α Hidroxilasa-17, 20 liasa (P450-C17) (CYP17)
Enzima microsomal de 508 aminoácidos que cataliza la hidroxilación de pregnenolona
y progesterona en C17 (actividad 17
hidroxilasa), produciéndose 17-OHpregnenolona y 17-OH-progesterona, y escinde la cadena de 2 átomos de carbono en
C17 (17-20 liasa), produciéndose DHEA y androtendiona. Estas dos actividades faltan
en la zona glomerulosa. Se codifica en el cromosoma 10q24.3.
21 α Hidroxilasa (P450-C21) (CYP21A2)
Enzima microsomal de 494-495 aminoácidos que cataliza la hidroxilación en C21 de
progesterona y 17-OH-progesterona a DOCA y 11-deoxicortisol. Está codificada por el
gen situado en el cromosoma 6p21.3.
11 β Hidroxilasa (P450-C11) (CYP11B1)
Enzima mitocondrial de 504 aminoácidos que realiza el último paso para la formación
de cortisol a partir de 11-deoxicortisol. También recibe electrones del sistema
adrenodoxin y adrenodoxin reductasa. Está presente básicamente en la zona
fascicular y el gen codificante se encuentra en el cromosoma 8q24.3.
Aldosterona
(CYP11B2)
sintetasa
(18
Hidroxilasa-18
Oxidasa)
(P450-As)
En la zona glomerulosa esta enzima mitocondrial cataliza los últimos tres pasos, 11
hidroxilación, 18 hidroxilación y 18 metiloxidación, para la formación de aldosterona.
El gen que la codifica en los humanos está íntimamente relacionado con el CYP11B1
(11 Hidroxilasa), se encuentra localizado cerca del mismo en el cromosoma 8q24.3 y
las enzimas son homólogas en un 95%, pero las secuencias promotoras 5´difieren. El
hecho de que el gen CYP11B2 no se exprese en al zona fasciculada es importante dado
que así la secreción de aldosterona es regulada por la angiortensina II y no por la
ACTH.
Los glucocorticoides son segregados a partir de la zona fascicular en cantidades de 1020 mg/día, los mineralocorticoides a partir de la glomerular entre 100-150 µg/día y
los esteroides sexuales, DHEA, DHEAS y androstendiona, más de 20 mg/día. En la
figura 26.1 podemos ver un esquema en el que se nos muestra la cascada de
formación de esteroides.
: 7: 7D D7
D :
:.
1.
β.
: D7
- D.
D:
7
D :
: D7
7
D
: 7D
D
D
: D7
: D7
: D9
D
D
:
D
:
D7
- β.
AA
: D9
D
: D7
D7
A K
A -
- D.
A -
: 7: 7D D7
:
D
A %
A
D
D
: D7
A %
D
: D7
D
D
Figura 26.1. Síntesis de esteroides corticosuprarrenales
ACCIONES DE LOS GLUCOCORTICOIDES
Existen múltiples campos en los cuales producen efectos los glucocorticoides. Sobre el
metabolismo de los glúcidos contribuyen por diferentes vías a elevar los niveles de
glucosa. Por un lado aumentan su síntesis de glucosa activando la gluconeogénesis
hepática y por otro en los tejidos periféricos inhiben la captación y utilización de la
misma. También favorece la producción de glucógeno hepático. Activan la lipólisis
favoreciendo el aumento de ácidos grasos libres, colesterol y triglicéridos, pero al
mismo tiempo disminuyen los niveles de HDL-colesterol. Estimulan la formación de
tejido graso a nivel central y visceral. Producen una disminución de las reservas
proteicas del organismo que son utilizadas para la producción de glucosa.
Los
corticoides inhiben la división de las células epidérmicas, reducen la
formación de colágeno y producen atrofia muscular al disminuir la síntesis de
proteínas. En el hueso inhiben la función de los osteoblastos y producen un balance
negativo de calcio con lo cual favorecen la aparición de osteoporosis. Durante el
crecimiento, el exceso de corticoides produce una inhibición del mismo, posiblemente
debido al efecto catabólico sobre el tejido colectivo, el músculo y el hueso. En los
pulmones producen la maduración de los mismos en la vida fetal, al aumentar la
síntesis de proteínas del surfactante.
Aumentan la tensión arterial por diferentes mecanismos. En los vasos sanguíneos
favorecen la acción de los agentes presores sobre el músculo liso e inhiben la acción
de los agentes vasodilatadores. Además producen retención de sodio y excreción de
potasio en la neurona distal.
Sobre el sistema inmunológico producen un efecto inhibidor generalizado. Por un
lado disminuyen el número de linfocitos, sobre todo los T, en sangre periférica al
redistribuirlos en el bazo, ganglios linfáticos y médula ósea y aumentar su apoptosis.
Al mismo tiempo inhiben la producción de inmunoglobulinas, citoquinas y
prostaglandinas, con lo cual se produce una disminución de la respuesta inflamatoria.
En el sistema nervioso central se produce inhibición de la secreción en el hipotálamo y
neurohipófisis de CRH, vasopresina, y en la adenohipófisis de proopiomelanocortina y
sus derivados, ACTH, β-endorfina y β-lipotropina. Un exceso de corticoides produce
inicialmente euforia, y posteriormente depresión, manía, apatía, letargia y psicosis.
También se puede observar aumento del apetito, disminución de la libido e insomnio.
Acciones de los mineralocorticoides
La aldosterona es secretada por la zona glomerulosa por la acción de los tres
principales secretagogos, la angiotensina II, el potasio y en menor medida la ACTH.
Actúa principalmente a nivel del túbulo contorneado distal donde produce una
reabsorción de sodio que provoca un intercambio iónico con eliminación de potasio e
hidrógeno con lo que aparece un aumento del volumen de líquido extracelular,
aumento de la presión arterial, hipokalemia y alcalosis cuando existe en exceso.
También aumenta la eliminación de amonio, magnesio y calcio. En la saliva y en el
sudor también está aumentada la concentración de sodio y disminuida la de potasio.
La corticosterona y la DOCA, son segregadas tanto por la zona glomerulosa como
fascicular y también tienen efecto mineralocorticoide.
Acciones de los esteroides sexuales adrenales
Los andrógenos sexuales DHEA, DHEAS y androstendiona representan más del 50%
de los circulantes en la hembra y un 5% en el varón. La DHEA tiene un efecto
androgénico débil pero puede convertirse en andrógenos o estrógenos en la periferia
por la acción de diferentes enzimas. La androstendiona puede convertirse en
testosterona a nivel periférico. Cuando existe exceso de esteroides sexuales se produce
en las hembras hirsutismo, acné e incluso ambigüedad sexual con agrandamiento del
clítoris, fusión labial y desarrollo del seno urogenital. En los varones en estos casos
pueden producir precocidad isosexual con alargamiento del pene y aparición de vello
pubiano.
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 27
H IP E R P L A S IA A D R E N A L C O N G É N IT A
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La hiperplasia de las glándulas adrenales fue descrita por primera vez en autopsias a
mediados del siglo XIX, pero la naturaleza de la enfermedad no se comenzó a entender
hasta el siglo XX cuando se identificaron las alteraciones hormonales y la transmisión
genética de la misma.
DÉFICIT DE 21α
α-HIDROXILASA
El defecto en la conversión de progesterona y 17-OH-progesterona a DOCA y 11deoxicortisol ocurre en más del 90% de casos de HSC. Se trata de una de las
enfermedades hereditarias más comunes. La prevalencia alcanza a 1:14200 nacidos
vivos, aunque esta varía según las diferentes razas, siendo la más alta entre los
esquimales Yupik de Alaska (1:280) y la más baja entre la población china (1:28000).
Las formas tardías prevalecen entre los hispánicos, yugoslavos y judíos procedentes
del este europeo.
Formas clínicas
Existen dos formas clínicas que dependen de la gravedad del fallo en la actividad
enzimática:
• clásica: Se trata de una patología grave en la que se distinguen dos entidades:
o virilizante simple (SV): Se presenta con ambigüedad sexual en las
mujeres y pseudopubertad precoz en el varón.
o pierde sal (SW): Además de lo anterior aparecerá hiponatremia,
hipercaliemia e hipotensión (colapso cardiovascular).
• non-clásica (NC): Es la forma menos grave y más frecuente de la enfermedad.
Aparece en la edad adulta con hirsutismo, acné, virilismo, irregularidades
menstruales, disminución de la fertilidad femenina y masculina,
incidentalomas adrenales y masas testiculares.
Diagnóstico
Se debe sospechar la forma clásica cuando aparecen genitales ambiguos en el recién
nacido de sexo femenino o cuando hay una crisis pierde sal. La forma non-clásica
presentará precocidad isosexual, edad ósea avanzada con testes prepuberales en el
varón y virilismo, hirsutismo, opsomenorrea, infertilidad y acné en la hembra.
El diagnóstico se hará mediante la determinación de 17-hidroxiprogesterona basal
o tras estímulo con ACTH, que pasará de 15 ng/ml en las formas non-clásicas y será
muy superior en las formas clásicas, en las que además estarán elevadas la ACTH y la
actividad de la renina plasmática.
Genética
El gen que codifica la 21-hidroxilasa se encuentra en la región 6p21.3 de la cadena
corta del cromosoma 6, dentro del locus de los antígenos de clase II del sistema HLA.
Existen dos genes, el CYP21A2 que es el funcional en los humanos, contiene 3.4 kb
con 10 exones y 9 intrones, y el CYP21A1, que es una pseudogén, con un 90% de
homología con el gen lo que facilita eventos de recombinación durante la meiosis entre
ambos. Los genes CYP21A2 son autonómicos (2 alelos) y la patología es autonómica
recesiva por lo cual las manifestaciones clínicas estarán determinadas por el alelo
menos afecto. Pueden aparecer lesiones genéticas de diferentes tipos:
• grandes delecciones/inserciones
• pequeñas delecciones/inserciones
o inframe: tres bases o múltiplo de tres.
o frameshift: cambia la secuencia de aminoácidos finalizando en un
codón stop.
• mutaciones puntuales (una base):
o cambio de un aminoácido: missense
o cambio a un stop codon: nonsense
o cambio en el ayuste: splicing
o transición/transversión
La 21-hidroxilasa es un péptido de 494-495 aminoácidos, las lesiones genéticas
pueden afectar a diferentes partes del mismo dando lugar a pérdida de actividad que
será mayor o menor según el grado o el lugar de la mutación. La posición C428 sirve
para la unión al grupo heme. La E294-T295 para la unión a oxígeno y agua. La Q53R60 (N-terminal) y L342-V358 (C-terminal) para la unión al sustrato y la R354-R356
para la unión a proteínas accesorias.
Tratamiento
En los años 1950 Wilkins y Bartter propusieron el tratamiento con cortisona.
Actualmente se suele utilizar hidrocortisona (6-8 mg/m2/día) en niños y
dexametasona (0.25-0.50 mg/día) o prednisona (2.5-5 mg/día) en adultos. En la
formas graves pierde sal también se usa 9-α–fluorohidrocortisona con acción
mineralocorticoide y NaCl que permite usar menos dosis de glucocorticoides. Puede
ser necesaria la corrección de anormalidades genitales en niñas. Se ha propuesto la
adrenalectomía para evitar la fuente de andrógenos y se debe dar consejo genético a
las parejas que puedan transmitir la patología. La terapia génica será una posibilidad
en el futuro.
Diagnóstico y tratamiento prenatal
Cuando la madre está afecta o existe un hermano afecto se puede realizar el
diagnóstico prenatal midiendo la 17-hidroxiprogesterona y ∆4-androstendiona que
estarán elevadas en líquido amniótico en SW. También se tomarán muestras de
vellosidades coriónicas para realizar el estudio genético y determinar el sexo.
El tratamiento debe hacerse a partir de la primera falta, con dexametasona 20
µg/kg/día. La virilización del feto femenino ocurre entre la 8 y 12 semanas de
gestación. La 11-β-hidroxiesteroide deshidrogenasa placentaria (3 HSD1) desactiva la
prednisona por lo que no puede ser usada. En caso de que el feto sea femenino o no
se confirme la alteración genética se suspende el tratamiento.
DÉFICIT DE 11- -HIDROXILASA
Existen 2 enzimas en humanos: la P450c11 (CYP11B1) que se expresa en la zona
fasciculada y está regulada por ACTH siendo se sustrato el 11-deoxicortisol y la
P450c11Aldo (CYP11B2) presente en la zona glomerular, regulada por la renina, cuyo
sustrato es la 11-deoxicorticosterona (DOCA) y que tiene tres actividades: 11- hidroxilasa, 18-hidroxilasa y 18-oxidasa.
En la clínica aparece ambigüedad genital (clítoromegalia, fusión labial, seno
urogenital) en las hembras y precocidad isosexual (alargamiento de pene, acné) en
varones. Al mismo tiempo puede aparecer hipertensión en dos tercios de los pacientes
debido al exceso de DOCA siendo menos común en la forma non-clásica.
En la analítica puede aparecer hipocalemia, disminución de la actividad de la
renina plasmática, elevación del 11-deoxicortisol, DOCA, DHEA, DHEA-S,
androstendiona y testosterona.
La enfermedad es autosómica recesiva, la prevalencia es de 1/100.000, siendo
frecuente entre judíos marroquíes (1/5000). Dos tercios presentan la forma clásica.
En humanos CYP11B1 y CYP11B2 se codifican en dos genes localizados en el
brazo largo del cromosoma 8q24.3. Cada gen contiene 7000 bp, 9 exones y 8 intrones,
siendo idénticos en el 95% de las secuencias codificantes y en el 90% de los intrones.
Están separados por 40kb. La enzima está formada por 504 aminoácidos.
La terapia consiste en disminuir el hiperandrogenismo y la hipertensión con la
menor cantidad posible de corticoides (hidrocortisona o dexametasona). Se realiza una
monitorización bioquímica con el 11-deoxicortisol, la DHEA y la renina y una
monitorización clínica viendo la evolución de la virilización, la velocidad de
crecimiento y la regularidad menstrual. La cirugía correctora de las anormalidades
genitales en las niñas puede ser necesaria.
DÉFICIT DE 3- -HIDROXIESTEROIDE DESHIDROGENADA
Es una forma rara de hiperplasia adrenal congénita en la que están dañadas la
formación de todas las hormonas, aldosterona, cortisol, andrógenos y estrógenos.
Esta enzima, que no es de la familia de los citocromos P450, deshidrogena el grupo
hidroxilo C3, e isomeriza el doble enlace del anillo B al A (∆5 a ∆4). La falta de cortisol
produce aumento de ACTH que provoca hiperplasia adrenal e incremento de
pregnenolona, 17-hidroxipregnenolona, DHEA y DHEA-S. El descenso de la actividad
enzimática está causada por mutaciones del gen 3 HSD2, pudiendo aparecer formas
pierde sal o non-clásicas. El gen 3 HSD1, que se expresa en placenta y tejidos
periféricos suele estar intacto dando lugar a gran variabilidad clínica.
La mayoría de los pacientes presentarán datos clínicos debidos a la falta de
cortisol y aldosterona con hiponatremia, hipercaliemia, depleción de volumen,
vómitos. Las hembras pueden tener virilización de genitales externos por incremento
de la DHEA que se puede transformar en testosterona en la periferia y los varones
diferentes grados de pseudohermafroditismo. El criterio analítico para hacer el
diagnóstico es un valor de ∆5-pregnenolona tras estímulo con ACTH superior a 5000
ng/dL.
La terapia se realizará mediante el reemplazamiento de las hormonas deficitarias,
cortisol y aldosterona hasta la pubertad y posteriormente andrógenos y estrógenos. El
gen que codifica la enzima se encuentra en el cromosoma 1p13.1. La proteína consta
de 372 aminoácidos.
DÉFICIT DE 17-α
α-HIDROXILASA
Descrita por Biglieri en 1966, se trata de una patología sumamente rara. La 17αhidroxilasa, hidroxila con igual intensidad a la 5-pregnenolona y la 4-progesterona y
de manera diferente y catalizada por citocromo b5 a la 17-hidroxipregnenolona y a la
17-hidroxiprogesterona.
Las mujeres presentarán genitales externos normales con falta de desarrollo
sexual y amenorrea primaria, y los varones fallo en el desarrollo de los genitales
externos con pseudohermafroditismo. Puede aparecer hipocaliemia, alcalosis e
hipertensión.
En el laboratorio se verán aumentados la DOCA, corticosterona, 18-OHcorticosterona y 18-OH-DOCA. La elevación del la DOCA produce inhibición de la
renina por lo cual disminuye la formación de aldosterona.
El gen se encuentra en el cromosoma 10q24.3, codificando la enzima que está
formada por 508 aminoácidos. Pueden existir mutaciones que afecten a las dos
actividades o solo a la 17-20 liasa, pudiendo existir también mutaciones en el gen del
citocromo b5 que cataliza esta segunda actividad.
HIPERPLASIA ADRENAL LIPOIDEA
Se caracteriza por la falta de hormonas adrenales y gonadales y aumento de ACTH,
presentándose hiperplasia adrenal con acumulación de esteres de colesterol. Se debe
a la alteración de la fosfoproteina mitocondrial StAR presente en las adrenales y
gónadas pero no en la placenta, con lo que no se afecta la producción de progesterona
durante la gestación. Autosómica recesiva, se han descrito más de 35 mutaciones que
afectan al gen situado en el cromosoma 8p11.2. La mayoría de las mutaciones afectan
al dominio del transfer lipídico. Las células esteroidogénicas sin StAR son capaces de
producir hormonas en pequeñas cantidades pero esto se va agravando con el tiempo
por la aparición de depósitos de colesterol intracelulares.
La clínica presenta insuficiencia adrenal al nacer o en la infancia. Los varones
tendrán genitales externos femeninos por falta de andrógenos testiculares y las
hembras tendrán un desarrollo sexual normal al nacer y a veces pubertad espontánea
que se explicaría por la presencia de un ovario silente hasta la pubertad que no
acumularía colesterol.
En el laboratorio veríamos cortisol y aldosterona bajos y ACTH y renina elevadas.
El tratamiento se hará con gluco y mineralocorticoides.
COLESTEROL DESMOLASA
Solo se han descrito tres pacientes, una mujer (heterozigota) y dos varones (uno
homozigoto y otro heterozigoto) que fueron diagnosticados por presentar insuficiencia
adrenal al nacer, 9 meses y a los 4 años. Teóricamente letal por falta de progesterona
placentaria. En uno de los varones existe sexo revertido y el otro es
pseudohermafrodita. No se apreció aumento de las glándulas adrenales. El gen que
codifica esta enzima se encuentra en el cromosoma 15q23-q24 formando una proteína
de 521 aminoácidos.
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 28
S ÍN D R O M E D E C U S H IN G
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El síndrome de Cushing es la expresión clínica de una exposición excesiva y
prolongada a la acción de los glucocorticoides. Es un síndrome que aún hoy, plantea
grandes dificultades de manejo ya que no existe ninguna prueba que por sí sola
pueda confirmar su diagnostico y porque además, los criterios de curación no están
bien definidos y exige un seguimiento muy prolongado debido a la posible aparición
de recurrencias.
ETIOLOGÍA
La causa más frecuente de hipercortisolismo es la administración farmacológica de
glucocorticoides (síndrome de Cushing exógeno). Entre las formas endógenas existen
dos grupos que en función de si el hipercortisolismo se debe o no a una secreción
excesiva de ACTH., se han dado en llamar, síndrome de Cushing ACTH dependiente y
síndrome de Cushing ACTH independiente. Las causas del síndrome de Cushing
ACTH dependiente se deben a:
• hipersecreción crónica de ACTH hipofisaria (enfermedad de Cushing
hipofisaria), debida en un 90% de los casos a la existencia de un adenoma
hipofisario. Esta forma representa el 70% de los casos del síndrome de
Cushing.
• enfermedad de Cushing asociada con el síndrome de neoplasia endocrina
múltiple (MEN) tipo I. La presentación de esta forma es rara.
• secreción de ACTH por tumores no hipofisarios (síndrome de Cushing por
ACTH ectópica), que representa el 15% de los casos.
• Las causas del síndrome de Cushing ACTH independiente son:
• tumores suprarrenales (adenomas y carcinomas) productores de cortisol (15%
de los casos).
• hiperplasia suprarrenal macronodular por receptor anómalo.
• displasia suprarrenal micronodular familiar, de presentación rara.
• hiperplasia nodular autónoma en el síndrome de McCune-Albright, también de
presentación rara.
DIAGNÓSTICO
El diagnóstico del síndrome de Cushing y la determinación de su causa se fundamenta
en la existencia de una serie de datos clínicos y en la realización de una serie de
pruebas, de las que ninguna de ellas por sí sola tiene en la actualidad validez
diagnostica.
El primer paso en la valoración del paciente con sospecha de tener un síndrome de
Cushing se basa en el diagnóstico clínico. La ganancia de peso fácil, la dificultad para
perder peso y la distribución central de la grasa son los síntomas clínicos de mayor
sensibilidad diagnóstica, mientras que la debilidad de la musculatura proximal y las
equimosis son los mas específicos. Los síntomas clínicos están relacionados con la
secreción inapropiada o excesiva de cortisol y por lo tanto el diagnóstico hay que
fundamentarlo en demostrar la existencia de hipercortisolismo, confirmar su diagnóstico
y determinar su causa.
Demostración de la existencia de hipercortisolismo
Cortisol libre urinario (CLU)
La determinación del cortisol libre urinario (en orina recogida durante 24 horas) es
equivalente a la medida integrada de la concentración libre de cortisol. Cuando existe
un valor de CLU superior a tres veces el límite superior de la normalidad, la
probabilidad diagnóstica es del 100%. Por el contrario, si la mayoría de las
determinaciones de CLU son normales, la probabilidad diagnóstica es muy baja.
Determinación nocturna del cortisol (23 h)
Valores de CP de 7.5 µg/dL (207 nmol/L) en muestras extraídas a las 23 h realizadas
en condiciones de reposo previo y ausencia de estrés, tienen una sensibilidad del
96% y una especificidad del 100% para discriminar entre individuos normales,
pacientes con pseudo-Cushing y pacientes con síndrome de Cushing.
Frenación nocturna con 1mg de dexametasona (test de Nugent)
Antes de establecer el diagnóstico definitivo hay que excluir que el CP descienda por
debajo de 5 µg/dL (nmol/L) cuando se administra 1 mg de dexametasona a las 23 h
del día anterior.
Confirmación del hipercortisolismo
Frenación débil con dexametasona, 2mg/día, dos días (test de Liddle I).
Valores de CP <5 µg/dL y de CLU <10 µg/24 h excluyen la existencia de síndrome de
Cushing. Con este test se consigue un 90% de sensibilidad y un 100% de
especificidad, sin necesidad de la administración del CRH.
Test de dexametasona/CRH
Valora la respuesta del cortisol al estímulo con CRH mientras se mantiene el bloqueo
con dexametasona. Se emplea para distinguir el síndrome de Cushing de situaciones
de pseudo-Cushing. Posee una sensibilidad y una especificidad del 100%, aunque
existen casos de falsos positivos.
Determinación de la causa del hipercortisolismo
Determinación basal de ACTH
Es el parámetro más fiable en determinar el diagnóstico etiológico del hipercortisolismo.
Clasifica el hipercortisolismo en ACTH-dependiente (valores de ACTH normal o elevado) y
ACTH independiente (ACTH baja o indetectable). Cuando el ACTH es medible, el
problema más importante está en diferenciar entre el origen hipofisario (adenoma o
hiperplasia hipofisaria) del ectópico (carcinoide oculto, etc). Las exploraciones utilizadas
para ello son las que siguen a continuación:
Test de supresión con dexametasona a dosis elevada
El fundamento de este test se basa en el hecho de que los tumores hipofisarios
mantienen la capacidad del reconocimiento del receptor al feedback negativo del cortisol
y por tanto se suprime cuando se utilizan dosis elevadas de dexametasona. Existen
diferentes formas de realización de este test: test clásico de Liddle (II) y el test de
supresión nocturna con 8 mg de dexametasona. Cuando se combinan los resultados de
ambos test se consigue una sensibilidad del 92% y una especificidad del 100%.
Test de estimulación con CRH
Se utiliza para el diagnóstico diferencial del síndrome de Cushing ACTH dependiente.
En la mayoría de los pacientes con enfermedad de Cushing la administración
intravenosa de CRH produce un aumento de ACTH y cortisol, mientras que esta
hipersecreción no ocurre en los pacientes con síndrome de secreción ectópica de
ACTH. Posee una sensibilidad del 86% y una especificidad del 95% para el ACTH,
mientras que para el cortisol es del 91% y 95% respectivamente.
Test de desmopresina
La desmopresina representa una alternativa utili para aquellos medios donde la
disponibilidad de CRH es limitada. Estimula la secreción de ACTH y cortisol en
pacientes con síndrome de Cushing hipofisario, pero no en sujetos normales ni en
pacientes con síndrome de Cushing ectópico o adrenal. Posee una sensibilidad y
especificidad del 85% y 87.5% para la ACTH y del 100% y 88% para el cortisol
respectivamente.
Cateterismo selectivo de los senos petrosos inferiores (CSSPI)
La determinación de ACTH en muestras tomadas simultáneamente en cada seno
petroso inferior y en la periferia, aporta una excelente información respecto a la
localización hipofisaria o periférica de una lesión (gradiente central periférico) incluso
a veces para su lateralización derecha izquierda. Su forma de realización incluye el
estimulo simultaneo con CRH y/o desmopresina.
Pruebas de imagen
La RM craneal representa el método de elección y es muy superior a la TC en la
identificación de adenomas hipofisarios. La administración combinada de contraste
magnético (gadolinio) facilita la diferenciación del tejido adenomatoso del normal de
forma que permite identificar tumores de 3.4 mm de diámetro.
La TAC abdominal representa la opción mas barata y útil en la identificación de
lesiones suprarrenales uni o bilaterales. La RM es igualmente util, pero de costo mas
elevado.
Otras exploraciones como la gammagrafía suprarrenal con colesterol marcado,
cateterismo de las venas suprarrenales, PET, etc. son de utilidad en casos
particulares.
TRATAMIENTO
Las alternativas terapeúticas del síndrome de Cushing incluyen:
Cirugía
Cirugía transesfenoidal de la hipófisis
Es el tratamiento de elección en la enfermedad de Cushing. Si el adenoma está
claramente circunscrito, la adenomectomía es el tratamiento indicado. La
hemihipofisectomía se realiza cuando no se encuentra el microadenoma tras una
exploración minuciosa, decidiendo la lateralización izquierda o derecha según la
información del gradiente de ACTH del CSPI. La hipofisectomía completa debe
reservarse para la extirpación de grandes tumores y para pacientes en edad no
gestacional con clínica de Cushing florida o con complicaciones, donde no se haya
encontrado el tumor durante la exploración quirúrgica.
Suprarrenalectomía.
La suprarrenalectomía bilateral es la forma más rápida de controlar la hipersecreción
de cortisol y sus efectos. Las indicaciones son:
• hipofisectomía ineficaz
• cirugía hipofisaria técnicamente imposible
• presencia de un empeoramiento rápido del hipercortisolismo que no puede
controlarse adecuadamente con drogas por su intolerancia o por sus efectos
secundarios
• pacientes con síndrome de ACTH ectópico grave cuando no sea posible
extirpar el tumor en su totalidad o no haya podido ser localizado y el
hipercortisolismo no pueda controlarse con tratamiento farmacológico.
Radioterapia
La irradiación hipofisaria se ha utilizado durante muchos años como tratamiento
inicial, especialmente en niños y en adolescentes. Algunos autores han conseguido en
niños hasta un 80% de curaciones, pero sólo un 15% en adultos. Las dosis varían
entre 35-52 Gy. La aparición de efectos beneficiosos puede demorarse más de 1 o 2
años, tiempo durante el que la enfermedad puede controlarse con tratamiento médico.
Tratamiento farmacológico
El tratamiento médico de pacientes con enfermedad de Cushing se usa:
• para controlar el hipercortisolismo grave antes de la cirugía
• como tratamiento en pacientes que han sido tratados con radioterapia
• para tratar pacientes que no son candidatos a la cirugía
• en el tratamiento de pacientes con secreción ectópica de ACTH/CRF en los que
no ha podido extirparse el tumor primitivo.
El tratamiento farmacológico de elección en la enfermedad de Cushing es el
ketoconazol. Los estudios que demuestran la utilidad del ketoconazol en el
tratamiento de la enfermedad de Cushing son múltiples. Los efectos secundarios más
frecuentes son las molestias digestivas, el prurito y alteraciones de la función
hepática.
Otras alternativas terapeuticas farmacológicas incluyen:
• ciproheptadina: demuestra su beneficio terapéutico en la enfermedad de
Cushing cuando el origen es hipotalámico. Su relativa eficacia en el conjunto
global de las distintas causas que determinan la enfermedad de Cushing, sus
frecuentes efectos secundarios y la temporalidad de sus efectos hacen que en
la actualidad no represente una alternativa efectiva de tratamiento.
• valproato sódico: disminuye la secreción de ACTH a través de la inhibición del
CRF. Las perspectivas de utilidad no se han confirmado en los estudios a largo
plazo y en la actualidad no representa sino una referencia histórica.
• bromocriptina: la utilidad de la bromocriptina en el tratamiento de la
enfermedad de Cushing o en el síndrome de Nelson están cuestionadas ya que
la no demostró ser más efectiva que un placebo. El tratamiento prolongado
con reserpina en combinación con una dosis de radioterapia convencional es
eficaz en el tratamiento de la enfermedad de Cushing.
• somatostatina: se ha estado utilizando en el tratamiento de la enfermedad de
Cushing con distintos resultados. La mayoría de los autores coinciden en que
los análogos de somatostatina sólo representarían una alternativa interesante
en algún caso de secreción ectópica de ACTH. La
• aminoglutetimida: actúa inhibiendo la conversión de colesterol a
pregnenolona. Aunque es efectiva para reducir la secreción de cortisol, la
posibilidad
de
desarrollar
hipoaldosteronismo,
hipoestrogenismo,
hipotiroidismo y sus amplios efectos secundarios limitan claramente su uso.
• metopirona: actúa inhibiendo la enzima P450 C11β-hidroxilasa responsable
del paso de 11-deoxicortisol a cortisol. De sus efectos secundarios, el
hirsutismo y el acné que son debidos a la elevación de los andrógenos
suprarrenales, son los más importantes.
El seguimiento posterior tras la cirugía incluye la valoración de la remisión o
persistencia de la enfermedad, de las posibilidades de recidiva a largo plazo y del
estudio y tratamiento de las secuelas relacionadas con la enfermedad. En este punto
existen dudas y discrepancias sobre los criterios de curación e incluso de tratamiento
posterior en casos de persistencia y/o recidivas.
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CAPÍTULO 29
H IP E R A L D O S T E R O N IS M O P R IM A R IO
"
"
E1 hiperaldosteronismo primario (HAP) se caracteriza por una hiperproducción de
aldosterona por la glándula suprarrenal, con supresión de la actividad de la renina
plasmática, lo que condiciona HTA e hipokaliemia. La prevalencia de
hiperaldosteronismo primario en pacientes no seleccionados con HTA es menor del
1%.
CAUSAS DE HIPERALDOSTERONISMO PRIMARIO
El adenoma suprarrenal es la causa más frecuente (65%), siendo además la forma
inicialmente descrita por Conn. Generalmente son tumores menores de 2 cm.
originados en la corteza suprarrenal. Están bien delimitados y se comportan de
manera benigna.
La hiperplasia adrenal bilateral o hiperaldosteronismo idiopático (30%) cursa con
hiperplasia macro o micronodular de ambas suprarrenales. Se han descrito también
pacientes con hiperplasia adrenal unilateral.
Existe asimismo un hiperaldosteronismo primario familiar (1-2%) que se trasmite
con carácter autosómico dominante y se denomina hiperaldosteronismo
glucocorticoideo.
Excepcionalmente el hiperaldosteronismo primario es debido a un carcinoma. Por
otra parte, el 2,5 % de los carcinomas suprarrenales producen aldosterona,
asociándose habitualmente su secreción a otras hormonas adrenales.
CLÍNICA
Es más frecuente en mujeres, generalmente entre 30 y 50 años. Los hallazgos clínicos
del hiperaldosteronismo son poco específicos y en algunos pacientes cursan de forma
asintomática. En casi todos los casos se encuentra una HTA moderada o grave que
puede ser difícil de controlar. La hipokaliemia favorece la aparición de síntomas
neuromusculares (debilidad, calambres, tetania, parálisis transitorias), fatiga y
parestesias. La hipokaliemia crónica puede además disminuir la secreción de insulina
y causar hiperglucemia en el 25% de pacientes. Puede también encontrarse poliuria,
nicturia y polidipsia.
DIAGNÓSTICO
Cribaje
En los pacientes con HTA en los que se sospecha hiperaldosteronismo primario se
determinará:
• Potasio sérico: la hipocaliemia está presente en el 70-95% de pacientes.
Además, la presencia de hipocaliemia e hipertensión es predictiva de
hiperaldosteronismo primario en el 50% de los casos. Hay que tener en cuenta
que el uso de diuréticos en pacientes con HTA puede provocar hipocaliemia.
• Relación aldosterona/renina plasmática: niveles elevados de aldosterona en
plasma junto con renina suprimida pueden confirmar el hiperaldosteronismo
primario. Una relación aldosterona/renina (realizando la determinación por la
mañana y de pie) mayor de 25-30 es sugestiva de hiperaldosteronismo
primario y por encima de 50 es diagnóstica. Se recomienda, si es posible, la
supresión de los antihipertensivos dos semanas antes para no alterar el
resultado de esta prueba. Estas determinaciones se recomiendan de forma
selectiva para el estudio de pacientes con hipocaliemia o ante una HTA
resistente en un paciente con incidentaloma adrenal.
Otros test. Diagnóstico definitivo
El diagnóstico bioquímico definitivo de hiperaldosteronismo primario puede
establecerse en caso de mantener una elevada excreción de aldosterona urinaria a
pesar de una dieta alta en sodio (2-3 g en cada comida durante 2-3 días), o niveles
elevados de aldosterona sérica (mayores de 8,5 ng/dl) tras administración intravenosa
de 2.000 mI de suero salino (0,9%) en 4 horas.
El test del captopril (se administran 25-50 mg), menos útil, muestra modificación
de los valores de aldosterona en pacientes normotensos o con HTA esencial, y
ausencia de alteraciones en el hiperaldosteronismo primario. Tampoco la administración de furosemida produce cambios en la aldosterona en caso de hiperaldosteronismo primario.
Hiperplasia vs. adenoma
Una vez establecido el diagnóstico de hiperaldosteronismo primario, debe hacerse la
diferenciación entre los dos tipos más frecuentes: adenoma suprarrenal e hiperplasia
bilateral (hiperaldosteronismo idiopático).
El test postural, tras 2 horas de pie, comporta una disminución o persistencia de
la concentración plasmática de aldosterona en el adenoma, mientras que aumenta en
la hiperplasia. Ello es debido a que la hiperplasia mantiene cierta capacidad de
respuesta a los incrementos de la actividad de renina plasmática que se dan en el
sujeto de pie. Si la técnica se encuentra disponible, una concentración plasmática de
l8-0H-corticosterona superior a 100 ng/dl en el adenoma e inferior en la hiperplasia
bilateral, tiene una precisión diagnóstica del 80%.
Localización del tumor
La localización del tumor está indicada para diagnosticar la glándula patológica, pero
en ocasiones, puede ayudar a confirmar el diagnóstico de adenoma frente al de
hiperplasia bilateral. La primera exploración de elección es la TAC que puede mostrar
un tumor adrenal mayor de 1 cm sugestivo de adenoma, o ser no concluyente
(afectación adrenal bilateral, ausencia de masas, o tumor menor de 1 cm).
En los casos dudosos se realiza gammagrafía con iodonorcolesterol (NP59) con
supresión con dexametasona. Si lateraliza, la afectación es unilateral. Si el resultado
sigue siendo no concluyente, se realiza un muestreo venoso suprarrenal que suele dar
el diagnóstico.
INDICACIONES DE LA SUPRARRENALECTOMÍA
La cirugía está indicada en todos los pacientes con hiperaldosteronismo primario y
afectación unilateral demostrada. Esto incluye fundamentalmente los adenomas, pero
también la infrecuente hiperplasia unilateral y los carcinomas.
Los casos de hiperplasia bilateral o idiopática se tratan con espironolactona (100600 mg/día). Este antagonista de la aldosterona corrige la hipocaliemia pero a veces
no consigue normalizar las cifras tensionales y es preciso añadir otros
antihipertensivos. Como efectos secundarios indeseables produce alteraciones
gastrointestinales, ginecomastia y disminución de la libido. El hiperaldosteronismo
primario familiar se trata con glucocorticoides.
Preparación preoperatoria. Cirugía
El tratamiento con espironolactona durante 3-4 semanas antes de la cirugía es útil
para corregir la HTA, minimizar el efecto del hipoaldosteronismo postoperatorio y
restaurar a la normalidad los niveles de potasio. Pueden administrarse también
suplementos orales de potasio. El tratamiento quirúrgico es la adrenalectomía
unilateral. La vía de abordaje es variable. En general, la vía posterior (la más usada)
va dejando paso paulatinamente al acceso laparoscópico.
HTA persistente tras la cirugía
Entre el 45-80% de los pacientes con hiperaldosteronismo primario por adenoma,
normalizan su tensión arterial tras la cirugía. La persistencia de la HTA se relaciona
con la edad del paciente y el tiempo de evolución de la enfermedad (peor si es superior
a los cinco años). Algunos estudios encuentran también relación entre la respuesta a
la espironolactona y el sexo (mejor en mujeres). En casos de hiperplasia unilateral, la
HTA puede persistir en mayor porcentaje que en los adenomas, sin embargo, la
adrenalectomía facilita su control y mejora la hipocaliemia. En la hiperplasia bilateral,
la suprarrenalectomía bilateral no suele curar la HTA.
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CAPÍTULO 30
F E O C R O M O C IT O M A
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Los feocromocitomas son tumores de origen neuroectodérmico que se originan en las
células cromafines. Los originados a partir de las células cromafines de la médula
suprarrenal se denominan feocromocitomas, mientras que los que lo hacen a partir de
los ganglios simpáticos paravertebrales se denominan paragangliomas o
feocromocitomas extraadrenales. El feocromocitoma es un tumor raro, pues afecta a
menos del 0,2% de los pacientes con hipertensión arterial (HTA), aunque
frecuentemente no llega a ser diagnosticado. Presenta una incidencia estimada de 0,8
casos/100.000 h/ año. Estudios basados en series de autopsias reflejan una
prevalencia del 0,3%. Los feocromocitomas son responsables del 0,1-1 % de las HTA.
LOCALIZACIÓN
Aproximadamente el 90% de los feocromocitomas se localizan en la médula adrenal.
El 10% son extra-adrenales y se denominan paragangliomas. Los tumores extraadrenales son más frecuentes en el abdomen, pero pueden localizarse en toda la
cadena simpática desde la base del cráneo hasta los testículos.
Las localizaciones más comunes de los paragangliomas son en el órgano de
Zückerkandl (junto al origen de la arteria mesentérica inferior), la bifurcación aortoilíaca y la pared vesical. Se han descrito asimismo paragangliomas secretores en el
mediastino, corazón, carótida y glomus carotídeo.
FORMAS DE PRESENTACIÓN
La forma habitual de presentación del feocromocitoma es la esporádica (90% de los
casos). En estos casos, la afectación adrenal es unilateral, aunque excepcionalmente
puede ser bilateral. Los casos familiares suponen el restante 10% y se asocian al
síndrome
MEN2a
(carcinoma
medular
de
tiroides,
feocromocitoma
e
hiperparatiroidismo) y MEN2b (carcinoma medular de tiroides, feocromocitoma y
neuromas). Aunque actualmente el diagnóstico de MEN2 está claramente establecido
por estudios genéticos, la penetrancia del feocromocitoma es variable. Entre el 30 y el
40% de los MEN2a y el 10% de los MEN2b presentan un feocromocitoma. La
afectación suprarrenal es habitualmente bilateral, aunque el desarrollo de la enfermedad no es uniforme ni sincrónico en ambas suprarrenales.
Otras formas familiares incluyen la enfermedad de von Hippel-Lindau (hemangiomatosis retiniana, hemangioblastoma cerebeloso y a veces alteraciones renales
pulmonares y musculares, incluyendo hipernefroma), con una incidencia de
feocromocitomas entre el 10 y el 19%, con frecuencia extra-adrenales. También se ha
asociado el feocromocitoma a la neurofibromatosis o enfermedad de von
Recklinghausen, al síndrome de Sturge-Weber y a la esclerosis tuberosa.
El 10% de los feocromocitomas son malignos. El diagnóstico de malignidad se
establece sobre la base de la invasión tumoral de estructuras adyacentes, a la recidiva
local tras la resección y a la existencia de metástasis, bien en el momento del
diagnóstico o a su aparición durante el seguimiento. No existen criterios histológicos
ni citológicos definitivos de malignidad, por lo que ni la PAAF ni la biopsia son útiles.
Tampoco existe un test bioquímico diagnóstico de malignidad, aunque en algunos
casos puede encontrarse un exceso de dopamina. Los tumores mayores de 6 cm son
más frecuentemente malignos. Las metástasis ocurren entre el 13 y el 14% de les
casos, y se localizan sobre todo en ganglios regionales, hígado, hueso, pulmón y
músculo.
FISIOPATOLOGÍA Y CLÍNICA
El feocromocitoma produce adrenalina, noradrenalina y a veces dopamina, aunque la
mayor parte secretan sobre todo noradrenalina. Los tumores que producen casi
exclusivamente adrenalina son habitualmente intra-adrenales ya que se precisa
cortisol para activar el enzima N-metiltransferasa que convierte la noradrenalina en
adrenalina. La falta de cortisol y la baja expresión de este enzima en el sistema
simpático explican que los paragangliomas segreguen únicamente noradrenalina.
Los síntomas y signos de los feocromocitomas, derivados del exceso de catecolaminas, son variables. La HTA se da en el 90% de los casos, de los que el 20-25%
presentan crisis paroxísticas. Estas crisis se desencadenan con el ejercicio violento, la
defecación, el coito, la ingesta de alcohol o la micción (cuando se localizan en la pared
vesical). La realización de angiografías, punciones del tumor o actos quirúrgicos,
pueden causar reacciones hipertensivas potencialmente letales. La tríada de cefalea,
sudoración y palpitaciones en pacientes hipertensos conduce al diagnóstico de
feocromocitoma con una especificidad del 94% y una sensibilidad del 91 %. Por otra
parte, pueden sufrir hipotensión ortostática el 40% de los pacientes, debido a la
hipovolemia y a la deteriorada respuesta de constricción arteriovenosa. Son también
frecuentes la ansiedad y el estreñimiento.
Las manifestaciones clínicas menos frecuentes son muy variadas, por lo que al
feocromocitoma se le conoce como el “gran simutador”. Las manifestaciones
cardiovasculares incluyen arritmias y miocardiopatía catecolaminérgica. La
fibrilación, auricular o ventricular, puede ocurrir por la liberación brusca de
catecolaminas durante la cirugía o por el tratamiento con antidepresivos tricíclicos,
fenotiacinas, metoclopramida o naloxona. Puede encontrarse hiperglucemia debido al
efecto anti-insulínico de las catecolaminas, e incluso hipercalcemia por la
estimulación paratiroidea o secreción de PTHrP. Se han descrito también
manifestaciones de Cushing y alcalosis hipocaliémica por hipersecreción de ACTH. En
ocasiones puede existir un síndrome febril.
El feocromocitoma puede producir también dolor abdominal, tumor abdominal,
que en el lado izquierdo puede simular esplenomegalia, e incluso un abdomen agudo
por rotura o hemorragia y necrosis intratumoral. En el 10% de los feocromocitomas la
ecografía hepática pone en evidencia una litiasis biliar.
DIAGNÓSTICO
La sospecha clínica de feocromocitoma surge ante un paciente aquejado de una
sintomatología característica o ante unos antecedentes familiares de feocromocitoma
hereditario. Las principales situaciones clínicas que nos deben hacer sospechar la
existencia de este tumor son las siguientes:
•
•
•
•
•
•
Presencia de al menos dos de los síntomas de la tríada clásica (cefaleas,
palpitaciones e hiperhidrosis), sobre todo, ante su aparición en un paciente
con HTA.
HTA refractaria al tratamiento.
Intensa respuesta presora o hipotensión no explicada durante la inducción
anestésica o una intervención quirúrgica, parto o procedimiento diagnóstico o
terapéutico invasivo.
Antecedentes familiares de feocromocitoma, MEN-2, enfermedad de von
Hippel-Lindau, neurofibromatosis o paragangliomas hereditarios.
Incidentalotas adrenales.
Miocardiopatía dilatada idiopática.
Test de elección para el diagnóstico de feocromocitoma
La determinación en orina de 24 horas de catecolaminas libres (adrenalina, noradrenalina y dopamina), de metanefrinas y de ácido vanilmandélico (AVM) se
considera la prueba bioquímica de elección. Deben realizarse al menos dos determinaciones para confirmar el diagnóstico. La modificación de los resultados por
determinados alimentos (alcohol, plátanos, cacao, etc.) obliga a realizar un control de
la dieta durante los cinco días previos a la prueba. También los contrastes yodados y
ciertos fármacos (α y β bloqueantes, labetalol, antagonistas del calcio, fenotiacinas,
antidepresivos tricíc1icos, ácido nalidíxico, etc.) pueden alterar la determinación de
las catecolaminas urinarias.
Tanto las metanefrinas como las catecolaminas están elevadas con más frecuencia
que el AVM, por lo que son más útiles para confirmar el diagnóstico.
Otros test
La determinación de las catecolaminas plasmáticas es de difícil valoración y presenta
un elevado porcentaje de falsos positivos. Se ha descrito también la determinación de
metanefrinas plasmáticas como otro test sensible, pero la experiencia es todavía
limitada. Como agentes provocadores para ser usados en test de estimulación se han
utilizado glucagón, histamina, metoclopramida o naloxona, pero pueden
desencadenar peligrosas crisis catecolaminérgicas. Como test de supresión se ha usado el de la c1onidina, que consiste en administrar 0,3 mg de c1onidina oral y realizar
determinaciones de catecolaminas plasmáticas a las 1, 2 y 3 horas tras su administración; si la HTA es esencial disminuyen las catecolaminas, lo que no ocurre en el
feocromocitoma. El test de la c1onidina estaría indicado solamente en los casos muy
infrecuentes de determinaciones urinarias negativas y datos clínicos muy sugestivos.
Diagnóstico de localización
Indicación de los estudios de localización
Los estudios de localización permiten escoger la mejor vía de abordaje quirúrgico y
evitar las grandes disecciones que favorecen las crisis hipertensivas intraoperatorias.
En los casos adrenales, diagnostican la o las suprarrenales patológicas. Además, al
menos el 10% son feocromocitomas extra-adrenales y no siempre abdominales.
Pueden aportar también información sobre la existencia de metástasis o de invasión
de estructuras adyacentes.
Estudios de localización
La mayoría de los tumores son mayores de 3 cm, lo que permite su localización con
TAC o RM. La TAC tiene una sensibilidad superior al 95%, aunque su especificidad es
del 70%, pero con excelente resolución para las suprarrenales y zona pélvica. La RM
con las imágenes obtenidas en T2 permite una definición perfecta del tamaño del
tumor, su relación con estructuras vasculares, la presencia de metástasis, así como
de las localizaciones extra-adrenales. La sensibilidad de la RM es casi del 100% y la
especificidad del 68%. La gammagrafía con 131I-metaiodobencilguanidina (MIBG) es
una excelente técnica de localización, con una sensibilidad de 80-95% y una
especificidad del 100%, siendo además útil para metástasis. En casos de MEN2, la
MIBG es fundamental para detectar si la afectación adrenal es bilateral.
TRATAMIENTO
Una vez completado el proceso diagnóstico, la extirpación quirúrgica del
feocromocitoma constituye el tratamiento de elección. Este tratamiento quirúrgico
implica un elevado riesgo de morbilidad y mortalidad, por lo que antes de realizarlo se
deberá preparar adecuadamente al paciente.
Preparación preoperatoria
El problema fundamental de un tercio de los pacientes con feocromocitoma es la disminución del volumen plasmático. La hipovolemia constituye el condicionante más
importante de la hipotensión grave intra y postoperatoria, por lo cual desde la década
de los 60 se practica la preparación preoperatoria a todos los pacientes con
feocromocitoma. Sin embargo, los principios fisiopatológicos de la preparación
preoperatoria descansan aún sobre bases muy empíricas y es posible que en el futuro
se establezcan protocolos de preparación más selectivos que los actuales, en función
de las mediciones preoperatorias de la volemia.
La preparación preoperatoria reduce la incidencia de crisis hipertensivas intraoperatorias, así como la hipotensión postquirúrgica. Está indicada incluso en pacientes sin HTA, ya que la manipulación del tumor puede ocasionar hipersecreción de
catecolaminas. El tratamiento preoperatorio se realiza habitualmente con
fenoxibenzamina, un α bloqueante de larga duración, a dosis de 10-20 mg/3 veces al
día que puede aumentarse hasta normalizar la tensión arterial (a veces se necesitan
más de 100 mg/día). Este tratamiento debe mantenerse al menos durante los 7-10
días previos a la cirugía. Menos experiencia se tiene con el prazosín, un α bloqueante
de corta duración, que teóricamente puede acortar el tiempo de hipotensión
postoperatoria. Se han utilizado también antagonistas del calcio y labetalol, con
buenos resultados. El tratamiento con β-bloqueantes está indicado si existen
alteraciones del ritmo cardiaco y se realiza con propranolol (10 mg/3 veces al día/3
días previos a la cirugía). Debe realizarse siempre previamente el bloqueo α. No debe
olvidarse que la preparación intensiva con simpaticolíticos de los pacientes con
feocromocitoma puede a su vez tener consecuencias indeseables como son la
hipervolemia y la hipotensión postoperatoria refractaria.
Táctica quirúrgica
Manejo anestésico
El paciente debe estar correctamente monitorizado, incluyendo vía central y periférica,
catéter arterial y sonda vesical. Debe evitarse el droperidol (estimula la secreción de
catecolaminas), así como la atropina (induce taquicardia). El nitroprusiato es el
fármaco de elección para el tratamiento de las crisis hipertensivas intraoperatorias.
En el caso de arritmias se utiliza propranolol y/o lidocaína. Tras la resección, e
incluso antes, debe empezar a reponerse la volemia. A veces se requiere también la
administración de dopamina.
Actitud quirúrgica
La vía de abordaje depende de la localización del tumor. Las más utilizadas han sido
la incisión subcostal, derecha o izquierda, o bilateral. Raramente se ha usado la vía
posterior. El abordaje laparoscópico, de reciente incorporación, puede ser otra
alternativa. Para los paragangliomas, si se localizan en el abdomen, la laparotomía
media es la vía de elección. En todo caso, los principios quirúrgicos son iguales para
todas las técnicas: resección completa del tumor, mínima manipulación y ligadura
precoz de la vena si es posible.
Si se trata de un paciente con un MEN2, se practicará la adrenalectomía de la
glándula con afectación tumoral, demostrada preoperatoriamente con TAC, RM y
gammagrafía con MIBG. Si hay tumor bilateral se resecan las dos suprarrenales. La
adrenalectomía unilateral protege de la insuficiencia suprarrenal pero obliga a un
estricto seguimiento ya que existe un 50% de recidiva contralateral a los 10 años.
Si el feocromocitoma es maligno debe intentarse su resección incluyendo las
estructuras infiltradas e incluso las metástasis. En el lado derecho implica generalmente una resección segmentaria de la vena cava inferior entre las venas suprahepáticas y la vena renal derecha.
Control postoperatorio
En el postoperatorio inmediato es necesaria la reposición de volumen y a veces
pueden requerirse vasopresores mientras persiste el efecto de la fenoxibenzamina
sobreañadido a la disminución de los niveles de catecolaminas. Dentro de las dos
horas que siguen a la adrenalectomía puede aparecer una hipoglucemia grave debido
al descenso de los niveles de insulina y al efecto de los α-bloqueantes. Ello obliga a
monitorizar meticulosamente la glucemia y administrar suero glucosado. En el 25%
de los casos el tratamiento quirúrgico no consigue la curación de la HTA.
La adrenalectomía unilateral no requiere tratamiento sustitutivo. En caso de resección bilateral se debe instaurar tratamiento con hidrocortisona a dosis de 30
mg/día. La suprarrenalectomía bilateral implica, a pesar del tratamiento sustitutivo,
una limitación de la respuesta endocrina ante situaciones de riesgo y se han
observado cuadros de insuficiencia suprarrenal, a veces muy graves.
Si el tumor es supuestamente benigno, deben controlarse la tensión arterial y la
concentración de catecolaminas y sus metabolitos en orina de 24 horas al menos una
vez al año durante al menos 5 años tras la cirugía, ya que el 5% de los feocromocitomas pueden recidivar. En caso de elevación de las catecolaminas está
indicada la práctica de una gammagrafía y de una RM. Si se objetiva una recidiva
debe indicarse una segunda resección quirúrgica.
Si el feocromocitoma no es resecado totalmente, deberá instaurarse tratamiento
médico para el control de la HTA con α-bloqueantes. Los
bloqueantes pueden
prevenir la miocardiopatía catecolaminérgica. También la metirosina puede disminuir
la síntesis de catecolaminas. Ni la quimioterapia ni la radioterapia son útiles como
tratamiento coadyuvante. El tratamiento con 131I-MIBG se ha demostrado que puede
disminuir el tamaño tumoral y ayudar al control de los síntomas. Sin embargo, la
supervivencia a los 5 años es tan sólo del 45%.
FEOCROMOCITOMA MALIGNO
El feocromocitoma maligno representa el 3-13% de la totalidad de los casos. Aunque
su tasa de supervivencia a los 5 años es inferior al 50%, muchos de estos pacientes
tienen una supervivencia prolongada y una escasa morbilidad, debido a la lentitud de
crecimiento que habitualmente poseen estos tumores. La malignidad viene dada por
la invasión de áreas anatómicas que no tienen tejido cromafín. Estos tumores suelen
ocasionar metástasis en los pulmones, el hígado, el esqueleto o los ganglios linfáticos
o pueden recurrir localmente. La extirpación quirúrgica constituye el tratamiento de
elección. Si es posible, ésta debe abarcar, incluso, las lesiones metastásicas. Las
metástasis óseas que ocasionan dolor pueden ser tratadas con radioterapia local. Si el
tumor desarrolla una conducta agresiva y la calidad de vida del paciente se ve
mermada, se puede recurrir a la quimioterapia, mediante la combinación de
ciclofosfamida, vincristina y dacarbazina, aunque ésta no es curativa, sino tan sólo
paliativa.
PRONÓSTICO
Conviene señalar que la resección quirúrgica de un feocromocitoma no siempre
implica la curación definitiva del tumor o de la hipertensión, incluso en pacientes con
tumores benignos. Se han encontrado recurrencias hasta en el 14% de los casos, de
las cuales en un 55% ésta era maligna. La recurrencia tumoral es más probable en
pacientes con feocromocitoma familiar.
Por ello, resulta obligada la monitorización de por vida de todos los pacientes,
incluso de aquellos aparentemente curados.
FEOCROMOCITOMA Y GESTACIÓN
El feocromocitoma constituye una causa infrecuente de HTA durante el embarazo. El
útero grávido al adoptar la posición de decúbito supino puede provocar la compresión
del tumor y dencadenar una HTA paroxística.
El diagnóstico bioquímico se realiza con la determinación de las concentraciones
plasmáticas o urinarias de las catecolaminas y sus metabolitos. La prueba de imagen
de elección para la localización del tumor es la RMN.
El tratamiento médico se basa en el bloqueo α-adrenérgico inicial con
fenoxibenzamina, seguido, si resulta necesario, del tratamiento con β-bloqueantes. El
momento de la intervención quirúrgica resulta controvertido. Algunos autores
recomiendan su realización antes de las 24 semanas de gestación o el tratamiento
médico cuando la gestación se halla más avanzada. En este último caso se
recomienda la práctica de una cesárea en el momento del parto.
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PARTE VI
PARATIROIDES
CAPÍTULO 31
A N A T O M ÍA Y F IS IO L O G ÍA D E L A S
G A N D U L A S P A R A T IR O ID E A S
MORFOLOGÍA Y EMBRIOLOGÍA
Existen habitualmente 4 glándulas paratiroideas, aunque se ha descrito que su
número puede oscilar entre 1 y 12. El peso neto del conjunto de estas glándulas suele
ser de 120 a 140 mg. De las 4 glándulas normalmente existentes, las 2 glándulas
superiores suelen ser casi siempre posteriores al tercio superior de ambos lóbulos
tiroideos, mientras que las 2 glándulas inferiores muestran, habitualmente, una
localización variable, pudiendo situarse posteriores al tercio inferior de ambos lóbulos
tiroideos, inferiores a la glándula tiroides o en otras localizaciones del cuello o del
mediastino.
El origen embriológico de las paratiroides radica en la tercera y cuarta bolsas
faríngeas, de modo que de la 3ª bolsa faríngea se originan el timo y las paratiroides
inferiores, mientras que de la 4ª bolsa faríngea proceden las paratiroides superiores.
Desde el punto de vista histológico, la glándula paratiroides se halla rodeada por
una delgada capa de tejido conjuntivo, de la que parten septos fibrosos que dividen el
interior glandular en lóbulos. En dichos lóbulos se distinguen tres poblaciones
celulares diferentes (células principales, oxifílicas y claras), además de una cantidad
variable de tejido adiposo.
METABOLISMO DEL CALCIO Y EL FÓSFORO
El calcio y el fósforo participan en numerosos procesos biológicos de importancia tal
que se ha desarrollado un complejo sistema regulador para mantener sus
concentraciones séricas dentro de unos márgenes muy estrechos. El calcio y el fósforo
son los principales constituyentes del sistema esquelético, representando el 65% de su
peso total.
El 99% del calcio corporal está contenido en el hueso, mientras que el 1% restante
se distribuye entre los compartimentos intra y extracelulares. El calcio extracelular es
el principal sustrato para la mineralización del cartílago y del hueso, pero además
interviene en el proceso de la coagulación sanguínea o en el mantenimiento de la
adhesión intracelular. Por su parte, el calcio intracelular participa en diferentes
procesos celulares, como la contracción muscular, la secreción y acción hormonales,
el metabolismo del glucógeno o la propia división celular.
El 85% del fósforo corporal se encuentra en la fase mineral del hueso. El resto
supone un constituyente indispensable para la mayor parte de las moléculas
estructurales, de información y efectoras de los principales procesos fisiológicos.
El mantenimiento de la homeostasis del calcio y del fósforo en la especie humana
corre a cargo fundamentalmente de la paratohormona (PTH) y de la vitamina D. Este
sistema regulador ejerce su función actuando sobre cuatro órganos diana: las
glándulas paratiroideas, el hueso, el riñón y el intestino.
Metabolismo del calcio
El calcio es el catión más abundante del organismo. Aunque la práctica totalidad del
calcio corporal se encuentra almacenado en la fase mineral del hueso en forma de
cristales de hidroxiapatita, existe una pequeña cantidad contenida en el torrente
sanguíneo. De ella, el 50% se halla como calcio iónico libre y el resto ligado a aniones
(citrato, bicarbonato) o a proteínas (albúmina).
El calcio se absorbe fundamentalmente en el duodeno y el yeyuno. En condiciones
normales se absorbe aproximadamente el 30% del calcio dietético. El calcio plasmático
no ligado a proteínas es filtrado a nivel del glomérulo renal. El principal regulador de
la excreción renal de calcio es la PTH, que disminuye la filtración y aumenta la
reabsorción tubular. En condiciones normales existe un equilibrio entre la absorción
intestinal neta y las pérdidas urinarias de calcio, manteniéndose constante el calcio
extracelular e intercambiándose, con balance cero, calcio extracelular y calcio óseo.
Metabolismo del fósforo
La mayor parte del fósforo del organismo se encuentra como fosfato inorgánico. El
70% del fosfato en plasma y la mayoría del celular se encuentra como fosfato orgánico.
El 10% del fosfato plasmático circula unido a proteínas.
Al igual que el calcio, el fósforo procedente de la dieta se absorbe en el intestino
delgado. Su excreción renal está regulada fundamentalmente por la PTH, que inhibe
su reabsorción tubular. El hueso es el principal depósito orgánico de fosfato aunque,
debido a la gran biodisponibilidad del fósforo dietético, no juega el papel de reserva
biológicamente indispensable que tiene en el caso del calcio.
VITAMINA D
La vitamina D3 o colecalciferol se sintetiza en la piel y es la forma fisiológica de esta
vitamina en los seres humanos. La vitamina D es un esteroide liposoluble procedente
de dos posibles fuentes: la dieta y la síntesis cutánea a partir de su precursor el 7dehidrocolesterol, por acción de la exposición a la radiación ultravioleta.
En el hígado la vitamina D sufre una primera hidroxilación por acción de una
enzima del tipo citocromo P450, originándose, de este modo, 25 (OH) vitamina D.
Finalmente, se produce en el riñón una nueva hidroxilación, para así generar 1,25
(OH)2 vitamina D o calcitriol, que constituye la forma hormonal activa. La actividad de
la 1-α-hidroxilasa renal es estimulada por la PTH.
La vitamina D y sus metabolitos circulan en el plasma ligados a la proteína
transportadora de vitamina D y a la albúmina.
La 1,25 (OH)2 vitamina D ejerce sus funciones biológicas mediante su unión a un
receptor nuclear, perteneciente a una amplia familia de receptores que incluye además
el de glucocorticoides, mineralocorticoides, hormonas sexuales, hormonas tiroideas y
retinoides.
Las acciones fundamentales de la vitamina D son: aumento de la resorción ósea,
aumento de la absorción intestinal de calcio y fósforo y aumento de la reabsorción
tubular renal de calcio.
HORMONA PARATIROIDEA
La hormona paratiroidea (PTH) controla constantemente el nivel de calcio ionizado en
la sangre y el líquido extracelular.
La PTH es un péptido de 84 aminoácidos que es sintetizado por las células
paratiroideas como un precursor mayor, la pre-pro-PTH (110 aminoácidos), que
posteriormente origina la pro-PTH (90 AA). Durante el tránsito intracelular a través del
retículo endoplásmico rugoso y del aparato de Golgi pierde sucesivamente las
secuencias pre y pro, almacenándose la PTH madura (1-84) en las vesículas y granos
de secreción. Su acción biológica radica en el extremo amino-terminal.
El principal regulador de la secreción de PTH es la concentración de calcio
ionizado en la sangre. De este modo, el aumento de la concentración plasmática de
este último conduce a una reducción de la secreción de PTH. En la superficie de la
célula paratiroidea existe un receptor de membrana sensible al calcio, que pertenece a
la familia de receptores ligados a la proteína G. Posee un gran dominio extracelular
para la unión del calcio, así como un dominio intramembrana y otro
intracitoplasmático de tamaños menores. Como consecuencia de la unión del calcio a
este receptor se activa la fosfolipasa C y se interrumpe la producción de AMPc. Como
consecuencia de ello se produce un aumento de la concentración intracelular de
calcio, lo que ocasiona una reducción de la secreción de PTH por mecanismos no
totalmente esclarecidos.
Las acciones hormonales de la PTH son consecuencia de su unión a un receptor
de membrana localizado en los tejidos diana. Este receptor está ligado a proteínas G
(véase capítulo 3) y la unión de la hormona a su dominio extracelular provoca cambios
conformacionales en la molécula del receptor, que activan la capacidad de éste para
liberar GDP de la subunidad α de la proteína G. La proteína G se une así al GTP, en
vez de a GDP. Ello da lugar a la separación de la subunidad α del receptor y del resto
de subunidades (β y γ) que integran las proteínas G. La liberación de las subunidades
α provoca la activación de la adenilatociclasa, lo cual aumenta la formación de AMPc
y, posteriormente, la activación de la proteinquinasa A. Además se activa la fosfolipasa
C, generándose así diacilglicerol e inositol-trifosfato, lo que a su vez desencadena la
activación de la proteinquinasa C y el aumento del calcio intracelular.
Acciones de la PTH
La PTH controla los niveles plasmáticos de calcio actuando sobre el riñón, el hueso y
el intestino.
En el riñón estimula la reabsorción tubular de calcio y reduce la reabsorción
tubular de fósforo. Además estimula la síntesis de 1,25 (OH)2 D3 en el túbulo proximal
al inducir la transcripción del gen de la 1-α-hidroxilasa de la 25-OH-vitamina D.
La PTH, cuando actúa de forma continuada sobre el hueso, induce efectos
catabólicos. Por el contrario, resulta anabólica cuando se administra de manera
intermitente. El mecanismo por el cual el mismo ligando es capaz de inducir
respuestas opuestas en el mismo receptor no está completamente aclarado. Lo que sí
es cierto es que su administración continua estimula predominantemente a los
osteoclastos, mientras que con la administración intermitente son los osteoblastos las
células predominantemente activadas.
PROTEÍNA RELACIONADA CON LA PTH (PTHrp)
La PTHrp fue aislada inicialmente de tumores asociados a hipercalcemia de causa
humoral. La PTHrp recuerda a la PTH, no sólo por su secuencia genética, sino
también por su estructura química. Por ello, actualmente se la considera como un
segundo miembro de la familia de la PTH que es capaz de activar el receptor PTH1R en
células de estirpe osteoblástica. De modo similar a la PTH, la PTHrp estimula la
actividad osteoclástica y la resorción ósea, así como la reabsorción tubular de calcio,
lo que ocasiona hipercalcemia. De hecho, la PTHrp es la principal causa responsable
de hipercalcemia en pacientes con cáncer. En pacientes con tumores sólidos e
hipercalcemia, en al menos el 80% de los casos está elevada la PTHrp sérica.
A pesar de las similitudes bioquímicas entre la PTH y la PTHrp, las alteraciones
clínicas resultantes de su déficit o exceso son diferentes. Así, por ejemplo, mientras
que la hipercalcemia secundaria a un hiperparatiroidismo primario es habitualmente
leve y de instauración progresiva, la hipercalcemia maligna por exceso de PTHrp suele
aparecer de modo abrupto, generalmente es severa, y conlleva un pésimo pronóstico
vital.
El descubrimiento de este segundo miembro de la familia de la PTH
ha
desencadenado una intensa actividad investigadora en los últimos años, para tratar
de esclarecer su papel fisiológico. Actualmente se sabe que la PTHrp es un factor
presente en la mayoría de los tejidos normales del feto y del individuo adulto, en los
que ejerce principalmente acciones auto o paracrinas. Probablemente, la PTHrp
represente un mecanismo evolutivo encargado de la regulación funcional tisular a
nivel local, a diferencia del sistema regulador hormonal sistémico encarnado por la
PTH.
Entre las posibles acciones fisiológicas de la PTHrp se incluyen: la relajación de la
musculatura lisa vascular, la modulación del transporte transepitelial de calcio (en la
placenta y en el túbulo renal) y la regulación de la proliferación, la apoptosis y la
diferenciación de varios tipos celulares (condrocitos y células mamarias, entre otras).
En el hombre, el gen de la PTHrp contiene múltiples exones y se localiza en el
cromosoma 12, en una posición análoga a la del gen de la PTH en el cromosoma 11, y
ambos parecen compartir un origen ancestral común. Mediante procesamiento
alternativo, el gen de la PTHrp origina tres isoformas proteicas de 139, 141 y 173
aminoácidos que difieren en su extremo C-terminal. Además, en determinados tipos
celulares, la PTHrp puede generar diversos fragmentos mediante su rotura
proteolítica. El fragmento N-terminal 1-36 es el responsable de las acciones similares
a la PTH, a través de su interacción con el receptor PTH1R. Otros posibles fragmentos
que comprenden la región C-terminal, no homóloga con la PTH, probablemente
interaccionen con diversos tipos celulares a través de uno o más receptores distintos
al PTH1R.
Esta variedad de péptidos fisiológicamente activos que origina la PTHrp podría
explicar sus diferentes mecanismos de acción, con efectos reguladores
fundamentalmente locales (paracrinos y autocrinos), aunque también ejerciendo
efectos endocrinos sistémicos.
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CAPÍTULO 32
H IP E R P A R A T IR O ID IS M O P R IM A R IO
"
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El hiperparatiroidismo primario (HPTP) es una enfermedad debida a un exceso de PTH
circulante producido por una tumoración o hiperplasia de las glándulas paratiroides.
Es la primera causa de hipercalcemia en el entorno extrahospitalario y su incidencia
se sitúa en torno a los 15-40 nuevos casos/100.000 habitantes/año. Parece ser más
frecuente en países fríos de inviernos largos y con poca insolación que en países
cálidos.
El 90% de los HPTP son esporádicos pero el resto se dan de forma hereditaria ya
sea como endocrinopatía aislada o bien formando parte de los síndromes de neoplasia
endocrina múltiple (MEN1 o MEN2). En casos excepcionales, el HPTP puede ser debido a irradiación cervical previa.
FORMAS CLÍNICAS DE HPTP
El HPTP es una enfermedad más frecuente en las mujeres postmenopáusicas (50% de
los casos) si bien puede afectar a pacientes de cualquier edad y de ambos sexos.
Algunas de las manifestaciones bioquímicas y clínicas del HPTP están directamente
relacionadas con el incremento de PTH circulante o la hipercalcemia, otras parecen
más bien síndromes asociados cuya relación con la PTH o con el trastorno del
metabolismo fosfocálcico no está aún suficientemente probada.
HPTP clásico
El HPTP fue descrito inicialmente sobre la base de las complicaciones graves que
comporta en las fases más avanzadas de la enfermedad: osteítis fibrosa quística,
litiasis renal recidivante y nefrocalcinosis.
La osteítis fibrosa quística se caracteriza por una desmineralización ósea difusa a
la que se añaden núcleos de resorción ósea focal (“quistes óseos”) más o menos
numerosos que pueden dar lugar a fracturas patológicas. Los pacientes con este tipo
de afectación ósea suelen asimismo presentar evidentes signos radiológicos de
resorción ósea subperióstica, especialmente visible en las caras radiales de las
falanges de los dedos de las manos.
La litiasis renal recurrente es otro síntoma típico de HPTP debido a una
hipercalciuria de tipo predominantemente absortivo. No es distinguible clínicamente
de una litiasis renal común salvo por el hecho de que, con más frecuencia, es bilateral
y recidivante. Entre un 2-5% de pacientes con litiasis renal recidivante tienen un
HPTP.
La nefrocalcinosis se debe a depósitos cálcicos intraparenquimatosos que suelen
predominar en las papilas renales. Puede evolucionar hacia la insuficiencia renal
crónica.
Debido a la rareza actual del cuadro florido de HPTP evolucionado, la presencia de
enfermedad ósea o sistémica grave con hipercalcemia superior a 13 mg/dl debe hacer
pensar, particularmente si el paciente es varón, en un carcinoma de paratiroides.
HPTP menos evolucionado
En la actualidad, la osteítis fibrosa quística y la nefrocalcinosis se observan en menos
del 10% de los HPTP. La litiasis renal se da en un tercio de los casos si bien el
diagnóstico de HPTP suele hacerse antes de que aparezcan lesiones estructurales
renales irreversibles. Las formas menos evolucionadas de HPTP se diagnostican a raíz
de síntomas osteoarticulares menores (poliartralgias), astenia o debilidad muscular,
síndromes depresivos, molestias digestivas inespecíficas, estreñimiento pertinaz o
bien durante el estudio de una osteoporosis con o sin antecedente de fracturas
vertebrales. En ocasiones un síndrome hipercalcémico se pone de manifiesto con
poliuria, polidipsia y astenia y lleva al diagnóstico correcto.
Crisis paratirotóxica
Alrededor de un 5% de pacientes con HPTP presentan un cuadro clínico grave en el
que predominan los trastornos de la conciencia y una astenia extrema acompañados
de poliuria, polidipsia e insuficiencia renal prerrenal. Si no se efectúa un tratamiento
a tiempo, el cuadro evoluciona hacia el coma y la insuficiencia renal aguda. Estos
síntomas son producidos por una hiperca1cemia marcada (>15 mg/dl) que es causa
de deterioro neurológico y de deshidratación. La crisis paratirotóxica puede aparecer
como complicación final de un curso subagudo o bien bruscamente, generalmente
tras un período de inmovilización forzada (enfermedad intercurrente, intervención
quirúrgica, etc.).
HPTP asintomático
Un número creciente de pacientes (10-50% según las series) es diagnosticado de
HPTP por la presencia de una hiperca1cemia detectada durante un chequeo o en
relación con otro proceso independiente. Si bien algunos de estos pacientes,
pertinentemente interrogados, refieren síntomas atribuibles a un HPTP, muchos de
ellos pueden considerarse realmente asintomáticos.
HPTP normocalcémico
En casos excepcionales, fundamentalmente con afectación ósea importante, pueden
darse imágenes radiológicas típicas de HPTP evolucionado junto a una elevación
marcada de las fosfatasas alcalinas sin que exista hipercalcemia o con hipercalcemia
leve (<11 mg/dl). Estos pacientes presentan una deficiencia grave de vitamina D
producida en parte por su propia enfermedad (consumo de 25-0H-D3 por activación
de la α-hidroxilasa renal) y en parte por su estilo de vida (institucionalización, falta de
insolación, dieta inapropiada). La determinación de los metabolitos de la vitamina D
(calcidiol y calcitriol) conduce a un diagnóstico correcto.
En fechas más recientes se han descrito hiperparatiroidismos normoca1cémicos
con PTH en el límite alto de la normalidad, sin déficit de vitamina D, en el contexto de
cribaje del cáncer de mama en una población de mujeres postmenopáusicas. Ello
sugiere que la estrategia diagnóstica clásica basada en una hiperca1cemia con PTH
intacta (iPTH) elevada puede ser incorrecta en el caso de HPTP incipientes.
Síndromes asociados
El HPTP se asocia de forma estadísticamente significativa a una serie de enfermedades cuya relación causa-efecto con el exceso de PTH o la hiperca1cemia no está
aún bien aclarada. Entre estas cabe destacar la hipertensión arterial, la pseudogota
(condroca1cinosis), el ulcus péptico común y la pancreatitis tanto aguda como crónica
calcificante. La pancreatitis aguda también ha sido descrita tras paratiroidectomía y
en el contexto de una crisis paratirotóxica.
DIAGNÓSTICO DEL HPTP
Calcemia
En muchos perfiles bioquímicos estándar, tanto en el contexto ambulatorio como en
los hospitales, la calcemia se incluye como un parámetro que se determina
rutinariamente. En este escenario no se trata tanto de saber a quién se debe practicar
una calcemia, sino de interpretarla correctamente cuando ésta se encuentra elevada.
Como el HPTP es una endocrinopatía con manifestaciones clínicas proteiformes, la
determinación rutinaria de la calcemia contribuye a la sospecha diagnóstica por parte
de especialistas diversos que sólo de forma excepcional se enfrentan con pacientes
que puedan padecer esta endocrinopatía. La inclusión de la calcemia en las rutinas
analíticas ha supuesto un hecho de capital importancia para el incremento del
diagnóstico de HPTP. En aquellos entornos en los que la calcemia no se determina
rutinariamente, esta deberá solicitarse cuando existan síntomas de sospecha o en
pacientes con probabilidades de tener un HPTP. Ello requiere un alto grado de
sospecha de la enfermedad por parte de un número elevado de especialistas ya que el
espectro clínico del HPTP es muy amplio. Los principales grupos de riesgo en los que
debería realizarse una calcemia de forma sistemática son:
• mujeres postmenopáusicas que acuden a una visita médica por cualquier
causa
• pacientes con litiasis renal
• pacientes con síndrome tóxico o constitucional de causa no clara
• pacientes con osteoporosis y/o fracturas vertebrales no traumáticas
• pacientes con hipertensión arterial
• pacientes con síndromes ocasionalmente asociados a HPTP: pseudogota,
pancreatitis o ulcus péptico
• pacientes en coma de posible origen metabólico
• pacientes con tumores endocrinos: carcinoma medular de tiroides,
feocromocitoma, tumores insulares del páncreas o tumores hipofisarios.
La mayoría de laboratorios consideran 10,5 mg/dl (2,62 mmol/l) como el límite
superior de los valores de referencia para el calcio sérico. Sin embargo, una tercera
parte de los HPTP presenten ocasionalmente o de forma continuada calcemias entre
10,1 y 10,5 mg/dl. Ello implica, especialmente en el caso de pacientes sintomáticos,
que el umbral de sospecha clínica debe situarse ante calcemias de 10 mg/dl (2,5
mmol/l) o más.
Ante una hipercalcemia de origen no evidente (metástasis, mieloma, carcinoma
escamoso) es preciso realizar un diagnóstico diferencial adecuado. La historia clínica
es esencial para descartar causas de hiperca1cemia ligadas a ingesta de vitamina D,
vitamina A o medicamentos capaces de producir una elevación del calcio sérico
(tiacidas, alcalinos absorbibles, litio), o bien sospechar otras enfermedades asociadas
a hiperca1cemia. Una hipercalcemia asintomática obliga a descartar la hipercalcemia
hipocalciúrica familiar que frecuentemente cursa con PTH normal y ca1ciurias por
debajo de 100 mg/24 h. Ante la menor sospecha de este síndrome deben investigarse
los familiares de primer grado. En la hipercalcemia asociada al cáncer los niveles de
PTH son normales, generalmente se conoce el diagnóstico de una neoplasia y existe la
posibilidad de determinar la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP) que
está elevada en la mayoría de estos casos.
Determinación de los niveles de iPTH
En la actualidad, el diagnóstico definitivo de HPTP se establece mediante la determinación de la iPTH circulante mediante inmunorradiometría (IRMA). La presencia
de hipercalcemia con PTH elevada (>70 pg/ml) o en el límite alto de la normalidad es
virtualmente diagnóstica de HPTP. En la actualidad, algunos programas de cribaje
incluyen determinaciones rutinarias de la PTH sin que exista una evidencia de
hiperca1cemia previa. Ello ha conducido a la aparición de un síndrome bioquímico
caracterizado por PTH elevada con ca1cemias entre 9 y 10 mg/dl cuya significación
clínica es aún oscura. La presencia de concentraciones elevadas de PTH con
ca1cemias inferiores a 9 mg/dl debe hacer pensar en un hiperparatiroidismo
secundario cuyo origen más frecuente es insuficiencia renal, malabsorción o déficit
subclínico de vitamina D.
Otras pruebas analíticas
Otros parámetros analíticos prestan una ayuda marginal al diagnóstico de HPTP. La
hipofosfatemia <2,5 mg/dl) está presente en el 50% de los pacientes con HPTP sin
afectación renal y la hiperca1ciuria en un 30-40%. Una valoración adecuada de una
hiperca1cemia persistente debe asimismo incluir una determinación de la creatinina y
un aclaramiento de creatinina. Las determinaciones de fosfatasas a1calinas y de 250H-D3 y 1,25-0H2-D3 son útiles como primera aproximación al estudio del
metabolismo óseo y tienen gran importancia en el diagnóstico del hiperparatiroidismo
normocalcémico por déficit de vitamina D.
Radiología
En ausencia de elevación de las fosfatasas a1calinas no es necesario realizar una
seriada ósea ni una radiografía de manos, ya que la resorción subperióstica es excepcional y carece ya de importancia diagnóstica. Tampoco debe realizarse rutinariamente gammagrafía ósea. En pacientes con osteoporosis o lesiones óseas o
articulares focales se realizarán radiografías según indicación médica. En casos de
gonalgia intensa pueden poner de manifiesto una condrocalcinosis. La radiología de
columna es útil en pacientes con osteopenia avanzada que pueden presentar
fracturas vertebrales (un 5% de todos los HPTP).
La radiología simple de abdomen o una ecografía renal son útiles para investigar
la presencia de litiasis renal que puede cursar de forma asintomática. También tienen
una indicación en el seguimiento de la historia natural de la litiasis renal en los
pacientes intervenidos quirúrgicamente.
Densitometría ósea
El estudio de la masa ósea mediante densitometría permite objetivar el impacto de la
enfermedad sobre el esqueleto antes y después de la paratiroidectomía. Tiene
asimismo una importancia decisiva para indicar la intervención quirúrgica en casos
oligosintomáticos y para seguir a los pacientes con HPTP asintomático que no son
intervenidos quirúrgicamente. En general se considera más típica del HPTP la
desmineralización del hueso cortical, pero se ha descrito asimismo afectación del
hueso trabecular en densitometrías de vértebras lumbares en un 15-20% de los pacientes. La desmineralización ósea <2 DE por debajo de la media ajustada para edad y
sexo se considera como criterio de paratiroidectomía.
FORMAS HISTOPATOLÓGICAS
Raramente una glándula paratiroides normal rebasa los 10 mm de longitud y los 5-6
mm en alguno de sus diámetros transversales. El color del parénquima paratiroideo
es característicamente pardo y ello junto con su consistencia más firme permite
diferenciarlo de los lóbulos de grasa que con frecuencia acompañan y ocasionalmente
ocultan las glándulas paratiroides. El peso paratiroideo normal no ayuda al cirujano,
ya que sólo puede determinarse si se extirpa la glándula. Sin embargo, es pertinente
recordar que las glándulas normales nunca rebasan los 60 mg de peso y ello puede
aportar una información complementaria en casos en que se ha remitido al patólogo
una glándula dudosa.
Las glándulas patológicas (sean adenomas o hiperplásicas) presentan un tamaño
aumentado y una coloración vinosa que resulta del color pardo normal del tejido
paratiroideo y del rojo propio de la hipervascularización característica de estas
lesiones. La compresión suave con una pinza de una glándula paratiroides patológica
suele producir un empalidecimiento de la misma, lo cual permite apreciar más
claramente el color pardo típico de un parénquima constituido fundamentalmente por
células principales. Las glándulas paratiroides patológicas se hallan adheridas a las
estructuras vecinas por un tejido fibroadiposo laxo que permite una disección roma.
Por este motivo, raramente existen dificultades técnicas durante la enucleación de un
adenoma, a menos que este se encuentre en una posición de difícil acceso o en íntimo
contacto con el nervio laríngeo recurrente. Frecuentemente existe sólo un vaso
nutricio mayor que será preciso ligar. En casos de degeneración quística del adenoma
o en algunos casos de hiperplasia nodular, las glándulas patológicas pueden
encontrarse más adheridas a las estructuras vecinas.
Adenoma único
El 80-85% de los casos de HPTP son debidos a un adenoma paratiroideo único. Los
adenomas paratiroideos no tienen preferencia por ninguna glándula en concreto
aunque existe cierta predominancia en las glándulas inferiores. En estos casos las
otras tres glándulas son macroscópicamente normales. Cuando se biopsiaban todas
las glándulas normales o en la experiencia de cirujanos que practicaron
paratiroidectomías subtotales de rutina en los años 60 y 70, las glándulas
macroscópicamente normales podían ocasionalmente exhibir una hiperplasia microscópica sin que se haya demostrado que ello tenga repercusión funcional alguna.
Aunque existe controversia entre patólogos, puede decirse que hay un consenso
creciente sobre el hecho de que, histológicamente, una glándula adenomatosa o
hiperplásica son indistinguibles. La mayor parte de patólogos expertos son de la
opinión de que la presencia de una región comprimida de tejido normal. no es criterio
fiable de diagnóstico de adenoma y, por ello, suelen requerir el estudio de una
glándula adicional para confirmar con mayor grado de certeza que se trata de una
enfermedad mono o multiglandular.
Adenoma doble
La presencia de dos glándulas patológicas asociadas a dos glándulas normales se da
en un 2-10% de casos de HPTP, generalmente en pacientes de edad avanzada. Es
importante en estos casos estar seguro de que no se trate de una hiperplasia
asimétrica o en curso en un paciente con HPTP familiar. En ocasiones la controversia
de adenoma doble o triple vs hiperplasia asimétrica se convierte en una cuestión
esencialmente semántica. El adenoma doble es una causa relativamente frecuente
(20-30%) de HPTP persistente y supone uno de los factores de riesgo de fracaso más
importante de la exploración unilateral.
Hiperplasia. El problema de las lesiones multiglandulares
La hiperplasia paratiroidea representa entre el 5 y el 15% de los casos de HPTP.
Macro y microscópicamente una glándula hiperplásica es indistinguible de una que
albergue un adenoma solitario. Por ello, la diferenciación entre ambos procesos se
realiza en el acto quirúrgico cuando el cirujano encuentra una o varias glándulas
aumentadas de tamaño.
Carcinoma paratiroideo
El carcinoma paratiroideo supone menos del 1 % de todos los HPTP. Sólo de forma
excepcional se diagnostica preoperatoriamente sobre la base de una evolución clínica
rápida, hipercalcemia marcada y tumoración cervical. En general, la sospecha de
carcinoma de paratiroides se suscita durante el acto quirúrgico cuando se identifica
una tumoración paratiroidea única, dura que invade estructuras vecinas (tiroides,
tráquea o nervio laríngeo recurrente). La biopsia intraoperatoria no permite confirmar
la malignidad de una lesión paratiroidea por lo cual, ante la sospecha de cáncer de
paratiroides, el cirujano debe realizar una resección radical (paratiroidectomía de la
glándula afecta, hemitiroidectomía homolateral, timectomía y frecuentemente
sacrificio del nervio laríngeo recurrente).
El diagnóstico histopatológico de cáncer de paratiroides en ausencia de infiltración
de los tejidos vecinos o de metástasis a distancia es conflictivo.
TRATAMIENTO MÉDICO DEL HPTP Y DE LA CRISIS PARATIROTÓXICA
El tratamiento definitivo del HPTP es quirúrgico. Los pacientes asintomáticos en
los que no se indique una paratiroidectomía no precisan tratamiento médico y deben
seguir controles periódicos del metabolismo fosfocálcico y de la densidad ósea. El
tratamiento médico queda, pues, restringido a los pacientes con HPTP sintomático
que no deseen o, excepcionalmente, no puedan ser operados, a los pacientes que se
presenten con síntomas agudos por una hipercalcemia grave y a los pacientes con
cáncer de paratiroides e hipercalcemia quirúrgicamente incontrolable.
Los estrógenos son los fármacos más empleados por sus efectos sobre la conservación de la masa ósea y porque tienden a reducir la calcemia. No existen, sin
embargo, resultados a largo plazo sobre sus efectos en el tratamiento del HPTP
sintomático. En cualquier caso es importante recomendar a estos pacientes que se
hidraten correctamente, que eviten la inmovilización prolongada y que no tomen
diuréticos tiacídicos.
La ingesta diaria de calcio ha de ser normal. Una dieta pobre en calcio podría
conducir a un estímulo paratiroideo adicional. No es conveniente administrar fosfato
ya que puede estimular la secreción de PTH y a largo plazo puede facilitar las
calcificaciones metastásicas.
La crisis paratirotóxica es una urgencia médico-quirúrgica. El tratamiento debe
dirigirse en primera instancia a conseguir una hidratación y una función renal
adecuadas con lo cual la ca1cemia suele disminuir. Inicialmente se procederá a una
rehidratación rápida con control de la presión venosa central hasta restablecer una
función renal correcta. A continuación se establecerá una pauta de diuresis forzada
administrando 6-12 l de suero fisiológico/24h asociados a furosemida (40 mg/h).
Deben realizarse controles frecuentes de ca1cemia y del resto de electrolitos, en
particular del potasio sérico. Los bifosfonatos (pamidronato 90 mg iv/día/5 días)
inhiben la acción osteoc1ástica y son los fármacos más eficaces para reducir la
ca1cemia. Excepcionalmente se recurrirá a la hemodiálisis. Durante el período de
tratamiento médico debe llegarse al diagnóstico etiológico de la hiperca1cemia. Una
vez descartada la etiología paraneoplásica, se realizará una gammagrafía con 99TcSestamibi que es la mejor prueba de imagen para confirmar la presencia y la
localización de un adenoma de paratiroides. La intervención quirúrgica no debe
demorarse y se realizará tan pronto hayan mejorado las condiciones generales y la
función renal del paciente.
TRATAMIENTO QUIRÚRGICO
¿Qué enfermos deben operarse?
La paratiroidectomía es el único tratamiento definitivo del HPTP. En manos de un
cirujano con experiencia, entre el 96 y el 98% de pacientes quedan curados tras la
intervención. No existen dudas en la actualidad sobre la pertinencia de una
indicación quirúrgica en pacientes sintomáticos o en pacientes asintomáticos que
presenten alguno de los criterios absolutos asociados a una elevación de la iPTH.
Estos criterios han sido ampliamente consensuados y podrían considerarse mínimos
(tabla 32.1). La disponibilidad de un cirujano con experiencia, la identificación preo-
peratoria de la lesión paratiroidea mediante gammagrafía o las preferencias del
paciente son argumentos adicionales a favor de un tratamiento quirúrgico.
Tabla 32.1. Criterios absolutos para practicar una paratiroidectomía
Pacientes menores de 50 años
Hipercalcemia > 11,5 mg/dl
Hipercalciuria >400 mg/24h
Disminución de la masa ósea (-2 DE)
Disminución del aclaramiento de creatinina sin otra causa
¿Dónde están las glándulas patológicas?
Hasta principios de los años 90 no se disponía de ninguna técnica fiable para localizar
correctamente las glándulas paratiroides patológicas y la identificación de la lesión
responsable recaía sobre el cirujano durante el acto quirúrgico. Ello requería una
experiencia notable en cirugía paratiroidea y, a pesar de todo, entre un 2 y un 8% de
pacientes presentaban un hiperparatiroidismo persistente o recurrente por no
haberse identificado correctamente todo el tejido patológico. En manos de cirujanos
con experiencia ello sucedía fundamentalmente en pacientes con hiperplasia y/o
glándulas patológicas sumamente ectópicas. Tras la introducción de la gammagrafía
con 99Tc-sestamibi, el éxito de identificación preoperatoria en caso de adenomas
paratiroideos ha alcanzado el 85% con un poder predictivo positivo del 95%. Ello la
sitúa en primera línea de los métodos de localización y en la actualidad debe
realizarse en todos los pacientes con diagnóstico bioquímico de HPTP. La ventaja más
evidente de este procedimiento es la detección preoperatoria de glándulas sumamente
ectópicas (paratimos altos y glándulas mediastínicas principalmente) que
históricamente comportaban, como mínimo, una segunda intervención. Es más
discutible el beneficio que pueda obtenerse de esta técnica de localización en casos de
glándulas ortotópicas.
Localización preoperatoria con
99Tc-sestamibi
El descubrimiento casual, en 1989, de la utilidad del 99Tc-sestamibi como isótopo de
elección en la gammagrafía paratiroidea, ha relegado al olvido otras técnicas de
localización utilizadas con anterioridad (gammagrafía con selenio-metionina y la
ecografía). La proyección planar simple puede enriquecerse con proyecciones laterales
o con una SPECT (single photon emision computed tomography) lo cual permite la
localización glándulas patológicas, incluso en situación ectópica La sensibilidad del
sestamibi para el adenoma único es del 87%. Asimismo, el 99Tc-sestamibi detecta el
55% de las glándulas en casos de enfermedad multiglandular y hasta un 75% de las
lesiones responsables de HPTP persistente o recurrente. La razón de los resultados
falsos negativos no está clara y parece que estriba en una combinación de un tamaño
glandular reducido (<300-400 mg) con algún factor metabólico intracelular que
reduce la captación del isótopo. Se han descrito falsos positivos (<5%) que en
pacientes con HPTP suelen estar asociados a patología tiroidea de cualquier índole:
adenomas foliculares, carcinomas o linfomas. En casos de asociación con patología
tiroidea, una ecografía cervical puede ser de ayuda para una correcta interpretación
de la gammagrafía con 99Tc-sestamibi.
Existe aún cierta controversia sobre la conveniencia y la relación coste/beneficio
de realizar una gammagrafía paratiroidea antes de una primera intervención. Sin
embargo, más y más cirujanos se decantan en favor por varios motivos: 1) es
condición sine qua non para el abordaje unilateral; 2) permite comenzar la paratiroidectomía por el lado afecto en una exploración bilateral; 3) identifica de principio
glándulas ectópicas que precisen un abordaje quirúrgico específico; 4) puede sugerir
enfermedad multiglandular en pacientes sin historia familiar (hiperplasia esporádica o
primeros mutantes).
Exploración bilateral
La exploración paratiroidea bilateral con exéresis del adenoma, identificación de, al
menos, dos glándulas paratiroides normales y biopsia de una de ellas constituye el
abordaje clásico del HPTP cuya eficacia está bien establecida. Cuando no se disponía
de técnicas de localización precisas, esta táctica, en manos de un cirujano experto,
permitía la curación en una primera intervención del 92-97% de los casos.
Aún en la actualidad, este abordaje sigue gozando de gran popularidad a la espera
de un análisis crítico de los resultados del abordaje unilateral. La localización
preoperatoria mediante gammagrafía con 99Tc-sestamibi ha acortado sensiblemente el
procedimiento ya que permite iniciar la intervención por el lado en donde se
encuentra el adenoma y explorar el otro lado mientras el patólogo realiza la biopsia
por congelación del adenoma y de la paratiroides normal homolateral. En estas
circunstancias, el tiempo total de intervención no es mayor que en un abordaje
unilateral. La exploración bilateral sin biopsiar más de una glándula y con una
disección poco traumática permite una valoración precisa de la patología paratiroidea
sin riesgo recurrencial o de hipoparatiroidismo permanente. Constituye el abordaje
obligado en los casos de sospecha de enfermedad multiglandular o HPTP hereditario.
Abordaje unilateral
En la última década dos progresos significativos han cuestionado la exploración
bilateral de rutina: la gammagrafía con 99Tc-sestamibi y la determinación intraoperatoria de PTH. El abordaje unilateral puede hacerse con bajo riesgo de fracaso en
pacientes con una localización preoperatoria inequívoca en los cuales el cirujano
explora las dos paratiroides del mismo lado, remitiendo al patólogo el adenoma y una
biopsia de la glándula homolateral normal (o incluso la glándula entera). En estos
casos la posibilidad de que exista un segundo adenoma contralateral o ectópico es del
orden del 1-3%. Para cubrir esta contingencia puede recurrirse a la determinación
intraoperatoria de PTH, antes y después de la extirpación del adenoma. Un descenso
de la PTH del orden del 75% a los 15 minutos de extirpado el adenoma tiene una
precisión del 97% en el diagnóstico de adenoma único. La ventaja del abordaje
unilateral estribaría en un menor tiempo quirúrgico (sólo si no se practican
determinaciones intraoperatorias de PTH) y menor riesgo teórico de complicaciones
postoperatorias (hipoparatiroidismo transitorio o permanente y lesión recurrencial).
Asimismo puede realizarse más cómodamente que una exploración bilateral, incluso
bajo anestesia local. El abordaje unilateral está contraindicado en los casos en los que
una historia clínica sea sospechosa o diagnóstica de HPTP familiar, en aquellos en los
que la gammagrafía preoperatoria sugiera una enfermedad multiglandular y en los
que la segunda glándula homolateral sugiera la presencia de enfermedad
multiglandular
Abordaje mediastínico (¡cada vez más selectivo!)
Tradicionalmente reservado a las reintervenciones, el abordaje mediastínico puede y
debe hacerse actualmente de principio en los casos de adenomas ectópicos localizados
preoperatoriamente mediante gammagrafía. La gammagrafía con 99Tc-sestarnibi
seguida de una TAC torácica, ha hecho posible el abordaje selectivo de glándulas
paratiroides mediastínicas anteriores mediante incisión horizontal paraesternal con
exéresis del cartílago costal más próximo a la glándula patológica (mediastinotomía
anterior extrapleural), evitándose así la esternotomía media completa que tiene mayor
morbilidad y causa más dolor e incomodidad. En ausencia de una localización
preoperatoria clara, la mayoría de expertos consideran que no es aconsejable realizar
una esternotomía en el curso de una primera intervención.
El adenoma elusivo (causa frecuente de HPTP persistente)
Si no se dispone de localización preoperatoria o cuando ésta es negativa, un cirujano
experto puede encontrar dificultades en un 3-6% de los casos en los que el adenoma
se halla situado en una posición ectópica. Las ectopias paratiroideas pueden dividirse
en las accesibles desde una cervicotomía convencional (peri/intratiroideas) o aquellas
que precisan abordajes independientes.
Las ectopias peritiroideas más frecuentes son las laterales (adenomas situados en
la vaina carotídea), las del ligamento tirotímico en posición baja y las intratiroideas.
Las ectopias lejanas más frecuentes son las torácicas (mediastino anterior o, más
raramente, posterior) y los paratimos no descendidos que son paratiroides del tercer
par que quedan detenidas en su descenso (a menudo junto a un lóbulo de tejido
tímico) a la altura de la bifurcación carotídea. En conjunto, las ectopias paratiroideas
corresponden más frecuentemente a las glándulas inferiores que a las superiores y en
más de una tercera parte de los casos se dan sobre una quinta glándula.
Las ectopias paratiroideas son la causa más frecuente de persistencia de un HPTP
por adenoma único. Tras una cervicotomía blanca debe re-evaluarse el diagnóstico y,
a continuación, realizar las pruebas de imagen necesarias hasta localizar la lesión
mono glandular ectópica.
Carcinoma de paratiroides
La única oportunidad que tiene de curarse un paciente con carcinoma de paratiroides
es que el cirujano reconozca in situ esta posibilidad y realice una intervención radical
en primera instancia. El tumor debe resecarse sin lesión capsular junto con las
estructuras vecinas que se encuentren infiltradas. Ello significa generalmente una
hemitiroidectomía con sacrificio del nervio recurrente y exéresis del timo y de la grasa
peritímica homolateral.
Táctica quirúrgica en la hiperplasia paratiroidea
La hiperplasia paratiroidea en el HPTP puede ser esporádica (5-10% de todos los
HPTP esporádicos) o, más frecuentemente, familiar. Si existe historia familiar o el
paciente presenta un síndrome MEN, el cirujano conoce de antemano la existencia de
una enfermedad multiglandular. En ocasiones, una captación múltiple en la
gammagrafía sugiere el diagnóstico. La hiperplasia paratiroidea puede ser asimétrica
e incluso preservar totalmente alguna de las glándulas, hecho relativamente frecuente
en pacientes con MEN1 intervenidos en edades tempranas. La táctica idónea en la
hiperplasia paratiroidea primaria es la exéresis de todo el tejido paratiroideo,
preservando in situ o auto trasplantando unos 60 mg de tejido paratiroideo viable,
asociada a una timectomía transcervical. En la paratiroidectomía múltiple por lesión
multiglandular, la mayor parte de cirujanos practican una resección subtotal
marcando el remanente con un hilo largo irreabsorbible. Independientemente del tipo
de resección, una paratiroidectomía por hiperplasia obliga a la resección transcervical
del timo, en cuyo seno pueden hallarse glándulas supernumerarias bien conformadas
o múltiples nidos de tejido paratiroideo hiperplásico. La tasa de recidiva en pacientes
con MEN1 intervenidos de este modo está siendo motivo de estudio a largo plazo.
Seguimiento y resultados a largo plazo de la paratiroidectomía
La mayor parte de las manifestaciones clínicas del HPTP presentan una clara
remisión tras la intervención. Destaca la mejoría del estado general y es frecuente una
ganancia moderada de peso (2-6 kg) a los 6 meses de la intervención. La formación de
nuevos cálculos renales desaparece en el 90% pacientes y hay un incremento de masa
ósea que llega al 15-25% al año de la paratiroidectomía.
Los síntomas neuromusculares y psiquiátricos mejoran en más de dos terceras
partes de los pacientes. No cabe esperar mejoría de los síntomas relacionados con
condrocalcinosis o insuficiencia renal crónica. La hipertensión arterial tampoco
mejora tras la paratiroidectomía y, de hecho, tras un seguimiento medio de 5 años
una tercera parte de los pacientes que no padecían hipertensión preoperatoria la
desarrollan.
La mortalidad a largo plazo (>20 años) de los pacientes paratiroidectomizados por
HPTP es ligeramente superior a la de la población normal (riesgo relativo vs una
población control de 1,4 a 1,7). La afectación renal, el peso de tejido paratiroideo
resecado, la duración presumible de la enfermedad antes de la intervención y la
calcemia son factores que influyen de forma independiente en una mayor mortalidad
a largo plazo. Respecto a una población control, los pacientes paratiroidectomizados
tienen un riesgo doble de mortalidad por causas cardiovasculares. Existe un consenso
creciente en que la hipercalcemia prolongada tiene un efecto nocivo sobre múltiples
sistemas (que explicaría la mayor mortalidad de los pacientes paratiroidectomizados)
y que la cirugía precoz del HPTP puede llegar a eliminar el exceso de mortalidad
observado a largo plazo en estos enfermos.
BIBLIOGRAFÍA
Felig P, Frohman LA 2001 Endocrinology and Metabolism (4th Ed.) McGraw-Hill Professional.
Holzheimer RG, Mannick J A 2001 Surgical Treatment. Zuckschwerdt Publishers.
Kufe, D W, et al 2003 Cancer Medicine (6th Ed.) BC Decker.
Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S 2002 Williams Textbook of Endocrinology (10th Ed.) Saunders.
Nussey SS, Whitehead SA 2001 Endocrinology: An Integrated Approach. BIOS Scientific Publishers.
PARTE VII
OBESIDAD
CAPÍTULO 33
R E G U L A C IÓ N D E L A IN G E S T A
El control de la ingesta es un elemento fundamental en la regulación del peso
corporal. La ingesta es una parte importante del comportamiento humano y, aunque
tiene un importantísimo condicionante social, existen unos mecanismos fisiológicos
que la regulan a los que progresivamente se les concede mayor importancia, al mismo
tiempo que se conocen de forma más precisa. El conocimiento de los mecanismos de
control de la ingesta está en gran medida condicionado por la importancia progresiva
de la obesidad como problema social.
La obesidad es una enfermedad compleja multifactorial, en la que rasgos genéticos
se ven influidos por factores ambientales (véase capítulo 34). Esta enfermedad crónica
se define por la presencia de un exceso de grasa corporal que coloca al individuo en
una situación de riesgo para la salud. La obesidad supone un incremento importante
de morbilidad por su asociación a enfermedades que afectan a la mayoría de sistemas
del organismo. La mortalidad por enfermedad cardiovascular y cáncer está
aumentada en la obesidad y se ha demostrado que la obesidad severa se relaciona
claramente con un acortamiento de la esperanza de vida. Por otra parte, los
individuos obesos son objeto de estigmatización social y discriminación. En España,
la prevalencia de exceso de peso está aumentando de forma importante en los últimos
años y en la actualidad afecta aproximadamente al 50% de la población. Dada su
elevada prevalencia y las complicaciones asociadas no es de extrañar que los costes
sanitarios por la obesidad sean elevados.
En la etiopatogenia de la obesidad intervienen factores genéticos, metabólicos,
psicológicos, conductuales, culturales y sociales. Si bien los factores genéticos juegan
un papel importante y parecen ser responsables de la mayor parte de la variabilidad
interindividual del peso, la disminución de la actividad física y el incremento de la
ingesta calórica tienen una importancia capital en el desarrollo de la obesidad.
MECANISMOS
ENERGÉTICO
DE
CONTROL
DE
LA
INGESTA
Y
GASTO
Los neurotransmisores son un elemento básico en el transporte de la información que
regula la alimentación en el humano, permitiendo una conexión humoral entre
estructuras cerebrales superiores y el hipotálamo. El balance preciso entre muchos
neurotransmisores parece ser el responsable de la regulación de la ingesta y el peso,
quizá con una organización similar a las cascadas biológicas que regulan la coagulación
sanguínea y la fijación del complemento.
Para que se produzca un aumento de la grasa corporal es preciso que la ingesta
calórica sea superior al gasto energético. Este principio termodinámico que parece tan
simple esta sujeto a múltiples factores con un efecto modulador y a complejos
mecanismos de retroalimentación. Esto viene ilustrado por la observación de que el
peso tiende a conservarse dentro de un rango de ± 10% de un valor predefinido, de
manera que un cambio de peso en cualquier dirección produce cambios en el gasto
energético y la conducta alimentaria que favorecen el retorno al peso inicial. Este
fenómeno podría contribuir a la elevada tasa de recidiva que se observa tras un
programa de adelgazamiento.
Control de la ingesta
Recientemente se han producido importantes descubrimientos sobre los mecanismos
implicados en el control de la ingesta y del peso, posiblemente en parte favorecidos
por la importancia creciente de la obesidad como problema de salud pública.
Actualmente se considera que el control del balance energético se basa en un
sistema de retroalimentación (figura 33.1). En él, el objetivo es mantener los depósitos
energéticos estables. Para ello señales de tipo hormonal derivadas del tejido adiposo
(leptina) o del tracto digestivo (colecistoquinina, ghrelina, péptido YY3-36) así como de
tipo neuronal (mediadas por el nervio vago) actuarían como señales aferentes del
sistema nervioso central. Cada una de estas señales aportaría información a partir de
la cual se produciría la finalización de la comida en curso (saciedad) o el control de la
ingesta de alimentos a más largo plazo. La integración de estas señales se produciría
fundamentalmente a nivel del hipotálamo y del núcleo del tracto solitario, situado en
el tronco cerebral. Existe por tanto un sistema neuroendocrino complejo pero
fascinante, en el que hormonas circulantes envían información sobre el balance
energético a vías cerebrales que controlan la ingesta y el gasto energético.
Las hormonas que regulan la ingesta pueden dividirse en aquellas que actúan
rápidamente y controlan las comidas individuales y las que actúan más despacio para
promover la estabilidad de los almacenes de grasa. Los reguladores a largo plazo
incluyen la insulina y la leptina, que se liberan a la sangre en proporción a la
cantidad de tejido adiposo y provocan inhibición de la ingesta y aumento del gasto
energético. Cuando los depósitos de grasa disminuyen, la disminución de estas
hormonas es percibida por el cerebro y se provoca un aumento del apetito y de la
eficiencia metabólica hasta que el peso perdido se recupera.
Estos reguladores a largo plazo deben de distinguirse de los reguladores a corto
plazo, relacionados con las comidas. Son señales de saciedad que son liberadas por el
tracto gastrointestinal durante la ingesta, siendo el más característico la
colecistoquinina (CCK). Estos péptidos provocan una sensación de llenado que
inducen a suspender la ingesta. Otra señal hormonal es el péptido gástrico ghrelina
(véase capítulo 17). Los niveles de este péptido orexigénico aumentan antes de las
comidas y disminuyen rápidamente después de las mismas. Por tanto ghrelina y CCK
son péptidos que regulan el comienzo y el final de la ingesta, participando en un
control “comida a comida” que también es sensible a los niveles de insulina y leptina.
El efecto orexígeno de la ghrelina se descubrió por primera vez en el modelo
animal. Se ha identificado mRNA del receptor de los secretagogos de GH (GHS-R)
fundamentalmente en el núcleo arcuato y ventromedial del hipotálamo y en la
hipófisis. Aunque la ghrelina también se expresa en el hipotálamo, se desconoce el
significado fisiológico del sistema ghrelina/GHS-R. Los estudios de Kamegai et al. han
demostrado que la diana hipotalámica fundamental de la ghrelina son las neuronas
que actúan a través de neuropéptido Y (NPY) y AgRP (agouti-related protein).
Se ha encontrado que la infusión de ghrelina a corto plazo incrementa el hambre
en el hombre. Los niveles circulantes de ghrelina se han encontrado disminuidos en el
obeso. Se han estudiado los niveles circulantes de ghrelina después de la pérdida de
peso con dieta o bypass gástrico. Los niveles de ghrelina aumentaron tras la pérdida de
peso inducida con dieta. Sin embargo la pérdida de peso tras el bypass gástrico se
acompaña de una marcada disminución de los niveles plasmáticos de ghrelina.
Posiblemente esta marcada disminución del ghrelina circulante tras la cirugía bariátrica
sea determinante de la gran efectividad de esta técnica para conseguir una pérdida de
peso importante y mantenida.
Entre los reguladores de la secreción de ghrelina destaca la insulina circulante.
Aunque existen algunos datos contradictorios, la infusión de insulina manteniendo
euglucemia disminuye los niveles de ghrelina y al suspender la infusión de insulina
ésta se eleva hasta normalizarse, encontrándose una relación inversa entre ghrelina e
insulina, lo que sugiere que la insulina puede participar en los efectos de la nutrición
sobre la ghrelina circulante.
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Figura 33.1. Representación esquemática de los mecanismos implicados en el control del peso corporal.
El péptido YY3-36 (PYY3-36) es un miembro de la familia de proteínas del NPY. Este
péptido es secretado por las células endocrinas del intestino delgado distal y del colon
en respuesta a la comida. Sus niveles permanecen altos entre las comidas. Estudios
recientes han encontrado que en humanos y roedores PYY3-36 provoca una inhibición
de la ingesta de hasta 12 horas, un período de tiempo que es intermedio entre los
péptido que actúan rápido, controlando las comidas individuales, y los que actúan
lento, controlando el peso corporal. Además, como la insulina, leptina y ghrelina,
PYY3-36 parece actuar en un área cerebral clave, el núcleo arcuato del hipotálamo.
El núcleo arcuato contiene dos tipos diferentes de neuronas que controlan la
ingesta: unas que la estimulan y otras que la inhiben. Las estimulantes producen
NPY, que estimula la ingesta a nivel cerebral (paradójicamente un efecto opuesto al
PYY3-36). Unas neuronas adyacentes producen melanocotina, que actúa sobre las
mismas áreas cerebrales que el NPY pero inhibe la ingesta. Típicamente cuando uno
de estos sistemas es estimulado el otro es inhibido. Por ejemplo, durante la pérdida de
peso las neuronas que expresan NPY son estimuladas y las que producen
melanocortina son inhibidas.
Las neuronas que expresan NPY también producen AgRP, que bloquea los
receptores neuronales de melanocortina. La activación de las neuronas que expresan
NPY/AgRP aumenta la ingesta por dos vías: aumentando la liberación del estimulante
NPY y bloqueando los receptores de melanocortina que reducen el apetito.
Los cambios de peso se comunican al cerebro por hormonas como leptina e
insulina, que inhiben las neuronas que expresan NPY/AgRP. La ghrelina también
puede estimular la ingesta activando estas neuronas, como hemos visto. NPY puede
inhibir su propia producción a través del receptor Y2 (Y2R), un subtipo del receptor
NPY que se encuentra en las propias neuronas productoras de NPY/AgRP. La acción
del péptido PYY3-36 viene mediada por su unión específica a este receptor Y2 que
inhibe NPY y, por tanto, la ingesta. En los ratones normales complejos circuitos
neuronales amplifican el efecto del PYY PYY3-36. Las neuronas productoras de
melanocortina son inhibidas por las neuronas adyacacentes que expresan NPY/AgRP.
Desde el punto de vista clínico es evidente el interés que generan análogos del
PYY3-36 y otras moléculas que reduzcan la ingesta activando el receptor Y2 para su
empleo en el tratamiento de la obesidad.
Por tanto y resumiendo, a nivel hipotalámico dos tipos de neuronas situadas en el
núcleo arcuato serían fundamentales en la integración de esta información. Por una
parte las neuronas que expresan NPY y AgRP y, por otra, las que expresan la
proopiomelanocortina (POMC). A partir de ellas se desencadenaría una respuesta
neuronal que incluye a diversos núcleos hipotalámicos y otras áreas cerebrales, con la
intervención de distintos neurotransmisores, que finalmente condicionaría los
cambios en la respuesta alimentaria y gasto energético que restablecerían el balance
energético. Esquemáticamente, en situaciones de balance energético negativo la caída
en la concentración plasmática de leptina llevaría a la activación de las neuronas
NPY/AgRP y a la inhibición de las neuronas POMC del núcleo arcuato. La activación
de estas neuronas orexígenas llevaría a una respuesta compleja que incluye aspectos
hormonales, de conducta y sistema nervioso simpático y que acabarían resultando en
un aumento de la ingesta y una disminución del gasto energético. Por contra, en
situaciones de balance energético positivo el aumento en la concentración plasmática
de leptina llevaría a la activación de las neuronas POMC y a la inhibición de las
neuronas NPY/AgRP del núcleo arcuato. Ello llevaría a una respuesta que se acabaría
integrando en una disminución de la ingesta y un aumento del gasto energético. En la
tabla 33.1 se recogen algunos los principales péptidos conocidos que participan en el
control del peso corporal.
Tabla 33.1. Neuromoduladores del sistema de control del peso corporal. NPY: neuropéptido Y; GHRH:
hormona liberadora de somatotropina; MCH: hormona concentradora de melanina; CRH: hormona
liberadora de corticotropina; MSH: hormona estimulante de melanocitos; GLP-1: glucagon like peptide-1;
CART: cocaine and anphetamine-related transcript.
Monoaminas y péptidos que intervienen en el control de la ingesta
Orexígenos
Anorexígenos
NPY
Noradrenalina
Opiáceos endógenos (dinorfina)
MCH
GHRH
Ghrelina
Leptina
Colecistocinina
Enterostatina
Serotonina
CRH/urocortina
α-MSH
GLP-1
CART
Control del gasto energético
El gasto energético total se compone del gasto energético en reposo o basal (energía
consumida para el funcionamiento normal de células y órganos en el estado postabsortivo y en reposo), el efecto térmico de la comida (aumento en el gasto energético
asociado con la digestión, absorción y aumento de la actividad nerviosa simpática tras
la ingesta de alimentos) y la energía consumida con la actividad física (gasto
energético derivado de la actividad mecánica voluntaria y no voluntaria).
El gasto energético basal representa aproximadamente el 70% del gasto energético
total y está enmarcado en el control neuronal y hormonal que controla el balance
energético. Tanto el control de la ingesta como el gasto energético total están influidos
por factores genéticos y factores ambientales.
El balance energético está regulado de forma muy sensible. Existen mecanismos
muy precisos que controlan el gasto corporal y, como hemos visto, mecanismos que
controlan la ingesta. Las alteraciones en los determinantes del balance energético no
tienen que ser necesariamente por grandes diferencias entre individuos obesos y no
obesos. Por ejemplo, comer diariamente sólo el 5% más de las calorías necesarias
puede llevar a un acúmulo de unos 5 kg de peso en un año.
Los factores genéticos podrían explicar hasta un 40% de la variabilidad en el
índice de masa corporal (IMC) en humanos. La correlación del IMC entre gemelos es
muy elevada (0,6-0,9) y en los individuos adoptados el IMC se correlaciona más con el
IMC de los padres biológicos que con el de los padres adoptivos. Asimismo, diferentes
observaciones indican que algunos factores determinantes del peso corporal como el
metabolismo basal, la respuesta térmica a la ingesta y la actividad física espontánea
son, en parte, hereditarias.
Existen formas monogénicas de obesidad humana ligadas al gen de la leptina, el
receptor de leptina y el receptor tipo 4 de la melanocortina, entre otros. Estas formas
monogénicas de la enfermedad, aun siendo poco frecuentes, nos han ayudado a
comprender mejor los mecanismos moleculares que regulan el balance energético. La
obesidad es un rasgo característico de unos 24 síndromes de origen genético bien
definidos, siendo los más conocidos los síndromes de Prader-Willy y Bardet-MoonBiedl. En estos casos la base fisiopatológica de la obesidad no está bien aclarada.
El componente genético de las formas habituales de obesidad es complejo. Se han
descrito más de 200 marcadores, genes y regiones cromosómicas asociadas a estas
formas de obesidad. Se ha sugerido que mutaciones en el gen del receptor tipo 4 de la
melanocortina podrían estar presentes hasta en un 5% de los obesos. Sin embargo
todavía no se ha podido establecer la relevancia clínica de los múltiples marcadores
asociados a las formas más frecuentes de obesidad.
Sea cual sea la base genética de la obesidad parece claro que el gran aumento en
su prevalencia, acaecida en los últimos 20 años, no se debe a cambios en el sustrato
genético de la población, sino más bien a factores ambientales relacionados con el
estilo de vida que han llevado a un aumento del consumo calórico y a un descenso en
la actividad física. La ingesta calórica ha aumentado en los últimos años,
probablemente tanto el tipo de comidas que consumimos como el tamaño de las
mismas. La actividad física ha disminuido, probablemente por los avances
tecnológicos que han modificado nuestras actividad laboral, social y de tiempo de
ocio. Sin embargo existen otros factores ambientales que resultan menos evidentes y
que pueden jugar un papel en la aparición de obesidad.
Entre los factores ambientales relacionados con el control del peso destacamos:
• factores ambientales precoces: bajo peso neonatal para la edad gestacional,
lactancia artificial.
• factores ambientales en la infancia: obesidad durante la infancia y/o la
adolescencia.
• gestación
• menopausia
• fármacos. el uso de distintos tipos de fármacos ha sido relacionado con la
aparición de obesidad. Entre ellos se incluyen fármacos con acción sobre el
sistema nervioso central, hipoglucemiantes orales, esteroides y anticomiciales.
• deshabituación tabáquica: el abandono del hábito tabáquico se asocia a un
aumento medio de peso de unos 5 kg.
• factores socioeconómicos: En España la prevalencia de obesidad es más
elevada en niveles socio-económicos bajos y especialmente en mujeres. Esta
asociación se repite en otras cohortes, si bien presenta algunas variaciones
según las poblaciones estudiadas.
Apuntando a una interacción entre los factores genéticos y los ambientales, es
posible que estos últimos hayan resultado especialmente perjudiciales de cara a crear
un balance energético positivo para grupos de individuos con alto riesgo para
desarrollar obesidad. Ello podría ayudar a explicar, entre otros aspectos, las
diferencias en la prevalencia de obesidad en determinados grupos étnicos. También
podría justificar el mayor riesgo de obesidad en la edad adulta en niños obesos cuyos
padres también lo son, en comparación con aquellos cuyos padres no son obesos.
AGRADECIMIENTOS
Parte de los estudios referenciados en este trabajo han sido financiados por la Xunta de Galicia
(PGIDT00PXI000PR), FIS (PI021479) y el Instituto de Salud Carlos III RGTO (G03/028).
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CAPÍTULO 34
T R A S T O R N O S D E L C O M P O R T A M IE N T O
A L IM E N T A R IO : E F E C T O D E L A
C O M P O S IC IÓ N D E L A D IE T A
,
Las cifras que ha alcanzado la obesidad durante los últimos años en el mundo
occidental, hacen que se considere una epidemia de difícil tratamiento debido a su
etiología multifactorial en la que están implicados factores ambientales y genéticos, lo
que exige estrategias conjuntas para su prevención y/o tratamiento.
Ya que la obesidad es una acumulación excesiva de grasa corporal, que en su fase
dinámica es el resultado de que la ingesta energética excede al gasto, lógicamente
para perder peso es imprescindible invertir el proceso y que la ingesta sea inferior al
gasto. Los principales parámetros implicados en el gasto son el metabolismo basal,
bastante constante para cada individuo, la actividad física diaria y la espontánea, que
aunque es mayor cuanto mayor lo es el peso corporal, hay que tener en cuenta que la
obesidad conduce a disminución en el movimiento, el efecto termogénico de los
alimentos según el tipo de macronutriente, siendo muy elevado para proteínas por el
alto coste energético de los procesos de síntesis y degradación, bajo para los
carbohidratos aunque aumenta en la gluconeogénesis a partir de otros sustratos y
bajo también para los triglicéridos procedentes de la grasa del alimento aunque se
incrementa cuando la lipogénesis se produce a partir del exceso de carbohidratos y la
termogénesis facultativa en la que producción de calor mediante la fosforilación
desacoplada desempeña un papel relevante.
La base del tratamiento de la obesidad se resume en reducir la ingesta energética
e incrementar el gasto a expensas de la actividad física, en principio los dos puntos
sobre los que resulta más fácil actuar. Aunque no existe acuerdo sobre el tipo, la
frecuencia y la duración del ejercicio que se debe realizar, parece claro que la
actividad física de intensidad baja o moderada pero de larga duración es la que
promueve la utilización de los depósitos de grasa corporal.
Con relación a la ingesta, no hay duda de la necesidad de que sea hipocalórica
pero la reducción energética del tratamiento depende del estado nutricional del
paciente y del grado de obesidad o sobrepeso. Si el tratamiento no es urgente, la
reducción energética al inicio no debe superar el 30% de la ingesta calórica habitual,
aunque posteriormente se puede realizar un descenso progresivo.
Las dietas con muy bajo o bajo valor energético se restringen a pacientes con
obesidad mórbida o grave y requieren régimen hospitalario o régimen ambulatorio con
estrecha vigilancia médica. Las dietas moderadamente hipocalóricas, que oscilan
entre 1.000 y 1.600 kcal/día aproximadamente, son las de primera elección, y si es
variada y equilibrada puede aportar las cantidades necesarias de todos los nutrientes
y puede seguirse en el ambiente habitual del individuo. Hay que tener en cuenta que
si la ingesta energética es inferior a 1.200 kcal/día resulta muy difícil realizar con
alimentos comunes una dieta que cubra todos los requerimientos de micronutrientes.
La dieta se debe repartir en 4 ó 5 tomas puesto que poner en acción el sistema
digestivo supone ya un gasto energético, y por otra parte, disminuye la ansiedad ante
las principales comidas y se evitan así grandes oscilaciones en la secreción de
insulina con el consiguiente efecto sobre el almacenamiento de nutrientes.
Inicialmente las dietas hipocalóricas son muy eficaces en términos de pérdida de
peso corporal debido a la pérdida de agua asociada al glucógeno. Posteriormente la
eficacia va disminuyendo como consecuencia de la adaptación metabólica de los
tejidos a la energía ingerida, de una disminución en la actividad física diaria por
astenia y con frecuencia se produce una reducción de adherencia a la dieta, extremo
éste que el paciente suele negar.
Una dieta hipoenergética idónea debe facilitar la pérdida de peso de forma suave y
gradual, tiene que aportar todos los micronutrientes, favorecer la eliminación de grasa
limitando, en la medida de lo posible, la pérdida de peso a expensas de la proteína ya
que así también se evita disminuir el metabolismo basal y alterar lo menos posible las
costumbres diarias para que no se produzcan repercusiones emocionales que
redundan en mayor tasa de incumplimiento.
TIPOS DE DIETAS
La etiología incierta de la obesidad es la principal barrera para su tratamiento. A
pesar de la proliferación de dietas, la incidencia de sobrepeso y obesidad sigue en
aumento. La mayoría de ellas pueden resultar eficaces para lograr el primer objetivo
que es la pérdida de peso corporal, pero fracasan en el segundo, y quizá más
importante, que es el mantenimiento del peso perdido. Uno de los principales
problemas en el tratamiento de la obesidad es que aunque habitualmente el paciente
a tratamiento dietario pierde peso, en la mayoría de los casos lo recupera.
Algunas dietas carecen de fundamento científico y desde el punto de vista
nutricional no son recomendables y pueden incluso poner en peligro la propia salud
del individuo. Entre ellas se encuentran las exentas de algún macronutriente, la que
permite cada día ingerir un solo tipo de alimento sin limitación de cantidad, como
ejemplos de una lista interminable. Indudablemente, el posible éxito si el paciente no
abandona, radica en muchos casos en la disminución de la ingesta debido a la
monotonía de la dieta o a la disminución de la palatabilidad, pero hay que tener en
cuenta que algunas de ellas si se prolongan durante largo tiempo pueden causar
deficiencias de algunos minerales o vitaminas.
De las últimas tendencias sobre cómo debe ser la composición de una dieta de
energía restringida, no existen datos a largo plazo que garanticen su seguridad y
eficacia por lo que sigue sin existir la dieta ideal para alcanzar estas metas.
Dieta hipocalórica clásica baja en grasa
Pueden seguirse en el ambiente habitual. Se considera que por término medio la
disminución del contenido energético será alrededor de 500 kcal/día, aunque a veces
es necesario estimar los resultados al cabo de aproximadamente 1 mes y establecer
los reajustes energéticos necesarios. La reducción en el contenido energético se realiza
a expensas de disminuir el consumo de grasa, eliminar el alcohol y suprimir o reducir
los azúcares simples. La cantidad de proteína se mantendrá aproximadamente en los
mismos valores, pero tampoco debe ser excesiva , ya que la dieta va a ser siempre
hiperproteica puesto que al reducir la cantidad absoluta de energía, el porcentaje de
calorías que aporta este macronutriente va a ser superior al porcentaje que le
correspondía antes de la intervención. La disminución en el porcentaje energético
correspondiente a carbohidratos, de tipo complejo, no será excesiva para evitar
alteraciones metabólicas debido a la dependencia de ciertos tejidos por la glucosa. La
reducción en el contenido energético se llevará a cabo fundamentalmente al disminuir
el consumo de grasa especialmente la saturada.
Es importante asegurar un aporte de agua que evite la deshidratación y asegure
una diuresis normal. Hay que tener en cuenta que si disminuye el consumo de
alimentos, también lo hace el agua contenida en ellos.
Dietas bajas en carbohidratos
Durante los últimos años están ganado popularidad las dietas que propugnan una
reducción en el contenido de carbohidratos. Existen numerosos estudios que ponen
de manifiesto su utilidad en la pérdida de peso corporal pero no hay consenso sobre
su seguridad por falta de datos a largo plazo y además, los detractores de las nuevas
propuestas alertan sobre el riesgo de efectos adversos para la salud que pueden
derivar del desequilibrio de nutrientes.
El propósito de rebajar la ingesta de carbohidratos es combatir la resistencia a la
insulina y la hiperinsulinemia, causantes de obesidad. Los hidratos de carbono se
han recomendado tradicionalmente en lugar de la grasa, pero estudios recientes han
demostrado que inducen enzimas implicadas en la lipogénesis. La oxidación de
glucosa produce compuestos como malonyl-CoA que inhibe el transporte de ácidos
grasos a la mitocondria disminuyendo la oxidación de las grasas. Además, proteínas y
grasas al digerirse y absorberse más lentamente que los glúcidos proporcionan mayor
saciedad.
Diversos trabajos realizados en los últimos años comparan los resultados de la
dieta tradicional baja en grasa con dietas pobres en carbohidratos, consumidas ad
libitum o con una cantidad de energía fija. En muchos de ellos se constataron
mayores pérdidas de peso a corto plazo al reducir el porcentaje de carbohidratos y en
otros casos no se vieron diferencias significativas entre ingestas hipoenergéticas.
Una alternativa a las dietas bajas en grasa es la dieta alta en proteínas y de bajo
índice glucémico. Algunos estudios señalan que la sustitución parcial de
carbohidratos por proteína en dietas con energía restringida, mejora la pérdida de
peso y de grasa corporal a pesar de que según los principios de termodinámica las
dietas con igual contenido calórico tendrían que producir idénticos cambios en el peso
corporal, independientemente de su composición en macronutrientes. El fundamento
de esta propuesta se basa en que la presencia de altas cantidades de proteína en la
dieta estimula la renovación proteica, proceso energéticamente muy costoso. El mayor
efecto termogénico de las proteínas y el desacoplamiento en la formación de ATP que
lleva a una menor eficacia metabólica y al aumento en la producción de calor apoyan
su utilidad. Además, la proteína al ser el macronutriente más saciante,
indirectamente contribuye a un menor ingreso energético.
La pérdida de peso que acompaña al consumo reducido de carbohidratos puede
justificarse, al menos en parte, como consecuencia de que este tipo de dietas siempre
son cetogénicas. El aumento en los niveles de cuerpos cetónicos causa una
disminución en el apetito y excreción de energía en forma de cetonas, además de los
efectos termogénicos y demanda proteica para la gluconeogénesis ya comentados. Hay
que recordar también la contribución de la pérdida de agua asociada al glucógeno a la
reducción ponderal en los primeros días de tratamiento, especialmente significativa
cuando se reduce de forma muy notable el aporte glucídico.
A pesar de que persiste el debate sobre el papel de la relación entre hidratos de
carbono y grasa de la ingesta y la prevalencia de obesidad, posiblemente es necesario
un enfoque del problema hacia la fuente y tipo de glúcido por su diferente respuesta
glucémica. El tipo de hidrato de carbono que se consume ha cambiado
considerablemente en los últimos años con productos más refinados de mayor
densidad energética, de absorción más rápida y de índice glucémico más elevado,
mientras que los tradicionales, de índice glucémico bajo, mejoran el control de peso
porque son más saciantes, minimizan la respuesta insulínica postprandial,
disminuyen la síntesis de triglicéridos y favorecen la oxidación de las grasas. Parece
razonable sustituir grasa de la dieta por carbohidratos de bajo índice glucémico ya
que almacenar triglicéridos en tejido adiposo procedentes de grasa dietaria es
metabólicamente más eficaz que hacerlo a partir de hidratos de carbono.
Un problema para muchas personas a las que se les limita la ingesta, es que
continuamente sienten hambre. El problema puede aliviarse incrementando el
consumo de fibra y polisacáridos no amiláceos. Además, aunque en muchos casos los
individuos obesos perdieron más peso con dietas pobres en carbohidratos, el efecto
revierte y los estudios metabólicos indican que las dietas ricas en grasa conducen con
mayor probabilidad a la ganancia de peso que las que contienen un elevado
porcentaje de carbohidratos complejos. Parece que una ingesta baja en calorías y en
grasa es lo más adecuado para mantener el peso perdido.
Dieta con elevado contenido en calcio
Estudios recientes señalan una relación inversa entre la ingestión de calcio y el peso
corporal que ha servido de base para intervenciones dietarias incrementando la
ingestión de calcio en pacientes obesos y controlando su repercusión en el contenido
de grasa corporal. También influye en la composición corporal la forma en la que se
consume ese calcio. En este sentido, parece que el calcio contenido en los productos
lácteos es más eficaz sobre la grasa corporal. El mecanismo responsable de los efectos
sobre la composición corporal no se ha aclarado totalmente, pero la base para
comprender el efecto “anti-obesidad” del calcio deriva de estudios que demuestran el
papel clave del calcio intracelular regulando el metabolismo de los adipositos. El
aumento de Ca2+ intracelular, produce un incremento en el almacenamiento de
energía en adipocitos y de grasa por estimulación de la lipogénesis e inhibición de la
lipólisis, mientras que el tratamiento de ratones obesos con un antagonista de los
canales de calcio (nifedipino) causaba una significativa disminución en la masa
adiposa. De ahí se deduce que el calcio del adipocito parece un objetivo lógico en el
control de la adiposidad.
Los adipocitos humanos poseen en su membrana receptores de vitamina D que
facilitan la captación de calcio por las células grasas. Además, la forma activa de la
vitamina D (1,25-dihidroxivitamina D3), inhibe la expresión de la proteína
desacopladora UCP2. Sin embargo, la alimentación con dietas con elevados niveles de
calcio inhibe la forma activa de la vitamina D, inhibiendo así la captación de calcio y
la acumulación de lípidos en las células grasas y produciendo un incremento en la
expresión de UCP2 en tejido adiposo que conlleva a un aumento en la termogénesis y
posiblemente en el transporte y oxidación de ácidos grasos mediados por UCP2.
También se ha establecido que elevadas proporciones de calcio en la dieta pueden
reducir la absorción de ácidos grasos al formarse compuestos de difícil digestión en el
tracto gastrointestinal.
Pero al elevar el calcio no sólo se acelera la pérdida de peso y de grasa, sino que
también parece que cambia la distribución de ésta a un patrón más favorable con
mayor pérdida de grasa de la zona abdominal. Aunque el mecanismo de este efecto no
está claro, una reducción en la producción de cortisol por el tejido adiposo puede ser
una posible explicación.
Aunque la mayoría de los estudios señalan que si la fuente de calcio son la leche y
los derivados lácteos, el efecto “anti-obesidad” es mayor que el obtenido con
suplementos de carbonato cálcico, algunos trabajos indican igual eficacia. Parece
clara la necesidad de profundizar en el conocimiento de los mecanismos implicados
en estos procesos que posibilitarían mejorar los efectos calcio en la prevención y
tratamiento de la obesidad.
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CAPÍTULO 35
O B E S ID A D : C O N C E P T O S B Á S IC O S
"
"
La obesidad se define habitualmente por un aumento de la cantidad de tejido adiposo
corporal en relación a los estándares considerados normales para la edad, talla y
complexión del individuo. Esto se traduce en la práctica médica en un aumento de
peso, si bien este exceso no siempre representa obesidad, ya que en ocasiones se trata
de un aumento de la musculatura, anasarca, etc.
A pesar de que la obesidad figura dentro de la clasificación internacional de
enfermedades, habitualmente no es considerada como tal por amplios sectores de la
población e incluso por parte de la profesión médica y de los responsables sanitarios.
Este hecho hizo que en junio de 1.999 se firmara la denominada Declaración de
Milán, en la que los presidentes de las 24 Sociedades Científicas Europeas de
Obesidad hicieron un llamamiento a los gobiernos y agentes de salud para que
reconociesen que la obesidad es una importante causa de morbilidad, de discapacidad
y de mortalidad prematura, suponiendo una enorme carga social y económica a las
comunidades europeas e instando a iniciar inmediatamente el desarrollo de
estrategias para actuar sobre la misma.
Efectivamente, la sobrecarga ponderal de la obesidad va a hacer que estos
pacientes presenten un riesgo acrecentado de padecer enfermedades, especialmente
cardiovasculares, metabólicas, osteoarticulares y psicológicas.
Por otra parte, los costes económicos de la obesidad son muy elevados, si bien es
difícil de realizar una correcta evaluación, ya que además de incluir los costes directos
derivados del tratamiento de las enfermedades asociadas, es preciso añadir también
los derivados de la pérdida de productividad debido a muerte o incapacidad laboral.
Sin embargo, estudios económicos realizados en Estados Unidos estiman que
solamente los costes directos de la obesidad suponen alrededor de un 5,7 % del
presupuesto sanitario de aquel país, lo que concuerda con los datos del estudio
Delphi, en el que se cifra que el coste económico de la obesidad en España supone un
6,9% del gasto sanitario.
ETIOLOGÍA DE LA OBESIDAD
La etiología de la obesidad es multifactorial, existiendo diferentes tipos de pacientes
obesos con etiologías distintas. Sin embargo, e independientemente de ello, la
obesidad siempre se va a caracterizar por un exceso de depósito de grasa en el
organismo debido a un disbalance entre la energía ingerida y la consumida.
Hasta hace algún tiempo la obesidad era considerada, básicamente, un problema
de índole ambiental y educativo. Sin embargo, esta visión ha experimentado un gran
cambio gracias a la creciente identificación y comprensión de las bases genéticas y
moleculares de la regulación del balance calórico, así como de los diversos
mecanismos fisiopatológicos implicados en esta enfermedad.
Así, se ha descubierto recientemente que en el mecanismo de acción de la
colecistocinina, así como en el de otros péptidos de secreción intestinal como la
bombesina, el péptido liberador de gastrina, la neuromedina y el glucagón,
intervienen tanto el sistema nervioso periférico como receptores cerebrales específicos
del sistema nervioso central. Por otra parte, los efectos de estas sustancias son
modificados de forma directa o indirecta por una amplia variedad de hormonas entre
las que se incluyen la insulina, la hormona del crecimiento, los glucocorticoides y
neurotransmisores (como la adrenalina y la noradrenalina), actuando todos ellos de
manera conjunta sobre el hipotálamo.
El hallazgo de la leptina ha proporcionado una nueva perspectiva al metabolismo
del tejido adiposo, debido a que esta sustancia inhibe en el hipotálamo la liberación
del neuropéptido Y, principal agente inductor del apetito, promueve la activación del
sistema nervioso simpático y desencadena los mecanismos de la termogénesis.
Además de los avances producidos en el conocimiento de estas complejas
interacciones, la investigación actual resalta la importancia de los factores genéticos
en la patogenia de la obesidad, centrándose en la identificación de alteraciones
genéticas asociadas a su desarrollo. Así se ha visto como los genes identificados hasta
el momento, no sólo intervienen en la expresión fenotípica de la obesidad, sino que
también lo hacen en otros aspectos tales como la conducta alimentaria, el balance
energético, la regulación del apetito y la diferenciación de adipocitos, entre otros.
CLASIFICACIÓN DE LA OBESIDAD
Tanto la Organización Mundial de la Salud como la Sociedad Española para el Estudio
de la Obesidad (SEEDO) recomiendan el empleo de datos antropométricos como el
peso, la talla, las circunferencias corporales y los pliegues cutáneos, en la evaluación
de la obesidad.
Peso ideal
Sería aquel en el que, teóricamente, el individuo viviría más años y para su cálculo, el
método más utilizado es la tabla de peso y talla ideal realizada por la Metropolitan Life
Insurance Company a partir de más de cuatro millones de individuos sanos, cuya
fórmula es:
Peso (kg) = 0,75 x [talla (cm) – 150]+ 50
Otra tabla utilizada es la de Broca, en la que el peso ideal se calcula mediante la
fórmula:
Peso (kg) = Talla (cm) – 100
La diferencia entre el peso real del individuo y el peso ideal es el sobrepeso, que
todo tratamiento de la obesidad debiera corregir. De todas formas, hay que tener en
cuenta que en estas tablas el peso ideal es más bajo que el de la población normal,
por lo que utilizando estas tablas, puede considerarse que un paciente tiene
sobrepeso cuando supera en 45 kg el peso ideal o supone el 120% del mismo.
Indice de masa corporal (IMC)
Es el método más empleado en los estudios epidemiológicos y se relaciona de manera
importante con la proporción de grasa corporal medida con otros métodos de
referencia. Viene definido por la siguiente fórmula:
peso (kg)
IMC = ---------------[estatura (m)] 2
En las tablas 35.1 y 35.2 se exponen las clasificaciones de sobrepeso y obesidad,
teniendo en cuenta el IMC, realizadas por la OMS y por la SEEDO en su consenso del
año 2000.
Tabla 35.1. Criterios de la OMS para definir la obesidad en grados según el IMC.
Valores límite del IMC
(kg/m2)
Normopeso
Sobrepeso (obesidad grado I)
Obesidad grado II
Obesidad grado III
Obesidad grado IV
18,5-24,9
25-29,9
30-34,9
35-39,9
≥ 40
Tabla 35.2. Criterios para definir la obesidad en grados según la SEEDO. Fuente: Estudio SEEDO’2000.
Valores límite del IMC
(kg/m2)
Peso insuficiente
Normopeso
Sobrepeso grado I
Sobrepeso grado II (preobesidad)
Obesidad grado I
Obesidad grado II
Obesidad grado III (mórbida)
Obesidad grado III (extrema)
< 18,5
18,5-24,9
25-26,9
27-29,9
30-34,9
35-39,9
40-49,9
≥ 50
Indice cintura/cadera
La valoración de la distribución regional de la grasa puede realizarse midiendo la
relación entre el perímetro de la cintura (a la altura del ombligo, acostado) y el de la
cadera (de pie). La relación debe ser inferior a 1 en el hombre y a 0,8 en la mujer.
Según la distribución regional de la grasa acumulada es posible clasificar la
obesidad en androide y ginecoide. La obesidad androide se caracteriza por la
acumulación de grasa por encima de la cintura, sobre todo en la zona abdominal y es
más frecuente en los varones. Se acompaña de una mayor morbilidad (hipertensión
arterial, enfermedades cardiovasculares, colelitiasis, hiperinsulinismo y diabetes
mellitus) y se asocia de manera especial a una mayor mortalidad. La obesidad
ginecoide, sin embargo, se caracteriza por la acumulación de grasa en la mitad
inferior del cuerpo, especialmente en el bajo vientre, caderas y muslos y no está
asociada a una mayor morbimortalidad.
Por último, otro método para valorar el grado de obesidad está basado en la
medición de los pliegues subcutáneos de grasa mediante un lipocalibrador de presión
constante. El pliegue subcutáneo que mejor se relaciona con la cantidad de grasa
periférica es el medido en el tríceps y comparando los valores obtenidos con los
valores de referencia se puede estimar el grado de exceso de grasa depositada en los
tejidos periféricos.
EPIDEMIOLOGÍA DE LA OBESIDAD
Muchos artículos científicos señalan un incremento en los porcentajes de obesidad
mórbida en los países habitualmente llamados desarrollados, atribuyéndose a una
excesiva ingesta alimenticia así como a una actividad diaria más sedentaria, con
disminución del ejercicio físico.
El estudio SEEDO’2000 nos muestra que un 38,5% de la población adulta
española (entre 25 y 60 años) presenta sobrepeso y un 14,5% obesidad, pudiéndose
ver en la tabla 35.3 su distribución según sexo.
Tabla 35.3. Población adulta española entre 25 y 60 años con exceso de peso. Fuente: Estudio
SEEDO’2000.
Sobrepeso
38,5 %
Obesidad
14,5 %
Total exceso de peso
53 %
Hombres: 45 %
Mujeres: 32 %
Hombres: 13,3 %
Mujeres: 15,7 %
Hombres: 58,3 %
Mujeres: 47,7 %
Al igual que en la mayoría de los países de nuestro entorno, el porcentaje de
obesidad se ha incrementado en los últimos años, ya que en el anterior estudio de la
SEEDO del año 97 era del 13,4% (11,5% en varones y 15,2% en mujeres). Esta
creciente incidencia de la obesidad es debida en gran parte a los cambios producidos
en la dieta, a una vida más sedentaria y a la ingesta de un mayor número de calorías.
Los datos mostrados hasta ahora sitúan a España en una posición intermedia
entre los países del norte de Europa, Francia y Japón, con las proporciones de obesos
más bajas, y los EE.UU. y Canadá, que presentan en la actualidad las mayores
prevalencias. En Estados Unidos, el estudio NHANES III, llevado a cabo en el período
1988-1994, reveló la existencia de un 22,5% de obesos, siendo estas proporciones
mayores entre los individuos de raza negra, los hispanos y las mujeres. En
contraposición a estas cifras, la prevalencia de obesidad en los países en vías de
desarrollo, oscila en líneas generales entre 0 y un 3%.
En el mismo estudio SEEDO’2000 pueden verse los porcentajes de distribución del
IMC entre la población adulta española (tabla 35.4), existiendo un 2% de personas
con un IMC superior a 35.
Tabla 35.4. IMC en la población adulta española. Fuente: Estudio SEEDO’2000.
IMC
Total %
Hombres
< a 20
20-24
25-26
27-29
30-34
35-39
>a 40
4,98
41,52
19,40
19,58
12,43
1,61
0,48
2,49
38,61
23,25
22,31
12,28
0,77
0,30
Mujeres
7,49
44,47
15,51
16,83
12,58
2,46
0,66
Con respecto a la distribución de la obesidad por las diferentes Comunidades
Autónomas (tabla 35.5), los porcentajes más elevados se registraron en Andalucía y
Canarias, mientras que los más bajos fueron los de la Comunidad de Madrid y
Cataluña. Galicia, con un 14,05%, se encuentra en valores intermedios.
Tabla 35.5. Prevalencia de la obesidad por Comunidades Autónomas. Fuente: Estudio SEEDO’2000.
Andalucía
Baleares
Canarias
Cataluña
Galicia
Madrid
País Vasco
Valencia
Total %
Hombres
Mujeres
21,6
12,1
18,2
11,6
14,05
11,8
14,15
16,5
19,9
9,1
14,2
8,9
12
9,3
11,5
15,9
23,3
15,2
22,2
14,3
16,1
14,3
16,8
17,2
Teniendo en cuenta el Padrón Municipal de habitantes de 1998, la población
gallega adulta (entre 25 y 60 años) es de 1.253.127 personas, de las cuales un
49,53% son hombres y un 50,47% mujeres. Considerando una tasa de obesidad (IMC
>30) del 14,05 %, en Galicia habría 176.064 obesos (74.481 hombres y 101.824
mujeres), y utilizando el porcentaje de obesidad mórbida estimado por el estudio
SEEDO’2000, 6.036 (1.862 hombres y 4.174 mujeres) tendrían una obesidad mórbida
(IMC >40). Sin embargo, estos datos probablemente estén magnificados debido a que
en otras Comunidades Autónomas el porcentaje estimado de obesidad mórbida es
más bajo, alrededor del 0,25%, reduciéndose de este modo las cifras de obesidad
mórbida en Galicia a unas 3.132 personas (tabla 35.6).
Tabla 35.6. Prevalencia de la obesidad en Galicia (datos estimados)
Población
IMC > 30
IMC > 40 (0,48%)
IMC > 40 (0,25%)
Total
Hombres
Mujeres
1.253.127
176.064
6.036
3.132
620.674
74.481
1.862
965
632.453
101.824
4.174
2.166
ENFERMEDADES RELACIONADAS CON LA OBESIDAD
La obesidad es un factor de riesgo para muchas enfermedades y aumenta
significativamente la mortalidad sobretodo si se asocia a algún otro factor de riesgo
como tabaquismo, hiperlipemia, hipertensión arterial o diabetes. Así, se ha visto que
la mortalidad de un paciente con obesidad mórbida es 12 veces mayor en
comparación con la población normal, para el grupo de edad de 25 a 34 años, siendo
la mayoría de las muertes de causa cardiovascular. Esta proporción disminuye a
medida que avanza la edad del paciente, de manera que en el grupo de edad de 35 a
44 años el exceso de mortalidad es 6 veces mayor. Las asociaciones clínicas más
importantes de la obesidad están recogidas en la tabla 35.7.
Enfermedades metabólicas.
La prevalencia de la diabetes mellitus en los individuos obesos es 3 veces superior a la
de la población normal, siendo la causa fundamental de su aparición, un incremento
en las necesidades de insulina y una resistencia a su acción en los tejidos diana. Esto
puede determinar fallo pancreático y la aparición de diabetes no insulinodependiente
secundaria a la obesidad que, en la mayoría de los casos, puede controlarse
reduciendo el peso del paciente.
Tabla 35.7. Principales enfermedades relacionadas con el sobrepeso y la obesidad.
Enfermedades metabólicas
Diabetes mellitus tipo 2
Dislipemias: hipertrigliceridemia, aumento del LDL colesterol
y disminución del HDL-colesterol
Hiperuricemia y gota
Enfermedades cardiovasculares
Hipertensión arterial
Cardiopatía isquémica
Insuficiencia cardíaca congestiva
Insuficiencia venosa de extremidades inferiores
Enfermedad tromboembólica
Problemas respiratorios
Insuficiencia respiratoria
Apnea del sueño
Enfermedades digestivas
Hernia de hiato
Colelitiasis
Esteatosis hepática
Cáncer: colon, recto, próstata, ovarios, endometrio, mama, vesícula y vías biliares
Alteraciones osteoarticulares: cadera, rodilla, tobillo y columna
Trastornos psicológicos
La obesidad se asocia también con alteraciones del perfil lipídico (aumento de los
niveles circulantes de triglicéridos y de LDL-colesterol y disminución del HDLcolesterol) que confieren al paciente un alto riesgo de padecer cardiopatía isquémica.
Por último, el paciente obeso presenta habitualmente una producción de ácido úrico
aumentada y un aclaramiento disminuido que van a provocar la aparición de
hiperuricemia, pudiendo desencadenarse episodios de gota.
Enfermedades cardiovasculares
La hipertensión arterial es 2,5 veces más frecuente entre las personas obesas que en
las personas con normopeso, siendo la resistencia a la insulina, el hiperinsulinismo,
la hipertrigliceridemia y la reducción del colesterol HDL que aparecen en estos
pacientes, el posible mecanismo etiopatogénico.
El estudio Framingham ha demostrado que la obesidad es un factor de riesgo para
la cardiopatía isquémica, independientemente de la edad, de los niveles de colesterol,
de la presión arterial, del consumo de tabaco y de la tolerancia a la glucosa. Además,
la obesidad puede producir un aumento del volumen sanguíneo, del volumen
diastólico del ventrículo izquierdo y del gasto cardíaco, responsables a medio plazo de
hipertrofia y dilatación ventricular que puede desembocar en insuficiencia cardiaca
congestiva.
La obesidad está también relacionada estrechamente con una mayor incidencia de
insuficiencia venosa crónica de las extremidades inferiores que va a provocar la
aparición de varices y un riesgo incrementado de padecer enfermedad
tromboembólica.
Problemas respiratorios
La obesidad mórbida se asocia frecuentemente con alteraciones de la ventilación que
pueden conducir a una insuficiencia respiratoria global (síndrome de Pickwick).
También el síndrome de apnea obstructiva del sueño es una manifestación clínica que
puede aparecer en los grandes obesos.
Enfermedades digestivas
El paciente obeso suele presentar un mayor riesgo de padecer hernia de hiato y
colelitiasis, esta última debido a un aumento de la excreción biliar de colesterol y de
la saturación de la bilis. Los trastornos lipídicos son también la causa de una mayor
incidencia del hígado graso en estos pacientes que se suele manifestar por un
aumento de los niveles de transaminasas.
Cáncer
La obesidad aumenta el riesgo de padecer cáncer de colon, recto y próstata en los
varones y de endometrio, mama, vesícula y vías biliares en las mujeres.
Patología osteoarticular
El exceso de peso supone una sobrecarga que acelera los procesos degenerativos
articulares, fundamentalmente a nivel de cadera, rodilla, columna y tobillo.
Problemas psicológicos
La obesidad mórbida se asocia frecuentemente con ansiedad y depresión secundarias
a los trastornos psicológicos y de adaptación al medio que suelen presentar estos
pacientes: problemas de relación interpersonal, rechazo social e incluso
discriminaciones laborales y otras formas de estigmatización social.
CLASIFICACIÓN
ALIMENTARIOS
DE
LOS
PACIENTES
SEGÚN
SUS
HÁBITOS
Es fundamental el reconocer, previamente a la intervención quirúrgica, los hábitos
alimentarios característicos de cada paciente, los cuales se pueden clasificar en los
siguientes:
• grandes comedores: pacientes que ingieren habitualmente grandes cantidades
de comida tradicional.
• comedores de dulces: son aquellos que suelen ingerir alimentos ricos en
hidratos de carbono o con un alto contenido calórico más de tres veces por
semana.
• comedores de “comida rápida”: habitualmente comen con mucha frecuencia
frituras, comidas rápidas, pizzas, alimentos preparados, etc.
• comedores entre comidas: también llamados “picadores”, son aquellos que
ingieren a diario y de forma continua, cantidades valorables de productos
nutritivos (+150 kcal cada vez) entre las comidas principales.
• comedores reiterativos: ingieren comidas del mismo grupo de alimentos, de
forma repetida y constante.
• comedores bulímicos: pacientes con comportamientos bulímicos o bulimia
nerviosa según criterios DSM-IV.
El hábito alimentario del paciente es muy importante a la hora de elegir una
técnica quirúrgica en el tratamiento de la obesidad, pues si se realiza una técnica
restrictiva, como la gastroplastia vertical con banda, a un paciente que ingiere
grandes cantidades de líquidos azucarados o pasteles, es seguro que se obtendrá un
fracaso. Por el contrario, si el paciente ingiere grandes cantidades de comida “típica”,
aunque sea un superobeso mórbido, posiblemente sea suficiente con la gastroplastia,
sin necesitar otro procedimiento más agresivo, como las técnicas restrictivomalabsortivas.
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CAPÍTULO 36
T R A T A M IE N T O D E L A O B E S ID A D
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El tratamiento de la obesidad requiere un abordaje integral del paciente obeso con la
actuación, en muchas ocasiones, de un equipo multidisciplinar formado por el médico
de atención primaria, el endocrinólogo, nutricionistas y psicólogos o psiquiatras, sin
olvidar el importante papel que juega el personal de enfermería. En algunos casos
también puede ser necesaria la colaboración de cirujanos para la realización de algún
tipo de tratamiento agresivo o para reparar los defectos estéticos ocasionados por el
sobrepeso.
Antes de comenzar cualquier tratamiento de la obesidad el paciente debe de
realizar una reflexión previa y una profunda convicción de querer llevarlo a cabo, para
evitar el importante número de fracasos que se producen por la dificultad de cambiar
los hábitos de vida de forma duradera. El tratamiento de la obesidad debe de seguir
un determinado orden, comenzando siempre por la implantación de dieta alimenticia
y ejercicio físico, para posteriormente, introducir otras medidas como la psicoterapia,
la farmacoterapia y la cirugía.
DIETA HIPOCALÓRICA
Las dietas adelgazantes deben aportar una cantidad de calorías inferior a las
necesidades diarias del organismo y, a la vez, una cantidad equilibrada de nutrientes,
debiendo de ajustarse al sexo, edad, actividad laboral, peso inicial y posible patología
asociada (véase capítulo 33). La reducción del aporte calórico debe de realizarse
fundamentalmente a expensas de una disminución del aporte de grasas, de alcohol y
de los azúcares simples y, en las dietas que aportan menos de 1.200 kcal/día, deben
prescribirse suplementos de vitaminas y minerales.
Las dietas muy hipocalóricas (menos de 500 kcal/día) con alta proporción de
proteínas de alta calidad e hidratos de carbono y enriquecidas con vitaminas y
oligoelementos, deben de utilizarse bajo un estricto control médico y por períodos de
tiempo no superiores a 12 semanas. Las contraindicaciones más importantes de este
tipo de dietas son la insuficiencia renal, la diabetes mellitus, la hiperuricemia y las
alteraciones del ritmo cardíaco.
EJERCICIO
La inactividad física es un factor muy importante en la génesis y en el mantenimiento
de la obesidad. El objetivo de un plan de ejercicio físico es que el paciente lo realice
durante un mínimo de 3-4 días a la semana, 30-45 minutos cada vez y al 65-80% de
su frecuencia cardiaca máxima. Esto se debe conseguir de manera progresiva y
escalonada, llegando a la fase final o de mantenimiento en 6-8 meses,
aproximadamente.
El ejercicio más recomendable es el aeróbico (carrera continua, natación, ciclismo,
etc.), que es aquel que moviliza grandes masas musculares durante un tiempo largo y
a una frecuencia cardiaca submáxima, es decir, sin llegar nunca al agotamiento. Es
muy importante que cualquier ejercicio físico vaya siempre acompañado de dieta y
que esté supervisado por un médico, siendo imprescindible un estudio inicial para
descartar patología cardiovascular.
MODIFICACIÓN DEL COMPORTAMIENTO
La terapia de conducta ligada a la dieta puede ser una herramienta útil a largo
plazo y consiste en las siguientes medidas:
• enseñar una serie de conocimientos fundamentales sobre la dieta, el ejercicio
físico y la forma de vida
• adiestrar y estimular al paciente para que registre sistemáticamente todo lo
que ingiere, dónde, con quién, qué sentimientos tiene cuando come y el grado
de hambre o saciedad que presenta
• inducir cambios paulatinos en la forma de comer y en el estilo de vida
(establecimiento de un horario de comidas, comer lentamente, etc.)
• controlar los estímulos individuales y sociales que inducen a comer.
TRATAMIENTO FARMACOLÓGICO
Posiblemente, el fármaco ideal sería aquel que produjera una pérdida de la grasa
corporal sin que se afectasen las proteínas u otros tejidos corporales, que permitiese
al individuo el mantenimiento de la reducción de peso conseguida, que estuviera
exento de riesgos adversos y que careciera de potencial adictivo.
Teniendo en cuenta los mecanismos de actuación, los diferentes fármacos
existentes para el tratamiento de la obesidad se pueden clasificar en los siguientes
grupos:
Fármacos que reducen la ingesta o anorexígenos
Actúan disminuyendo el apetito y se dividen a su vez en los siguientes subgrupos:
adrenérgicos, serotoninérgicos y mixtos.
Agonistas adrenérgicos centrales
El primer fármaco adrenérgico utilizado fue la anfetamina (Centramina®) y
posteriormente
sus
derivados:
dietilpropión
(Delgamer®),
fentermina
(no
comercializada en España), fenilpropanolamina (contenida en productos antigripales)
y fenproporex (Tegisec® y Antiobes Retard®). Su mecanismo de acción es a través de la
liberación de noradrenalina y dopamina en las terminaciones sinápticas del sistema
nervioso central (SNC) y su uso es muy limitado debido a los efectos secundarios y a
la baja efectividad a largo plazo que presentan.
Agonistas serotoninérgicos centrales
Dentro de esta categoría podemos distinguir dos grupos. El primero de ellos estaría
constituido por la fenfluramina (Ponderal®) y la dexfenfluramina (Dipondal®): ambos
retirados del mercado en 1.997 por su asociación con hipertensión pulmonar y
patología valvular cardíaca. Su mecanismo de acción consiste en aumentar la
liberación de serotonina, actuando como agonista de los receptores 5-HT2c.
El segundo grupo corresponde a los antidepresivos inhibidores selectivos de la
recaptación de serotonina (ISRS): este grupo está formado por tres fármacos,
fluoxetina, paroxetina y sertralina, si bien el primero es el más representativo. Actúan
como antidepresivos que al inhibir selectivamente la recaptación de serotonina, tienen
cierto efecto anorexígeno. Estarían indicados para el tratamiento de una posible
depresión asociada a la obesidad, para la bulimia nerviosa y en los trastornos
obsesivo-compulsivos.
Agonistas adrenérgicos y serotoninérgicos centrales
Dado que tanto los fármacos noradrenérgicos como los serotoninérgicos tienen acción
sobre el apetito, en algunos países se asociaron ambos tipos de fármacos aunque a
menores dosis, observándose una mayor incidencia de efectos secundarios, motivo
por el que estas asociaciones fueron retiradas del mercado.
Otra posible alternativa es la utilización de fármacos capaces de estimular ambos
sistemas. Este es el caso de la sibutramina, un fármaco que aún no está
comercializado en España, investigado originariamente como antidepresivo inhibidor
de la recaptación de serotonina y noradrenalina. No fue eficaz en esa indicación pero
se vio que los pacientes tratados perdían peso, reorientándose su utilidad como
fármaco antiobesidad.
Fármacos termogénicos
La termogénesis es la producción de calor corporal, y es una vía para aumentar el
gasto energético y facilitar la pérdida de peso. Este proceso puede estar mediado por
vía central a través del sistema nervioso simpático o por vía periférica a través de
receptores específicos agonistas β3.
Combinación de efedrina y cafeína
La efedrina aumenta la liberación de noradrenalina, la cual posee efectos no sólo
termogénicos sino también anorexígenos, y la cafeína disminuye la degradación de la
noradrenalina en la unión sináptica, actuando de forma sinérgica con la efedrina.
Agonistas β3
Los receptores β3 se localizan en la grasa y en los adipocitos del tracto gastrointestinal
y poseen una gran variedad de funciones metabólicas que incluyen lipolisis,
termogénesis y funciones metabólicas y de motilidad del tracto gastrointestinal. Los
agonistas β3 son fármacos que están en fase de investigación y que actúan
estimulando dichos receptores.
Fármacos que interfieren con la absorción de los nutrientes
Acarbosa
Es un inhibidor de la α-glucosidasa intestinal, que es el enzima que hidroliza los
hidratos de carbono en azúcares sencillos. Su mecanismo de actuación es un
enlentecimiento de la absorción de glúcidos a nivel intestinal, si bien los estudios de
eficacia no han demostrado una reducción significativa de peso.
Orlistat
Es un derivado de la lipstatina, que es una sustancia producida por el Streptomyces
toxitricini. Se une selectivamente al lugar activo de las lipasas gastrointestinales
(gástrica, pancreática y carboxiléster) sin actuar sobre las demás enzimas digestivas
(amilasa, tripsina, quimotripsina y fosfolipasas), por lo que impide la hidrólisis y
absorción de las grasas sin interferir en la de los hidratos de carbono, proteínas y
fosfolípidos. En España se ha comercializado con el nombre de Xenical® y no está
subvencionado por el sistema sanitario.
Fibra
Se encuentra de forma natural en los alimentos vegetales, y algunos de los
preparados farmacéuticos más utilizados son el Fibraguar® (goma guar), Fibra Leo®
(salvado de trigo, pectina) y Metamucil® (Psyllium). A la fibra se le han atribuido
propiedades beneficiosas para la obesidad debido al retraso del vaciamiento gástrico
que contribuye a un aumento de la saciedad así como la interferencia en la absorción
de glucosa y colesterol a nivel intestinal. Además, la fibra insoluble aumenta el bolo
fecal y mejora el estreñimiento, siendo de utilidad cuando se consume una dieta baja
en calorías.
TRATAMIENTO QUIRÚRGICO
El tratamiento quirúrgico de la obesidad es denominado frecuentemente como cirugía
bariátrica, término que procede del griego baros (peso) y de iatrein (tratamiento). La
primera operación utilizada para el tratamiento de la obesidad mórbida fue la
resección intestinal extensa, abandonada por su morbilidad e irreversibilidad.
Posteriormente comenzó a realizarse la derivación yeyunoileal, practicada por primera
vez en 1960 y arquetipo de los procedimientos malabsortivos, que consiste en
seccionar el yeyuno proximal y anastomosarlo al íleon terminal, dejando como asa
ciega prácticamente todo el intestino delgado. Como consecuencia de la malabsorción
se produce una importante reducción de peso de los pacientes aunque asociada a una
alta frecuencia de complicaciones, algunas de ellas graves, motivo por el que no se
recomienda su uso, habiéndose abandonado en la actualidad. Otras alternativas
utilizadas, como la oclusión bucal y la burbuja o balón intragástrico han quedado en
desuso por sus complicaciones y malos resultados.
Podríamos considerar que una determinada técnica quirúrgica es adecuada
cuando:
• es segura, es decir, tiene bajo riesgo, con una mortalidad operatoria inferior al
1% y un riesgo de complicaciones inferior al 10%.
• es efectiva, con una pérdida de peso superior al 50% en el 75% de los
pacientes incluidos en el programa y que ésta se mantenga más allá de 5 años.
• es reproducible por distintos profesionales y con resultados similares.
• tiene un índice de reoperaciones anuales inferior al 2%.
• proporciona una buena calidad de vida y de ingesta y con pocos efectos
secundarios (nauseas, vómitos, diarreas, anemia, etc.).
En la actualidad se considera que el tratamiento quirúrgico es el único efectivo en
el tratamiento de la obesidad mórbida. Las diferentes modalidades quirúrgicas
utilizadas actualmente se pueden clasificar en procedimientos restrictivos,
malabsortivos o una combinación de ambos.
Procedimientos restrictivos
Gastroplastia vertical con banda o con anillo
Es una técnica restrictiva que reduce la capacidad gástrica mediante la creación, por
medio de grapas, de un pequeño reservorio vertical paralelo al ángulo de Hiss y de
unos 30-50 ml de volumen. El paso del alimento al resto del estómago se realiza
lentamente a través de un orificio de unos 10 mm de salida que está rodeado por una
banda de unos 5 cm de circunferencia externa, ocasionando sensación de saciedad
con muy pequeñas cantidades de comida. Esta técnica tiene diversas variantes en lo
relativo al sistema que mantiene la estenosis gástrica y al grado de separación de la
línea de grapas con respecto al resto del estómago. Es una técnica interesante debido
a que preserva la continuidad gastroduodenal y evita la pérdida de micronutrientes,
aunque tiende a fallar en los pacientes “comedores de dulces” que teniendo que
reducir su ingesta, se adaptan comiendo frecuentemente alimentos líquidos altos en
azúcar.
Banda gástrica ajustable
Fue introducida por Kuzmac y consiste en una bandeleta gástrica hinchable de
silicona que se coloca en torno al fondo gástrico, creando una estrechez en forma de
reloj de arena en ese lugar. Es una técnica muy utilizada debido a su sencillez y al
igual que con la gastroplastia vertical con banda, se mantiene la digestión y la
absorción de los alimentos de una forma fisiológica y normal. En la actualidad, en
Europa están comercializadas dos tipos de bandas ajustables, la Lap-Band y la
banda ajustable sueca (swedish adjustable gastric band).
Esta técnica se realiza también desde hace unos años por vía laparoscópica. En
primer lugar se realiza un neumoperitoneo, introduciéndose a continuación los
trócares y procediéndose a colocar la banda ajustable en la parte superior del
estómago, que tras tensarla, crea una estrecha conexión entre el pequeño estómago
superior y el inferior. La banda gástrica ajustable suele estar recubierta con silicona y
tiene incorporado un tubo inflable con un dispositivo alojado en el músculo recto
anterior del abdomen que, mediante su manipulado, permite al cirujano alterar el
diámetro del estoma. Habitualmente, la banda no se hincha hasta pasadas cuatro
semanas desde la cirugía para permitir su anclaje mediante la formación de tejido
fibroso alrededor. Si el paciente no pierde peso, se puede inyectar suero salino en el
dispositivo alojado en el músculo recto, de manera que cerrando la banda, se cierra
más la conexión entre las dos secciones del estómago. Por el contrario, si el paciente
pierde peso muy rápidamente, se puede abrir o relajar la banda retirando un poco de
suero salino, de manera que se abra el estoma.
Habitualmente esta técnica se considera contraindicada en aquellos pacientes con
reflujo gastroesofágico previo a la intervención, fundamentalmente si ingieren
antiinflamatorios no esteroideos u otros fármacos irritantes de la mucosa gástrica de
forma periódica.
Procedimientos que combinan restricción con derivación
La derivación yeyunogástrica o bypass gástrico en Y de Roux es la técnica más
popular y posiblemente la más utilizada en EE.UU., considerándose, junto a la
gastroplastia vertical con banda, el tratamiento quirúrgico de referencia con el que
comparar las otras técnicas. Fue creada hace aproximadamente unos 20 años como
reemplazo de la derivación yeyunoileal, comenzándose en 1993 a realizarse también
por vía laparoscópica.
La técnica consiste en la realización de una plastia con sutura mecánica, creando
un reservorio de unos 30 ml en el fondo gástrico que se anastomosa a un asa no
funcional en Y de Roux, con una boca de salida de unos 10 mm de diámetro. Esta
alternativa busca dejar un segmento intestinal de unos 50-60 cm (aunque otras
variantes utilizan segmentos largos de 120 a 150 cm) separado del flujo
biliopancreático, creando así una malabsorción parcial de lípidos, lo que contribuiría
a un mejor resultado. Mientras más larga sea el asa, mayor será la malabsorción, por
cuanto la mezcla entre la comida, la bilis y el jugo pancreático se produce más
distante en el intestino. En alrededor del 20% de pacientes, la sola ingestión de
carbohidratos puede hacer aparecer el síndrome de evacuación gástrica rápida o
síndrome de dumping, que se produce cuando los alimentos entran rápidamente en el
intestino delgado. Se manifiesta por rubefacción facial, palpitaciones, sudoración y
diarrea, funcionando en cierta manera como mecanismo de control del
comportamiento alimentario.
Existen diferente variantes de esta técnica, como la de Salmon en la que se
combina la derivación yeyunogástrica con la gastroplastia vertical con banda y la de
MacLean en la que se separa un pequeño reservorio gástrico del resto del estómago y
se une de forma retrocólica con un asa en Y de Roux de 40 cm, con una anastomosis
de 100 a 150 cm. Otras variantes más recientes son las de Fobi y la de Capella.
Procedimientos mixtos o restrictivos-malabsortivos
La derivación biliopancreática o técnica de Scopinaro es una técnica desarrollada en
1979 que combina una resección gástrica con un asa en Y de Roux, dejando como
longitud efectiva de digestión y absorción sólo los 50 cm finales de intestino. Su
irreversibilidad, el riesgo de la resección gástrica y sus consecuencias funcionales y
metabólicas (déficit proteico-calórico, gran número de alteraciones del metabolismo
del calcio, hierro y vitaminas liposolubles), hicieron que no fuese reconocida hasta
1991 como una técnica válida de cirugía bariátrica a pesar de que presenta buenos
resultados en términos de reducción de peso. En años posteriores, Scopinaro realizó
una variante de su propia técnica, adaptando el volumen gástrico al exceso de peso
inicial de los pacientes (ad hoc stomach) y aumentando el asa alimentaria intestinal.
La variante de Scopinaro o de cruce duodenal, es una variante de la técnica
anterior en la que se sustituye la gastrectomía distal por una tubular en la que se
preserva el antro pilórico y un corto segmento duodenal, aumentándose también la
longitud efectiva intestinal a un metro. Su ventaja es que se mantiene el píloro de tal
forma que la ingesta y la digestión es más fisiológica, evitándose la evacuación
gástrica rápida o síndrome de dumping. La pérdida de peso obtenida es importante,
manteniéndose a largo plazo y con menores complicaciones que la anterior, si bien los
pacientes deben de realizar un seguimiento médico estricto durante toda la vida.
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CAPÍTULO 37
E L S ÍN D R O M E M E T A B Ó L IC O
1
-"
Con frecuencia se asocian en una misma persona diversos factores que incrementan
de forma significativa el desarrollo de enfermedad vascular arterioesclerótica,
principal causa de morbi-mortalidad en las sociedades occidentales. Este hecho
sugirió la existencia de un síndrome metabólico en el que se asocian resistencia a la
insulina con o sin diabetes mellitus tipo 2, dislipemia, hipertensión arterial, obesidad
abdominal, disfunción endotelial e inflamación vascular. Otros nombres empleados
para definir esta asociación han sido, a lo largo de la historia: síndrome X, síndrome
de resistencia a la insulina, cuarteto de la muerte o síndrome obesidad-dislipidemia.
Como elemento desencadenante de este síndrome se señala a la resistencia a la
acción de la insulina en sus tejidos diana y al hiperinsulinismo que resulta de ésta.
Por este motivo los términos síndrome metabólico y síndrome de resistencia a la
insulina son utilizados con frecuencia como sinónimos.
DEFINICIÓN
Las guías del 2001 National Cholesterol Education Program (Adult Treatment Panel III)
define la existencia de síndrome metabólico cuando están presentes tres de las
siguientes condiciones:
• obesidad abdominal: circunferencia de cintura >102 cm en varones y >88 cm
en mujeres
• triglicérido séricos ≥150 mg/dl
• colesterol HDL<40 mg/dl en varones o <50 mg/dl en mujeres.
• tensión arterial ≥130/85 mmHg
• glucemia basal ≥110 mg/dl aunque posteriormente se ha reducido esta cifra a
≥100 mg/dl por recomendación de la Asociación Americana de Diabetes.
La Organización Mundial de la Salud propone otra definición en la que requiere la
presencia de hiperinsulinemia, glucemia basal ≥110 mg/dl o glucemia a las dos
horas de una sobrecarga oral de glucosa ≥200 mg/dl y al menos dos de las siguientes:
• obesidad abdominal (Indice cintura cadera >0.9 o circunferencia de cintura
≥94 cm)
• dislipemia (triglicéridos ≥150 mg/dl o colesterol HDL <35 mg/dl)
• tensión arterial ≥140/90 mmHg o tratamiento farmacológico.
El grupo europeo para el estudio de la resistencia a la insulina (EGIR) exige la
presencia de resistencia a la insulina o hiperinsulinemia en ayunas (>percentil 75) y
la presencia de al menos 2 de las siguientes condiciones:
• glucemia en ayunas ≥110 mg/dl
• tensión arterial ≥140/90 mmHg o tratamiento farmacológico.
• dislipemia ( triglicéridos ≥180 mg/dl o colesterol HDL <40 mg/dl)
• obesidad abdominal (índice cintura cadera >0.94 en varones o 0.8 en mujeres
o índice de masa corporal ≥30 kg/m2)
El principal problema que presentan estas definiciones es la dificultad que
entraña el estudio de la insulinorresistencia. Los métodos de estudio se basan en la
evaluación de datos de glucemia e insulina obtenidos de forma basal o bien tras
estímulo oral o endovenoso. Los métodos más fiables son muy complejos y aplicables
sólo a estudios en pocos individuos y con fines experimentales (clamp euglucémico
hiperinsulinémico o modelo mínimo por ejemplo) y los métodos más sencillos son
menos exactos pero se pueden aplicar a mayor número de individuos y ser utilizados
en estudios epidemiológicos, por ejemplo la insulinemia basal o el modelo
homeostático HOMA:
Insulina basal (µU/mL) x glucemia basal (mmol/L)
HOMA IR = -------------------------------------------------------------------22.5
Desde el punto de vista clínico se pueden emplear los siguientes criterios prácticos
de sospecha:
• obesidad: IMC ≥29.9 kg/m2
• obesidad abdominal (circunferencia de cintura >102 cm en varones y >88 cm
en mujeres)
• intolerancia a la glucosa, glucemia anormal en ayunas o diabetes mellitus tipo
2.
• antecedentes familiares de diabetes tipo 2
• antecedentes personales de diabetes gestacional
• triglicéridos ≥150 mg/dl
• hipertensión arterial.
El síndrome metabólico se ha asociado además a un estado proinflamatorio y
protrombótico con niveles elevados de proteína C reactiva, interleukina 6 (IL-6) e
inhibidor del activador del plasminógeno (PAI-1) que a su vez se asocian con un
aumento del riesgo de diabetes y de enfermedad cardiovascular. Por el momento el
manejo del síndrome metabólico no exige la determinación de estos parámetros
aunque su empleo parece altamente recomendable.
La incidencia cada vez más evidente del síndrome metabólico en niños y
adolescentes ha hecho replantear unos criterios diagnósticos aplicables a estas
edades basados fundamentalmente en percentiles para cada edad, por ejemplo,
triglicéridos o tensión arterial >P95, colesterol HDL <P5 e intolerancia a la glucosa.
PREVALENCIA Y FACTORES DE RIESGO
La prevalencia del síndrome metabólico va a depender mucho de los criterios
empleados para su definición y de la población estudiada. Lo que parece cada vez más
evidente es que junto con la diabetes mellitus tipo 2 y la obesidad su incidencia se
está incrementando de forma dramática y en las próximas décadas alcanzará
proporciones epidémicas.
La incidencia de síndrome metabólico está en relación con la edad, la raza, el
sobrepeso, el tabaquismo, la dieta rica en carbohidratos, la inactividad física, la
menopausia, el no consumo de alcohol y factores genéticos.
El síndrome metabólico es un factor de riesgo muy importante en el desarrollo
posterior de diabetes mellitus tipo 2 y enfermedad cardiovascular arterioesclerótica.
También se ha asociado con otras enfermedades como la esteatosis hepática,
nefropatía con microalbuminuria, el ovario poliquístico o la apnea de sueño.
PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO
Se han publicado diferentes trabajos en los que se demuestra la posibilidad de
prevenir el desarrollo de la diabetes mellitus tipo 2 bien con estrategias basadas en un
cambio de estilo de vida (dieta y ejercicio) o con fármacos (metformina o acarbosa
fundamentalmente). De todas ellas la estrategia más eficaz es la actuación sobre la
dieta y la actividad física disminuyendo la ingesta de grasas e hidratos de carbono de
acción rápida así como incrementando el consumo de cereales, frutas y verduras. La
actividad física regular no sólo actúa favoreciendo la pérdida de peso sino que resulta
más eficaz en la pérdida de grasa abdominal sin necesidad de realizar ejercicio
extenuante. Son suficientes 30 minutos diarios de paseo moderadamente intenso.
La reducción del riesgo cardiovascular pasa por un control estricto de todos
aquellos factores implicados como son el tratamiento intensivo de la hipertensión
arterial (TA <130/85; 130/80 en diabéticos), la dislipidemia (colesterol LDL <80-100
mg/dl), la diabetes mellitus y el empleo de tratamiento antiagregante, al menos en
pacientes con enfermedad cardiovascular y el abandono del hábito tabáquico. En la
elección del fármaco más adecuado para el tratamiento de la diabetes en estos
pacientes, hay que tener en cuenta que tanto la metformina como las
thiazolidinedionas además de su efecto hipoglucemiante presentan acciones
específicas frente a la resistencia a la insulina en sus órganos diana que mejoran
otros aspectos del síndrome metabólico. En personas con síndrome metabólico sin
diabetes se recomienda tratar los estados de prediabetes como la glucemia basal
alterada o la intolerancia a la glucosa, en principio con un programa de dieta y
ejercicio pero pueden ser candidatos a tratamiento con metformina o acarbosa.
El síndrome metabólico supone, en definitiva, una "amenaza fantasma" que se
desarrolla de forma larvada y progresiva determinando un importante compromiso
cardiovascular en la persona afecta. La alta prevalencia actual de las patologías que
se asocian en él y las inquietantes perspectivas futuras sobre su evolución en forma
epidémica justifican la necesidad de un esfuerzo mayor en su estudio, diagnóstico,
prevención y tratamiento.
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PARTE VIII
DIABETES
CAPÍTULO 38
D IA B E T E S M E L L IT U S : C O N C E P T O S
B Á S IC O S
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Antes del año 1921, cuando se descubrió la insulina, el diagnóstico de diabetes
mellitus (DM) equivalía a una condena a muerte debido a que no había ningún
tratamiento médico que fuese capaz de evitar la aparición de un cuadro grave de
malnutrición que terminaba con la vida del paciente. Lo único que los médicos habían
logrado descubrir intuitivamente hasta ese momento, es que si se reducía mucho la
dieta se le lograba prolongar la vida. Pero, en definitiva, lo que se ganaba era algunos
meses en una evolución que era inexorablemente fatal.
Patogenia de la DM
La diabetes es un déficit absoluto o relativo de insulina producida por las células β del
páncreas. El concepto absoluto relativo resulta de importancia puesto que existen
varios tipos de diabetes, aunque básicamente el 90% de la población enferma se puede
dividir en dos grupos: DM tipo 1 y DM tipo 2. En la DM tipo 1 hay un déficit absoluto
de insulina (el páncreas apenas produce insulina), mientras que en la tipo 2 el
páncreas sigue siendo capaz de producir insulina pero no la suficiente para las
necesidades del organismo.
En condiciones normales, la insulina producida por el páncreas va a actuar sobre
diferentes tejidos (principalmente músculo, hígado, tejido adiposo) activando los
transportadores de glucosa. Cuando la insulina se une a sus receptores los
transportadores de glucosa (que están en el citoplasma) se movilizan a la membrana
plasmática y las células son capaces de incorporar glucosa desde el exterior. En
ausencia de insulina, las células son incapaces de movilizar los transportadores de
glucosa y, en consecuencia, son incapaces de captar la glucosa circulante.
Por tanto, en la diabetes nos vamos a encontrar con una situación muy curiosa:
circulan cantidades muy elevadas de glucosa en la sangre, pero las células no son
capaces de captarla, con lo que se va a producir un aumento de los niveles circulantes
de glucosa (hiperglucemia). Cuando la hiperglucemia es lo suficientemente elevada
como para a forzar el dintel renal, se produce la pérdida de glucosa con la orina
(glucosuria). Debido a que la glucosa tiene una gran fuerza osmótica, la presencia de
elevadas concentraciones de glucosa en la orina produce un aumento de la diurésis
(diuresis osmótica) responsable de la aparición de poliuria. La eliminación de grandes
cantidades de orina con alto contenido en glucosa es un signo clave en la DM y, de
hecho, antes de existir determinaciones bioquímicas de la glucosa, el diagnóstico de
DM se establecía simplemente probando la orina para detectar la presencia de glucosa
(sabor dulce). Al eliminar mucha orina (y por lo tanto mucho agua) se va a producir
sed y aumento de la ingesta de líquido (polidipsia). Si el déficit de insulina es severo, la
gran pérdida de glucosa que se produce por la orina va a producir pérdida de peso que
puede llegar a desembocar en un cuadro de malnutrición que, como vimos
anteriormente, puede llegar a matar al paciente si no se instaura un tratamiento
adecuado. Además, al no poder captar las células la glucosa se va a dificultar la
generación de ATP, por lo que se produce un cuadro de astenia acompañado de
aumento del apetito (polifagia) y adelgazamiento, debido a que el tejido adiposo no
puede utilizar glucosa para sintetizar lipidos (figura 38.1). Este cuadro sería el típico
de la diabetes mellitus tipo 1, la que se produce cuando no existe insulina. Sin
embargo, en la DM tipo 2 la astenia, el adelgazamiento y la polifagia muchas veces
están ausentes porque los niveles de insulina existentes son suficientes.
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N4
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1. 9 &
-+
1.
1. B
Figura 38.1. Patogenia de la DM
Comparado con un paciente no diabético, los pacientes con los pacientes con DM
tipo 2 presentan, antes de que se manifieste la enfermedad, nivles de insulina
superiores a los de las personas sanas. La base de la DM tipo 2 es que los receptores
de insulina no funcionan bien, es decir, hay una resistencia a la acción de la insulina.
Al no haber respuesta a la insulina, el páncreas produce más insulina, generándose
una situación de sobrestimulación. En aquellas personas en las que por
condicionamientos genéticos su páncreas endocrino es más débil las células β
comienzan a fracasar y, en un momento determinado, este fracaso va a determinar
que disminuya la producción de insulina. La combinación de menor secreción de
insulina con la resistencia a la insulina hace que se manifieste el cuadro de DM. La
principal situación que hace que se manifieste la resistencia periferica a la insulina es
la obesidad (es decir, la obesidad es la causa más importante de DM tipo 2). Dado que
en la actualidad existe una epidemia mundial de obesidad dentro de unos años se
producirá una epidemia de DM tipo 2.
Por el contrario, en el caso de la DM tipo 1, el proceso se origina por una agresión
autoinmune del páncreas en la que las células β son inicialmente atacadas por
anticuerpos específicos, seguido de un ataque mediado por células T, que van a
ocasionar su destrucción. En este caso lo que produce es un déficit absoluto de
insulina (sin que exista un exceso previo), y sin que exista ningún problema con los
receptores. Lo que pasa es disminuye progresivamente el número de células β hasta
que queda una minima cantidad residual incapaz de mantener los niveles de insulina
necesarios.
Epidemiología de la DM
Se calcula que existen unos 120 millones de personas afectadas en el mundo (lo que
supone, aproximadamente, un 5% de la población), aunque probablemente las cifras
son mucho más altas debido a que no hay datos fiables de numerosos países dentro
de los que se incluyen algunos muy poblados como la China o la India. El tipo 2 es
más común que el tipo 1 y su incidencia aumenta a un mayor ritmo. No hay
diferencias en la incidencia entre hombres mujeres.
En España la DM afecta al 4-5% de la población, si bien existen 1,8 millones de
diabéticos potenciales ya que la mitad de los diabéticos tipo 2 no están
diagnosticados. Cada año se producen 200-800 nuevos casos/100000 habitantes de
tipo DM 2. La obesidad y la edad son fundamentales para el desarrollo de este tipo de
diabetes. El sobrepeso y la falta de ejercicio físico pueden ser relativamente bien
tolerados cuando el sujeto es joven, pero a medida que envejece su tolerancia
disminuye, aumentando el riesgo de desarrollar una diabetes tipo 2. Por lo tanto es
fundamental poner en marcha medidas para combatir el exceso de peso y la falta de
ejercicio cuando los sujetos son todavía jóvenes.
En la DM tipo 1 la incidencia es menor y presenta una importante variabilidad
geográfica. En algunos países, como en el caso de Finlandia, cada año se producen es
40 casos/100.000 habitantes, mientras que en Japón tan solo se registra 1 nuevo
caso por cada 100000 habitantes al año. España se sitúa en una posición intermedia
con 10,6-10,9 casos/100.000 habitantes al caño. La causa de esta gran variabilidad
no se conoce, aunque parece que existe un gradiente de incidencia norte-sur. Sin
embargo, llaman también la atención algunos casos como el de Cerdeña que tiene un
nivel de incidencia similar a la de Escandinavia. Pero incluso, analizando con detalle
los datos de Cerdeña, vemos que dentro de la isla hay zonas con muy alta incidencia y
otras con una incidencia muy baja. Todavía no sabemos qué provoca la agresión
autoinmune en la DM tipo 1, pero lo que sí se sabe es que las apariciones de DM están
muy asociadas con el invierno y más concretamente con periodos gripales, por lo que
se supone que existe una infección viral que provoca la agresión autoinmune.
Tabla 38.1. Incidencia de la DM tipo 1
País
Finlandia
Noruega
Reino Unido
Polonia
Francia
España
Italia
Cerdeña
Grecia
Turquia
Japón
casos/100.000
habitantes/año
40
21
27
6
8
11
8
30
7
6
1
La mortalidad de los pacientes con DM duplica a la de los sujetos no diabéticos.
También se duplica o triplica el riesgo de sufrir un ACV. La DM es la segunda causa
de fracaso renal terminal y el 30% de los diabéticos termina en diálisis o sometido a
trasplante. La DM es también la causa número 1 de ceguera en el mundo
industrializado, y la primera causa de amputaciones no traumáticas de miembros. Por
todo ello, es fácil entender que la carga económica de la DM sobre el sistema sanitario
es brutal. En la actualidad, un 5% del gasto sanitario en utilizado tratamientos
relacionados con la DM (lo que supuso, en España un gasto de unos 51700 millones
en el año 2002), por lo que estamos ante una patología que puede llegar a ser capaz de
desequilibrar los sistemas sanitarios de países desarrollados. Además, como la
esperanza de vida aumenta en estos países, aumenta también la probabilidad de
desarrollar DM tipo 2. En países con un menor grado de desarrollo, en los que la
cobertura sanitaria no alcanza a una gran parte de la población, la DM produce un
importante número de muertes en personas que no pueden afrontar el coste del
tratamiento.
Complicaciones de la DM
Las complicaciones crónicas de la DM se dividen en tres grandes categorías (véase
capítulo 42) microangiopatía, macroangiopatía y neuropatía.
La microangiopatía es la principal responsable de las alteraciones oculares y
renales que se producen en la DM. La retinopatía diabética se caracteriza por la
aparición de exudados y hemorragias. La lesión puede llegar a afectar a todo el árbol
retiniano y, con el tiempo, provoca una falta de oxigenación de los tejidos retinianos
que produce un aumento de la liberación de factores de crecimiento que estimulan la
proliferación vascular. Esta proliferación vascular es desordenada, los vasos
neoformados crecen hacia el vítreo, traccionando de la retina, lo que provoca mayores
hemorragias y desprendimientos de retina que pueden causar ceguera.
El tratamiento de la retinopatía diabética se realiza mediante fotocoagulación con
láser. Aunque no se conoce la base de su funcionamiento, la eficacia de la
fotocoagulación se demostró en estudios en los que se coagulaba únicamente un ojo,
pudiéndose comprobar que mostraba una mayor resistencia al desarrollo de la
retinopatía. Se cree que lo que ocurre es que si se destruye parte de la retina
disminuye la reacción hipóxica y, por lo tanto, la producción de factores de
crecimiento. La microangioptaía es también la responsable de la aparición de la
nefropatía diabética, con sus graves consecuencias: fracaso renal, diálisis, trasplante
renal, y contribuye al desarrollo de la neuropatía por afectación de los vasa nervorum.
La neuropatía diabética produce alteraciones de la sensibilidad y parálisis
musculares que muchas veces se resuelve espontáneamente en poco tiempo. La
pérdida de sensibilidad cutánea (junto con las alteraciones macrovasculares y
microvasculares) es la responsable de la aparición del denominado mal perforante
plantar. Los pacientes pierden la sensibilidad al roce de los zapatos lo que provoca
úlceras que se infectan y son una de las causas del elevado índice de amputaciones en
los pacientes diabéticos. Además, la pérdida de circulación por los problemas
circulatorios dificulta la regeneración de los tejidos lesionados. El mal perforante se
produce en las zonas de apoyo.
Tratamiento de la DM
La historia de la dm cambió radicalmente con el descubrimiento de la insulina por
Banting y Best. Hasta ese momento se conocía ya la existencia de alguna sustancia en
el páncreas que estaba relacionada con la aparición de diabetes, ya que cuando se
extirpaba el páncreas a animales de experimentación (perros) estos desarrollaban
diabetes. Banting y Best obtuvieron extractos pancreáticos de perros y con algo de
fortuna (porque era difícil evitar que, con su método de extracción las enzimas
pancreáticas degradara la insulina) encontraron que tras la administración de dichos
extractos en perros diabéticos, se producía una disminución de los niveles de glucosa
circulante. Posteriormente se comprobó que la hormona capaz de producir el citado
efecto procedía de los islotes (ínsulas) pancreáticos por lo que se denominó insulina.
Banting fue galardonado con el premio Nobel por este descubrimiento (posteriormente
compartiría dicho premio con Best). Tras el descubrimiento de la insulina, diversas
empresas farmacéuticas comenzaron a purificar insulina para uso humano
(inicialmente de páncreas de cerdo sobre todo). En un tiempo record (2-3 años) estas
preparaciones comerciales estuvieron ya disponibles, con lo que el pronóstico de los
pacientes diabéticos cambió radicalmente
Hoy en día ya no se usa insulina extractiva en España. Toda la insulina que se
utiliza es generada por ingeniería genética, generalmente en bacterias. De hecho, ya
no se produce en bacterias insulina humana sino que hemos pasado a la producción
de análogos de insulina que funcionan unos de una forma más retardada que la
insulina natural y otros de una forma más aguda. En definitiva, aunque resulta
enormemente difícil, se trata de imitar, inyectando insulina a un paciente, los picos de
insulina que, de forma natural, se producen tras las comidas. En el caso de la
insulina retardada, la insulina circulante aumenta tras la inyección, se mantiene
activa durante 8-10 horas y después desaparece. Si administramos una segunda
inyección ocurre lo mismo, con lo que con dos inyecciones al día podríamos tratar al
paciente. Sin embargo, con este tratamiento no conseguimos reproducir lo que hace el
páncreas, que libera insulina en respuesta a las necesidades del organismo, y deja de
liberarla cuando ya no se necesita. Es decir, con este tipo de tratamiento conseguimos
mejorar notablemente la situación del paciente, pero sigue existiendo un desfase entre
lo que el paciente necesita y lo que le aportamos: habrá momentos en los que la
insulina inyectada no sea suficiente para las necesidades del organismo, y momentos
en lo que ocurre lo contrario, administramos más insulina de la que se necesita. Con
todo, mediante la combinación de diversos tipos de insulina y diferentes pautas de
tratamiento hemos logrado mejorar la supervivencia de los pacientes diabéticos que,
además, hacen una vida prácticamente normal. Sin embargo no hemos conseguido
evitar las complicaciones que aparecen al cabo de los 20-30 años aun en los
pacientes mejor tratados. Lo único que podemos consegur en pacientes bien
controlados es retrasar la aparición de complicaciones, pero no evitarlas (véase
capítulo 42). En el estudio DCCT (realizado en los EE.UU.) se comparó a lo largo de 9
años a pacientes con DM tipo 1 sometidos a un tratamiento convencional (2
inyecciones al día) y a un tratamiento intensivo. Los pacientes bien controlados,
sometidos a un tratamiento intensivo, la nefropatía diabética, la retinopatía diabética
y la mortalidad cardiovascular y cerebrovascular o no aparecían o se retrasaban
notablemente. Además con la pauta intensiva los niveles de Hb glucosilada descienden
más que con el tratamiento convencional, acercándose a los valores medidos en
sujetos sanos. Resultados similares se obtuvieron posteriormente al comparar en
Inglaterra ambos tipos de tratamiento en sujetos con DM tipo 2.
BIBLIOGRAFÍA
Brownlee M 2001 Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature. 414:813.
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Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, Polonsky KS 2002 Williams Textbook of Endocrinology (10th ed.)
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Jane EB, Reusch J 2003 Diabetes, microvascular complications, and cardiovascular complications: what is
it about glucose? Clin Invest 112:986.
Shah S, Malone J, Simpson N 1989 A randomized trial of intensive insulin therapy in newly diagnosed
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Sheetz MJ, King GL 2002 Molecular understanding of hyperglycemia’s adverse effects for diabetic
complications. JAMA 288:2579.
RECURSOS DE INTERNET
www.atlasdiabetes.com
CAPÍTULO 39
FISIOPATOLOGÍA DE LA DIABETES
MELLITUS TIPO 2
,
La fisiopatología de la DM tipo 2 es compleja e implica la interacción de factores
ambientales (consumo calórico excesivo que conduce a la obesidad y la vida
sedentaria) y genéticos, aunque existen 3 alteraciones constantes:
• resistencia a la acción de la insulina en los tejidos periféricos: músculo, grasa y
especialmente el hígado.
• secreción alterada de la insulina en respuesta al estimulo con glucosa
• producción aumentada de glucosa por el hígado
Si exceptuamos las formas monogénicas especificas de enfermedad que pueden ser
el resultado de defectos que están confinados a las vías de regulación de la acción de
la insulina en el músculo, el hígado o la grasa o de los defectos de la secreción de la
insulina en las células β del páncreas, no se conoce la forma de interacción de los
factores genéticos, medioambientales y fisiopatológicos para desencadenar el inicio de
la DM tipo 2. De hecho, las formas más frecuentes de DM tipo 2 son de naturaleza
poligénica y se deben a la combinación de una secreción anormal de la insulina y a la
resistencia a la insulina. Desde el punto de vista fisiopatológico, es la incapacidad de
las células β del páncreas para adaptarse a la reducción de la sensibilidad a la
insulina que se produce a lo largo de la vida en las personas en momentos como la
pubertad, embarazo, estilo de vida sedentario o exceso de alimentación, la que
conducirá a la obesidad, lo que precipita el inicio de la DM tipo 2. Una predisposición
genética de base parece ser un factor crítico en determinar la frecuencia de su
aparición
FORMAS MONOGÉNICAS DE DIABETES TIPO 2
Estas formas de diabetes tipo 2 son relativamente raras pero se han identificado
varios genes implicados (tabla 39.1). Suelen ocurrir en personas jóvenes, a menudo en
las 2 ó 3 primeras décadas de la vida aunque si solo se producen pequeñas
elevaciones de la glucemia la enfermedad puede pasar desapercibida hasta etapas más
avanzadas de la vida. El gen implicado es tanto necesario como suficiente para
producir la enfermedad. Los factores ambientales juegan un pequeño papel, si es que
juegan alguno.
Tabla 39.1. Formas monogénicas de diabetes tipo 2
Asociadas con resistencia a la insulina
Mutaciones en el receptor del gen de la insulina
Resistencia a la insulina tipo A
Leprechaunismo
Síndrome de Rabson-Mendenhall
Diabetes Lipoatrofica
Mutaciones en el gen PPAR-λ
Asociadas con un defecto en la secreción de insulina
Mutaciones en los genes de la insulina o proinsulina
Mutaciones en los genes mitocondriales
Diabetes de la edad adulta que comienza en la juventud (MODY)
HNF-4a
(MODY 1)
Glucoquinasa
(MODY 2)
HNF-1a
(MODY 3)
IPF-1
(MODY 4)
HNF-1b
(MODY 5)
NeuroD1/β
(MODY 6)
Formas monogénicas de diabetes asociadas a la resistencia a la
insulina: mutaciones del receptor de la insulina
Se han identificado más de 70 mutaciones diferentes como responsables de la
aparición de diabetes tipo 2. En todas ellas existe resistencia a la insulina (RI) que
puede ser grave o leve. Estas mutaciones pueden alterar la función del receptor por
varios mecanismos incluyendo:
• descenso en el número de receptores, que se expresan en la superficie de las
células por un descenso en la tasa de la biosíntesis (clase 1)
• inhibición del transporte de receptores a la membrana (clase 2)
• disminución de la afinidad de la unión a la insulina (clase 3)
• inactivación de la función tirosinquinasa del receptor (clase 4)
• aceleración en la tasa de degradación de los receptores (clase 5)
Dentro de este grupo se incluyen:
• la resistencia insulínica tipo A, caracterizada por resistencia a la insulina leve,
acantosis nigricans e hiperandrogenismo.
• leprechaunismo, que cursa con crecimiento intrauterino retardado,
hipoglucemia en ayunas, y fallecimiento en el 1er o 2º año de vida.
• síndrome de Rabson-Mendenhall, caracterizado por talla baja, abdomen
protuberante, alteraciones en los dientes y uñas e hiperplasia pineal. En este
síndrome la RI es grave
Formas monogénicas de diabetes asociadas a la resistencia a la
insulina: diabetes lipoatrófica
Clínicamente se caracterizan por escasez de grasa, resistencia a la insulina e
hipertrigliceridemia, junto con lipoatrofia y lipodistrofia. Tiene distintas formas
genéticas:
• lipoatrofia parcial que respeta la cara: síndrome de Dunnigan o síndrome de
Koberling-Dunnigan (forma autosómica dominante producida por las
mutaciones del gen A/C lamina).
• lipoatrofia generalizada congénita: síndrome de Seip-Berardinelli (forma
autosómica recesiva).
Formas monogénicas de diabetes asociadas a la resistencia a la
insulina: mutaciones de PPARγγ
Las mutaciones del PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptor γ) pueden
producir DM tipo 2 de comienzo precoz. Se detectaron dos mutaciones heterocigotas
diferentes en el dominio que se unía al ligando del PPARγ en 3 personas con
resistencia grave a la insulina. Al analizar la estructura cristalina del PPRAγ se
comprobó que las mutaciones desestabilizan la hélice 12, que interviene en la
activación trans. Ambas mutaciones presentaban una activación transcripcional muy
disminuida e inhibían la acción del PPRAγ de tipo salvaje coexpresado de manera
dominante negativa. Un polimorfismo aminoácido frecuente (Pro12Ala) en PPRAλ se ha
asociado también con la DM tipo 2. Las personas homocigotas para el alelo Pro12 son
más resistentes a la insulina que las que tienen el alelo Ala 12 y tienen un aumento
del riesgo de 1,25 para la aparición de la diabetes.
Formas monogénicas de diabetes asociadas con defectos de la
secreción de insulina: síndromes de insulina mutada
Constituyen una forma leve de diabetes mellitus no insulino-dependiente con
hiperinsulinemia marcada, aunque estos pacientes responden a la administración de
insulina exógena. La hiperinsulinemia se debe a la presencia de una insulina o
proinsulina anormal y de sus productos de degradación. Estas concentraciones
elevadas de insulina se deberían a la presencia de mutaciones en las regiones de la
molécula de insulina que son importantes para la unión al receptor, especialmente el
extremo COOH de la cadena B de la insulina. El hígado es el principal lugar de
eliminación de la insulina mediado por el receptor por lo tanto las formas mutadas de
la insulina se eliminan más lentamente produciendo hiperinsulinemia. Además las
mutaciones de la proinsulina pueden reducir su conversión a insulina lo que lleva a
su acumulación.
La proinsulina tiene reactividad cruzada con casi todas las pruebas comerciales de
determinación de insulina y solo se puede distinguir por la cromatografia de alta
afinidad o con pruebas especificas.
Se ha descrito también un paciente con una mutación de la prohormona
convertasa I una de las enzimas responsables de la conversión de proinsulina en
insulina
Formas monogénicas de diabetes asociadas con defectos de la
secreción de insulina: diabetes mitocondrial
Las mitocondrias juegan un papel fundamental en la secreción de la insulina
especialmente en respuesta a la glucosa. Se ha visto que una transición A-G en el gen
del tRNALeu (UUR) mitocondrial en el par de bases 3243 se asocia con una diabetes
transmitida por vía materna y con una sordera neurosensorial. En otras personas esta
mutación se asocia con diabetes y con el síndrome de miopatía mitocondrial,
encefalopatía, acidosis láctica, y episodios de ictus (síndrome MELAS)
Se han visto en varios pacientes con una mutación mitocondrial una secreción
anormal de insulina incluso con glucemia normal o con una intolerancia a la glucosa
que no han desarrollado diabetes.
Formas monogénicas de diabetes asociadas con defectos de la
secreción de insulina: diabetes de la edad adulta que comienza en
la juventud (MODY)
Es un grupo genética y clínicamente heterogéneo de alteraciones que se caracterizan
por una diabetes no cetógena, con forma de herencia autosómica dominante y de
inicio antes de los 25 años, con frecuencia en la infancia o adolescencia con un
defecto primario en la función de las células β pancreáticas (alteración en la respuesta
secretora de insulina). Puede ser el resultado de la mutación de al menos uno de 6
genes posibles.
Uno de estos genes codifica la enzima glucolítica glucocinasa (MODY2). Los otros 5
codifican factores de transcripción:
• factor nuclear del hepatocito (HNF)-4α (MODY1)
• factor nuclear del hepatocito (HNF)-1α (MODY3)
• factor nuclear del hepatocito (HNF)-IPF-1 (MODY4)
• factor 1 promotor de insulina 1β (MODY5)
• activador trans 2 E-box de la diferenciación neurogénica/célula
• (NeuroD1/β2 (MODY6)
Todos estos genes se expresan en las células pancreáticas β productoras de
insulina y mutaciones heterocigotas producen diabetes por disfunción de dichas
células β. En otras formas de MODY se producen alteraciones de la función del hígado
y del riñón lo que es un reflejo de la expresión de los factores de transcripción en estos
tejidos.
Los factores no genéticos que afectan a la sensibilidad a la insulina (infección,
pubertad, embarazo y rara vez la obesidad) pueden desencadenar el inicio de la
diabetes y afectar a la gravedad de la hiperglucemia en la diabetes tipo MODY pero no
juegan un papel significativo en el desarrollo de MODY.
Clínicamente se caracteriza por un aumento leve y asintomático de la glucemia en
un niño, adolescente o adulto joven con historia significativa de diabetes presente en 3
generaciones sucesivas, lo que sugiere herencia autosómica dominante y ausencia de
obesidad. La prevalencia es del 1%-5% de los casos de diabetes en EEUU y países
industrializados.
Efectos funcionales de los genes MODY
La glucocinasa se expresa en sus niveles más altos en las células β pancreáticas y en
células hepáticas. Cataliza la transferencia de fosfato desde el ATP a la glucosa para
generar glucosa-6-fosfato. Esta reacción es el primer paso limitante en el metabolismo
de la glucosa. Funciona como sensor en las células β mediante el control de la tasa de
entrada de glucosa en la vía glucolítica y su posterior metabolismo. En el hígado la
glucocinasa juega un papel fundamental en la capacidad de almacenar glucosa como
glucógeno especialmente en situaciones postprandiales.
Las mutaciones heterocigotas que producen déficit parcial de la glucocinasa se
asocian con MODY y las homocigotas que producen un déficit completo dan lugar a
diabetes neonatal permanente.
El aumento de la glucemia plasmática se debe a una combinación de disminución
de insulina inducida por glucosa en las células pancreáticas y a una reducción en el
almacenamiento de glucogéno en el hígado después de la ingesta de glucosa
Los factores nucleares del hepatocito 1α,1β y 4α juegan un papel en la regulación
específica de tejido de la expresión de los genes en el hígado y en otros tejidos como
riñones y tejido genital. El HNF-1α y el HNF-1β son miembros de una familia de
factores de transcripción homeodomain, y el HNF-4α es un receptor nuclear huérfano.
Los 3 forman parte de una red interactiva de factores de transcripción que funciona
conjuntamente tanto para controlar la expresión génica durante el desarrollo
embrionario como en los tejidos adultos en los que se coexpresan.
En las células β del páncreas estos factores de transcripción regulan la expresión
de los genes de insulina así como de las proteínas implicadas en el transporte y
metabolismo de la glucosa y en el metabolismo mitocondrial, todos ligados a la
secreción de insulina y al metabolismo de las lipoproteínas.
Las personas con diabetes por mutación de estos genes tienen defectos en las
respuestas secretoras de la insulina, especialmente la glucosa ya que aparecen antes
del inicio de la hiperglucemia lo que sugiere que representan un defecto funcional
primario.
El IPF-1 (factor 1 promotor de la insulina) es un factor de transcripción que
contiene un homeodomain que se aisló inicialmente como un regulador transcripcional
de los genes de la insulina y somatostatina. Puede jugar un papel central en el
desarrollo del páncreas, así como en la regulación de la expresión de los distintos
genes de los islotes pancreáticos, entre los que se incluyen, además de los genes de la
insulina, los de la glucocinasa, del polipeptido amiloide de los islotes y del
transportador 2 de la glucosa. Parece intervenir también en la estimulación de la
transcripción del gen de la insulina
Un niño nacido con agenesia pancreática tenía una mutación del IPF-1 que carecía
del homeodomain necesario para la unión y localización nuclear del DNA.
Los portadores heterocigotos de una mutación del IPF-1de la misma familia
desarrollaron una forma autosómica dominante de comienzo precoz de diabetes
(MODY) producida por una inhibición negativa dominante de la transcripción del gen
de la insulina y de otros genes específicos de las células beta regulados por el IPF-1
mutado
Por último, el factor de transcripción básico hélice-lazo-hélice Neuro D1/β2 se aisló
por su capacidad de activar la transcripción del gen de la insulina y es necesario para
el desarrollo normal de los islotes pancreáticos. Se han descrito 2 pacientes con
mutaciones heterocigotas en NeuroD1 y con diabetes y se ha identificado un tercero
en la población islandesa. Es una causa rara de MODY
GENÉTICA DE LAS FORMAS POLIGÉNICAS DE LA DIABETES TIPO 2
En las formas poligénicas de la diabetes tipo 2, tanto los factores genéticos y
ambientales son fundamentales. Las manifestaciones fenotípicas en los distintos
tejidos son complejas, e incluyen la resistencia a la acción de la insulina en músculo,
tejido adiposo, e hígado, los defectos de las respuestas secretoras de la insulina de las
células β y los aumentos en la producción hepática de glucosa. La RI es la primera
manifestación en las personas predispuestas a padecer diabetes tipo 2.
El abordaje del gen candidato no ha tenido éxito en la identificación de los genes
responsables ya que este proceso implica identificación y posterior clonación de los
genes que se sabe están implicados en las vías que regulan el metabolismo de la
glucosa, la detección sistemática de las variantes de estos genes y la valoración de la
frecuencia de estas variantes en los casos y en los controles. Se han utilizado análisis
de ligamiento para el estudio de regiones definidas de DNA cromosómico compartido
en exceso por familiares afectados. Los padres se tipifican genéticamente para un
determinado marcador y los hijos se clasifican como cero, uno o dos alelos heredados
de los padres. Se determinan genéticamente marcadores en miembros de la familia en
las regiones de las repeticiones polimórficas conocidas como microsatélites o
repeticiones simples en tándem. Se genotipifican 300 ó 400 microsatélites a intervalos
de 10 centiMorgans y se utilizan estrategias de clonación posicional para encontrar el
gen dentro de esta amplia región.
Se ha visto que las variaciones genéticas en el gen que codifica un miembro que
se expresa de manera ubicua de la familia de las proteasas de la cisteína de tipo
calpaína, la calpaína 10 (CAPN10) se asocia con un aumento del riesgo de diabetes
tipo 2. Parece que los efectos de los polimorfismos de riesgo están mediados por una
disminución de la expresión de calpaína10 en tejidos relevantes. Este polimorfismo se
asocia con una reducción del ácido ribonucleico mensajero RNA y con resistencia a la
insulina en los indios Pima población con riesgo muy alta de padecer diabetes tipo 2.
BIBLIOGRAFÍA
Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, Polonsky KS 2002 Williams Textbook of Endocrinology (10th ed.)
Saunders.
CAPÍTULO 40
AVANCES EN EL DIAGNÓSTICO DE LA
DIABETES MELLITUS
2
La diabetes mellitus es una enfermedad caracterizada por la hiperglucemia crónica, la
cual acaba generando complicaciones crónicas. Esta enfermedad está en plena fase de
aumento de la prevalencia en el primer mundo, por lo que cada vez cobra mayor
importancia. En este sentido es fundamental realizar un diagnóstico adecuado y lo
más precoz posible. La forma de diagnosticar la diabetes ha pasado por cuatro
períodos a lo largo de la historia, que estudiaremos a continuación. Estos períodos
son:
• período descriptivo de la enfermedad.
• período bioquímico, de caracterización de las alteraciones fisiopatológicas de
base.
• período terapéutico, que se caracteriza por la disponibilidad de administración
de insulina y antidiabéticos orales
• período de screening, que es el más interesante. Es en el que nos encontramos
actualmente, y en él se están refinando los métodos de diagnóstico.
PERÍODO DESCRIPTIVO
Existen descripciones excepcionales de la diabetes desde tiempos muy antiguos. La
primera descripción de la diabetes aparece en el papiro de Ebers (Luxor 1500 a.C.), en
el se formula por primera vez un tratamiento para disminuir la poliuria, y se describe
un cuadro que se puede identificar con las manifestaciones de la diabetes mellitus.
Pero no solo aparecen descripciones en el antiguo Egipto, en el sánscrito ya existen
numerosas referencias a sujetos con “orina de miel”. Sucruta, médico Hindú del s. V
a.C., describe una enfermedad producida por el consumo excesivo de arroz, harina y
azúcar, que se da sobre todo en los ricos: “el enfermo adelgaza, está cansado y tiene
abundantes micciones”. Esta podemos considerar que es la primera descripción de la
diabetes tipo 2. Tchang Tching King, un médico chino del S II d.C., describe una
enfermedad de la sed, que probablemente es una diabetes s.
Pero la primera descripción exhaustiva de diabetes mellitus tipo 1, la da Areteo de
Capadocia en el s. II d.C., ya aparece el término diabetes, y se refiere a una
enfermedad que aparece en los niños con sintomatología muy florida: “la enfermedad
llamada Diabetes es muy rata y para muchos sorprendente. Es una afección de la
carne y las partes sólidas del cuerpo, que se funden transformándose en orina. Esta
enfermedad es lenta en desarrollarse pero una vez manifiesta, al enfermo no le queda
mucho tiempo de vida, la licuefacción progresa muy rápidamente y la muerte a veces
es fulminante, pone fina una vida plena de dolores y disgustos. Los enfermos tienen
un ser intolerable y no existe forma de impedirle beber y orinar a continuación...me
parece que esta enfermedad haya recibido el nombre de sifón (o diabetes) es porque el
líquido sale del cuerpo de los enfermos justamente como un sifón, la orina no queda
en el cuerpo sino que se limita a pasar por el como dentro de un tubo”. El término
mellitus significa “de miel”, por tanto la denominación diabetes mellitus, significa “sifón
de miel”. Areteo relata la sintomatología característica de la DM. La supervivencia en
los pacientes con diabetes mellitus tipo I antes de la disponibilidad de la insulina era
muy limitada, y los sujetos estaban sometidos a tremendos sufrimientos, como el
destaca.
PERÍODO BIOQUÍMICO
En este período además de proseguir con las descripciones de la enfermedad, se
empieza a vislumbrar la causa de la diabetes en base a los cambios bioquímicos que
empiezan a ser detectables en estos pacientes. Para llegar a este período se requirieron
cerca de 1500 años de historia, hasta que Tomas Willis (1621-1675) diferenció entre
diabetes mellitus o anglicus, en la que la orina de los sujetos es tremendamente dulce,
y diabetes insípida. Como es sabido, ambas tienen causa diferente, la diabetes mellitus
se debe a la incompetencia de la insulina en su función sobre las células, la diabetes
insípida se debe a defectos en el mecanismo funcional de la vasopresina u hormona
antidiurética. Esta clasificación se mantiene en la actualidad.
En los dos siglos siguientes se sucedieron los avances. Así, Matthew Dobson
(1745-1784), demuestra que el sabor dulce de la orina es debida a la presencia de
azúcar. Otro médico ingles, John Rollo (1797), demuestra la naturaleza metabólica de
la enfermedad e inicia las primeras medidas terapéuticas con la dieta. Pero no será
hasta finales del S. XIX en que Claude Bernard y otros investigadores inician los
estudios sobre la fisiología del metabolismo de la glucosa, que conducirán a la
compresión de la enfermedad.
Como hallazgo clínico fundamental en esta época hay que destacar a otro médico
francés, Lanceraoux, que en 1887 gracias a la restricción calórica que sufre la
población de Paris por el asedio de las tropas de Prusia, describe la diabetes grasa,
que “comienza de forma insidiosa y con acúmulo de peso. Las fuerzas físicas y
espirituales permanecen casi íntegras y si el diabético se somete a dieta normalmente
es capaz de continuar con su profesión y raramente se convierte en inválido”, y la
diferencia de la diabetes magra, “de comienzo brusco, aparece en medio de un estado
de perfecta salud con un rápido disminuir de las facultades intelectuales y sobre todo
de la forma física”. Es la primera diferenciación clínica entre diabetes tipo 1 y tipo 2.
PERÍODO TERAPÉUTICO
En 1921 se inicia el período terapéutico moderno con el descubrimiento de Banting y
Best de que la insulina que producida por el páncreas y puede usarse para tratar la
diabetes. Este descubrimiento cambió radicalmente la perspectiva de supervivencia de
los diabéticos tipo 1, que a partir de ahí pudieron ser tratados con éxito. En los años
siguientes distintas casa farmacéuticas fueron capaces de ofrecer preparados de
insulina obtenidos de extractos pancreáticos de cerdo. En la actualidad existen un
enorme número de análogos de la insulina que se utilizan en el tratamiento de la
diabetes, con diferentes propiedades farmacocinéticas. Además, se están
desarrollando nuevos análogos y formas de administración de insulina. Lo más nuevo
es la insulina dethemir, aún no comercializada, en la que se sustituye el aminoácido
B300 treonina por ácido graso mirístico, que le confieren propiedades de larga
duración y farmacocinética muy reproductible.
Hay que mencionar que los primeros tratamientos farmacológicos fueron las
sulfonilureas, pues se observó que los sujetos cuyas infecciones eran tratadas con
sulfamidas sufrían hipoglucemias. Su aplicación al tratamiento de la diabetes fue
inmediato y sigue siendo útil en la diabetes tipo II. En la actualidad hay cinco grupos
de fármacos terapéuticos con propiedades diferentes.
PERIODO DE SCREENING
Con el desarrollo del arsenal terapéutico se pensó que el problema de la diabetes
podría quedar resulto, pero lejos de ser así se observó que en los sujetos aún tratados,
con el paso del tiempo aparecían una serie de alteraciones funcionales que hoy
conocemos como complicaciones crónicas de la diabetes, debidas a la hiperglucemia
mantenida en el tiempo. Estas alteraciones incluyen la aterosclerosis
(macroangiopatía), la retinopatía o la neuropatía, todas con consecuencias
importantes en la morbi-mortalidad de estos pacientes. De hecho en EEUU en los
últimos años se ha observado que mientras la mortalidad debida a enfermedades
cardiovasculares tiende a disminuir y la debida a enfermedades oncológicas a
mantenerse, la debida a la diabetes mellitus se ha incrementado de manera
espectacular en los últimos 10-15 años. Además sabemos que la mitad de los
diabéticos está sin diagnosticar y un 20 % de los pacientes ya tiene complicaciones en
el momento del diagnóstico. Esto hace que resulte fundamental el diagnostico precoz,
y especialmente determinar en que momento la diabetes empieza a generar sus
complicaciones.
Para ello resulta imprescindible plantearse cuales son los niveles normales de
glucemia. La respuesta a esta pregunta no es simple, ya que implica condicionantes
sociales, poblacionales, individuales y de criterio médico ó económico. Incluso resulta
imposible sustraerse de la subjetividad que supone establecer un límite convencional
a la normalidad. La forma más simple de hacerlo sería utilizar parámetros
estadísticos. Así respecto al perfil glucémico tendremos unos valores mayoritarios en
la población que consideraremos normales, una zona border-line y otra patológica
donde estarían los sujetos con mayores niveles de glucosa, los diabéticos. Así el
diagnóstico es cada vez menos clínico y más bioquímico, y deber ser de esa forma. A
veces se encuentra un valor glucémico alterado de forma casual por una analítica de
rutina, que permite hacer un diagnóstico de diabetes (figura 40.1).
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Figura 40.1. Algoritmo diagnóstico de la diabetes mellitus
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Pero también puede hacerse considerando otros parámetros. Uno muy útil es la
retinopatía diabética, que es la complicación más característica de la diabetes, es
fácilmente explorable y se puede hacer un seguimiento continuado. Los estudios sobre
retinopatía diabética han permitido establecer a partir de que niveles de glucemia
crónica se incremente el riesgo de padecer las complicaciones de la diabetes, hecho
extraordinariamente útil. Por ello la definición actual de diabetes incluye la presencia
de hiperglucemia crónica que marca la tendencia a desarrollar las complicaciones
crónicas.
La forma de establecer el nivel de hiperglucemia que marca el cambio de tendencia
y el aumento del riesgo de padecer complicaciones incluso en ausencia de síntomas es
utilizar en cada paciente uno de los dos test admitidos actualmente: la sobrecarga oral
de glucosa (SOG) que es el fundamental, o el test de tolerancia intravenosa a la
glucosa. En ambos casos se administra una dosis estandarizada de glucosa y a
continuación se determina el valor de concentración de glucosa sanguínea en distintos
tiempos.
La SOG es el más utilizado, pero desde que en los años 50 se puso en marcha su
uso, ha existido una gran variabilidad en la forma de realizarlo: se han utilizado
distintas dosis de glucosa (50, 75 o 100 g.) y también ha variado en el muestreo
temporal, lo cual supone una dificultad para establecer comparaciones entre los
resultados obtenidos en distintos sujetos. En los años 60 se realizaron los primeros
estudios seriados de valoración de los test de SOG. El primero de ellos fue el estudio
de Bedford utilizando 50 g de glucosa, que establece tres categorías de valoración,
según la determinación de glucosa a las 2 horas:
• normal < 120 mg/dL
• diabetes border-line: 120-200 mg/dL
• diabetes > 200 mg/dL
La principal pega de este planteamiento es que, de los sujetos con diabetes borderline solo unos pocos desarrollan diabetes en el seguimiento a 10 años, y muchos de
ellos normalizan su glucemia y no desarrollan complicaciones microangiopáticas. Por
lo que utilizar el término border-line resulta inapropiado. Aún así perduró hasta los
años 90.
Para establecer los criterios de diagnóstico de la diabetes fueron muy importantes
los estudios en los indios pima de Arizona, cuya población presenta una elevada
incidencia de DM2, condicionada hereditariamente con alta penetrancia. En este
pueblo indio se pueden distinguir dos poblaciones una con alta tendencia a padecer
diabetes y otra con baja probabilidad. Cuando se estudio las respuestas a la SOG de
de manera conjunta en ambas poblaciones, se descubrió que existía un patrón
bimodal que permite diferenciar el grupo de sujetos va desarrollando diabetes con el
tiempo del que se mantiene en estado normal durante toda su vida. La curva bimodal
de la glucemia de estos sujetos presenta un punto de cruce estadístico en 200 mg/dL.
Este punto determina que las complicaciones renales y retinianas solo se dan en el
grupo de sujetos con glucemias más altas, que desarrollarán diabetes.
Así en 1979, las tres organizaciones científicas más importantes para el estudio de
la diabetes la EASD (European Association for the Study of Diabetes), la NDDG
(dependiente del gobierno de EEUU) y la OMS (Organización Mundial de la Salud),
establecieron los siguientes criterios de diagnóstico de diabetes:
• en presencia de síntomas o glucemia > 200 mg/dL en cualquier momento del
día. Es lo más característico.
• tras SOG, glucemia a las 2 horas 200 mg/dL
• en ausencia de síntoma, 2 o más determinaciones 140 mg/dL en ayunas, en
días diferentes.
Estos tres supuestos establecen el riesgo incrementado de desarrollar
complicaciones microangiopáticas. Pero existe una situación intermedia de riesgo,
entre normalidad y DM definida en los sujetos con glucemia a las 2 horas entre 140 y
200 mg/dL tras SOG, que se denomina intolerancia a los hidratos de carbono, y que
condiciona, mayor probabilidad de desarrollo de DM, mayor probabilidad de
complicaciones macroangiopáticas (arteriosclerosis) y alto riesgo de complicaciones
durante el embarazo. Si estos sujetos se someten a dieta adecuada, ejercicio físico,
cambio del estilo de vida y tratamiento con antidiabéticos orales los riesgos descritos
se reducen considerablemente. Por tanto esta situación intermedia adquiere relevancia
clínica.
Por otra parte, el test de SOG requiere de unas condiciones muy estrictas para su
realización:
• el sujeto debe realizar una de dieta con > 250 g de carbohidratos los 3 días
previos a la prueba.
• se administran 75 g de sobrecarga en sujetos adultos, 1.75 g/kg en niños, y
100 g en embarazadas. En screening del embarazo se realiza el test de
O´Sullivan con 50 g
• las determinaciones de glucosa se realizan al menos a 0 (ayunas) y 120
minutos.
Esta prueba se utiliza poco, a pesar de su valor para hacer el diagnostico definitivo
y en el seguimiento y la evaluación de riesgo de complicaciones, porque no se puede
usar fácilmente en el screening o en el diagnóstico clínico.
Las ventajas fundamentales de esta prueba son que permite evaluar la glucemia
pre- y post-prandial, y la glucemia a las 2 h se asocia sobre todo a mortalidad y
macroangiopatía. Pero también tiene algunas desventajas, entre las que la más
importante es que aún realizando su aplicación más estricta, existe una enorme
variabilidad intra-individual (lo que supone una reproducibilidad escasa). Por lo que
sus resultados, especialmente para el diagnóstico deben interpretarse con precaución.
Hace 10 años la ADA (American Diabetes Association) se empezó a cuestionar los
criterios de diagnóstico de diabetes, porque se estaba infravalorando el número de
individuos diabéticos, con los criterios del momento, y el diagnostico debe ser lo más
precoz posible, para evitar la progresión de las complicaciones crónicas. Además
partieron de una constatación objetiva: todos los pacientes que tienen glucemia basal
en ayunas mayor de 140 mg/dL, tienen glucemia a las 2 h tras SOG mayores de 200
mg/dL, diagnóstica de diabetes, pero solo el 25% de los pacientes con glucemia tras
SOG mayor de 200 mg/dL tienen glucemias en ayunas 140 mg/dL. A partir de este
dato se analizaron varios estudios poblacionales (Pima, NHANES3) y se postuló que la
cifra de glucemia basal que eleva significativamente el riesgo microangipático de forma
similar a la glucemia > 200 mg/dL a las 2 h tras SOG era de 126 mg/dL, aunque varía
de unos estudios a otros entre 120 y 126.
En 1997 (ADA) y 1999 (OMS) se cambiaron los criterios de diagnostico de la
diabetes. Los dos primeros se mantuvieron igual pero el tercero se formuló de manera
diferente: En ausencia de síntomas, 2 o más determinaciones 126 mg/dL en ayunas,
en días diferentes.
Y se definen dos situaciones intermedias con más riesgo de desarrollar DM y
complicaciones macroangipáticas:
• intolerancia a los hidratos de carbono: glucemia en la SOG entre 140 y 200
mg/dL, en cualquier punto.
• glucemia basal alterada: entre 110 y 126 mg/dL
La siguiente cuestión es por tanto si la SOG sigue siendo útil para el diagnóstico
clínico inicial de la DM. En esto existen diferencias de criterio entre la ADA y la OMS.
La ADA postula que la SOG debe tender a desaparecer de todo tipo de estudio
epidemiológico o poblacional, ya que puede ser sustituida por la glucemia basal, en
base a los siguientes criterios:
• la glucemia basal tiene mejor reproducibilidad individual: la variación en 2
análisis separados 2-6 semanas es del 6%, mientras que para SOG es del
16.7%.
• mayor comodidad y facilidad de realización. Una muestra vs. varias.
• menor consumo de tiempo y menor coste económico.
• consecuencia clínica: facilidad para el diagnóstico.
La ADA aconseja no realizar de rutina la SOG y sustituir la intolerancia a los
hidratos de carbono por glucemia basal alterada. Sin embargo la OMS y EASD
defiende la utilidad de la SOG para el estudio y clasificación de la DM. Los argumentos
respectivos se resumen en la tabla 40.1.
En la situación actual, los criterios de diagnóstico de diabetes mellitus vigentes en
nuestro país son los que siguen:
• normoglucemia: glucemia basal en ayunas < 110 mg/dL
•
•
hiperglucemia leve:
o intolerancia a hidratos de carbono: glucemia tras SOG entre 140 y 199
mg/dL
o glucemia basal alterada: entre 110 y 25 mg/dL
hiperglucemia franca: diabetes mellitus según criterios
Tabla 40.1. Utilidad diagnóstica de la sobrecarga oral de glucosa
Reflexiones de la ADA sobre la SOG
La mortalidad global correlaciona de forma similar
con la glucemia post-prandial que con la glucemia
en ayuno (estudio Hoom).
Hay autores que defiende lo contrario.
La morbi-mortalidad por microangiopatía se
relaciona mejor con la glucemia en ayunas que con
la glucemia tras SOG.
La glucemia basal > 126 mg/dL frente a glucemia a
2h SOG > 200 mg/dL presenta una alta
especificidad pero una baja sensibilidad. Sin
embargo esto evita diagnósticos defectuosos y
aumenta la facilidad para el diagnóstico
Es similar la capacidad de predicción de enfermedad
cardiovascular para GBA e IHC, pero mejor lo hace
IHC, y también la evolución de DM. La facilidad
diagnóstica favorece el establecimiento de medidas
terapéuticas precoces.
La OMS argumenta que
La glucemia post-prandial de la SOG predice
mejor la mortalidad global (Estudio DECODE) y
las complicaciones cardiovasculares
Se infravalora el número de diabéticos y de
intolerantes a los HdeC
La mayoría de los estudios poblacionales y
epidemiológicos previos, que han establecido las
estrategias diagnósticas y terapéuticas se han
realizado mediante SOG. Es lo más importante.
Ambas pruebas no diagnostican lo mismo. La
comparación entre ambos criterios en el estudio
europeo DECODE, así lo establece, y justifica la
utilidad de la SOG
La siguiente cuestión que debe ser planteada es ¿hacia donde vamos? La
respuesta es que estamos en proceso de modificar otra vez los criterios diagnósticos
aunque no a corto plazo. Se deben unificar los criterios ADA y OMS, y para ello resulta
fundamental aclarar si las diferencias que se observan en el diagnostico que se
consigue aplicando unos u otros criterios se deben a que se estudian poblaciones
diferentes o es simplemente una diferencia de enfoque exclusivamente metodológico.
Utilizando los datos del estudio DECODE sobre 20.000 pacientes europeos, una
glucemia basal en ayunas de 126 mg/dL equivaldría a una glucemia de 180 mg/dL
tras SOG. Así, hay que plantear si el límite de 110 mg/dL es adecuado para definir la
glucemia basal alterada. Realmente no existe un punto de corte en la glucemia a partir
del cual se incremente la morbi-mortalidad cardiovascular. En los indios PIMA el
incremento en el riesgo cardiovascular comienza con elevaciones de glucemia por
encima de 100 mg/dL. Es diferente de la retinopatía en la que si existe un punto de
corte. En la población de EEUU el valor 106 mg/dL marca el percentil 95% de la
población, los valores superiores entrarían en el rango de la anormalidad si
extrapolamos el criterio estadístico frecuentemente utilizado. Al mismo tiempo las
definiciones de glucemia basal alterada e intolerancia a los hidratos de carbono son
arbitrarias y convencionales. Por todo ello considerar el incremento del riesgo de
desarrollo de DM con glucemias superiores de 110 parece menos realista que
considerar que se inicia en torno a 100, con lo que la glucemia basal alterada estaría
en el rango de 100-125 mg/dL, como propone la ADA.
Por otra parte existen otros parámetros a tener en cuenta. Por ejemplo los niveles
de hemoglobina glicosilada (HbA1c) en sangre. Este parámetro bioquímico tiene una
serie de ventajas:
• la glucemia varía en cada momento del día y entre días. La HbA1c valora la
glucemia media durante un período de 3 meses.
• la muestra para determinación de HbA1c puede extraerse en cualquier
momento del día.
• la determinación es muy precisa.
• se utiliza para valorar la eficacia del tratamiento. Establece el criterio de buen
control glucémico y de eficacia terapéutica del tratamiento.
• sus niveles se relacionan con el desarrollo de microangiopatía.
Pero también existen varios inconvenientes, de entre los que cabe destacar que:
• hay muchos métodos de determinación y no uno universalmente aceptado y
estandarizado.
• los valores de HbA1c se pueden alterar por otras razones ajenas a la propia
diabetes: anemias, hemoglobinopatías, IRC, embarazo, etc.)
Este último aspecto es de suficiente envergadura para que podamos concluir que
actualmente no debe utilizarse el valor de HbA1c en el diagnostico de DM, a pesar de
su incuestionable utilidad en el seguimiento.
DIAGNÓSTICO DE LA DIABETES DURANTE EL EMBARAZO
Existen dos formas de diabetes relacionadas con el embarazo:
• diabetes pregestacional, aquella en la que la mujer es diabética antes de
quedar embarazada.
• diabetes gestacional, que ocurre solo durante el embarazo. Depende de una
serie de cambios fisiológicos durante el embarazo, en gran parte debidos a la
producción de lactógeno placentario, que produce resistencia a la acción de la
insulina en los tejidos maternos y provoca hiperglucemia en la madre.
Los criterios de diagnóstico de diabetes en el embarazo son diferentes a los
anteriormente citados y también existen divergencias entre la ADA y la OMS.
Criterios de la ADA (1997)
Se debe realizar entre las semanas 24-28 un test de despistaje con 50 g de glucosa
y muestreo a 1 hora (test de O´Sullivan). Si en este test se obtiene un resultado > 140
mg/dL se debe realizar una segunda prueba diagnostica con 100 g y determinaciones
en ayunas, 60, 120 y 180 minutos tras la SOG. Será positivo si dos glucemias superan
los siguientes límites:
• ayunas > 105
• 60 min. > 190
• 120 min. > 165
• 180 min. > 145
En caso de pacientes de alto riesgo (test positivo en embarazo anterior, madre
añosa, antecedentes familiares de diabetes), se debe realizar el test de despistaje en el
momento del diagnóstico de embarazo.
Si el test es positivo es indicación de tratamiento, primero con dieta y si esta es
insuficiente se añade una pauta adecuada de insulina.
Según la OMS
El momento de realización del test de despistaje será el primer trimestre del
embarazo para los grupos de riesgo y entre 24 y 28 semanas para el resto de los
grupos. Pero la SOG se hace con 75 g y los criterios son similares a los de la población
general, con la salvedad de que los valores de glucemia entre 140 y 199 mg/dL (2 h)
que en la población general constituirían el grupo de Intolerantes a los HdeC, aquí son
también diagnosticadas como diabetes gestacional, y debe de ser sometidas a la pauta
de tratamiento indicada.
BIBLIOGRAFÍA
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Cano-Pérez JF, Franch J, Mata M 2004 Guía de tratamiento de la diabetes tipo 2 en Atención Primaria (4ª
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World Health Organization 1999 Surveillance. Definition, Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus
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RECURSOS DE INTERNET
http://www.staff.newcastle.ac.uk/philip.home/who_dmc.htm
http://www.shef.ac.uk/gudelines/
CAPÍTULO 41
D E S C O M P E N S A C IO N E S
H IP E R G L U C É M IC A S E N L A D IA B E T E S
La cetoacidosis diabética (CAD) y la descompensación hiperglucémica hiperosmolar
(DHH) representan las dos complicaciones agudas más graves de la diabetes. Ambas
pueden presentarse en pacientes con diabetes tipo 1 (DM 1) o diagnosticados de
diabetes tipo 2 (DM 2) y pueden constituir la forma de presentación inicial de la
enfermedad. A pesar de un conocimiento actual más detallado de su patogenia y de su
correcto manejo diagnóstico y terapéutico, estas complicaciones agudas acarrean una
importante morbilidad para el paciente diabético. Además poseen unas tasas de
mortalidad estimadas inferior al 5% en el caso de la CAD y de aproximadamente un
15% en la DHH. No obstante, estas tasas de mortalidad suelen aumentar
sustancialmente con el envejecimiento y ante la presencia de enfermedades graves
concomitantes.
PATOGENIA
A pesar de que en la actualidad se conoce mejor la patogenia de la CAD que la de la
DHH, existe un hecho fisiopatológico común a ambos trastornos: la disminución de la
concentración circulante de insulina, unida a una elevación simultánea de las
concentraciones plasmáticas de las hormonas contrarreguladoras (glucagón,
catecolaminas, cortisol y hormona de crecimiento). Estas alteraciones hormonales
provocan un aumento de la producción hepática de glucosa y una disminución de su
utilización en los tejidos periféricos. Como consecuencia de ello se produce la
hiperglucemia y el aumento paralelo de la osmolalidad plasmática.
En la CAD el déficit de insulina plasmática, unido al incremento de las hormonas
contrarreguladoras, ocasiona un aumento de la lipólisis en el tejido adiposo y una
elevación de la oxidación hepática de los ácidos grasos libres. Esto último provoca su
transformación en cuerpos cetónicos (β-hidroxibutirato y acetoacetato), lo cual explica
la aparición de cetonemia y de acidosis metabólica.
En la DHH es probable que las concentraciones plasmáticas de insulina resulten
insuficientes para lograr una correcta utilización de la glucosa en los tejidos
periféricos, pero adecuadas para evitar el aumento de la lipólisis y de la cetogénesis
hepática.
Tanto en la CAD como en la DHH la hiperglucemia provoca glucosuria, la cual
ocasiona una diuresis osmótica que supone la pérdida urinaria de agua, sodio, potasio
y otros electrolitos. Ambas descompensaciones agudas se diferencian por el grado de
deshidratación existente y por la acidosis metabólica.
FACTORES PRECIPITANTES
Los factores precipitantes más frecuentemente reconocidos en la aparición de la CAD y
la DHH son las infecciones (generalmente respiratorias o de las vías urinarias) y el
inadecuado cumplimiento del tratamiento prescrito para el control de la diabetes.
Existen, no obstante, otros factores que pueden precipitar estas descompensaciones
hiperglucémicas agudas. Entre ellos cabe citar la existencia de enfermedades médicas
agudas (accidente cerebrovascular agudo, infarto agudo de miocardio, pancreatitis
aguda, embolia pulmonar, traumatismos, etc.) o la administración de fármacos que
alteran el metabolismo de los hidratos de carbono (corticoides, bloqueantes α- y βadrenérgicos, agentes simpaticomiméticos, pentamidina, diuréticos, etc.).
Finalmente, en pacientes dependientes del medio (generalmente ancianos) la
incapacidad para conseguir una ingesta adecuada de líquidos constituye un factor de
riesgo añadido para la aparición de una DHH.
DIAGNÓSTICO
Manifestaciones clínicas
Mientras que el cuadro clínico que caracteriza a la DHH suele instaurarse de manera
insidiosa en el transcurso de varios días, o incluso semanas, la CAD se desarrolla con
rapidez, de modo que sus alteraciones metabólicas se manifiestan habitualmente en
un período de tiempo inferior a las 24 horas. Hecha esta salvedad, el cuadro clínico
resulta similar en ambas entidades y se caracteriza por la presencia de poliuria,
polidipsia, polifagia, pérdida de peso, debilidad, fatigabilidad fácil, vómitos y diferentes
grados de alteración del nivel de conciencia. La existencia de dolor abdominal, que
puede simular un abdomen agudo, suele ocurrir sólo en la CAD.
La exploración física habitualmente pone de manifiesto la existencia de signos de
deshidratación (pérdida de la turgencia cutánea, sequedad de mucosas, taquicardia,
hipotensión), la respiración de Kussmaul (únicamente en la CAD), la alteración del
nivel de conciencia (mayor afectación en la DHH) y shock. Aunque la infección es un
factor precipitante frecuente en la CAD y la DHH, el hallazgo de normo o, incluso,
hipotermia no es raro, constituyendo esta última un factor de mal pronóstico.
Hallazgos de laboratorio
Ante un paciente con la sospecha clínica de una CAD o una DHH, la evaluación inicial
debe incluir la determinación inmediata de una gasometría arterial, glucosa, urea,
creatinina e iones plasmáticos, hemograma completo, osmolalidad plasmática y
análisis de orina. Si se sospecha la presencia de una infección se recogerán las
muestras adecuadas para su cultivo, previamente a la administración de antibióticos.
Los hallazgos de laboratorio característicos de la CAD y de la DHH se muestran en la
tabla 41.1.
Tabla 41.1. Criterios diagnósticos de la CAD y la DHH.
Glucemia (mg/dl)
pH arterial
Bicarbonato sérico (mEq/l)
Cetonuria
Cetonemia
Osmolalidad sérica efectiva
(mOsm/kg)
Anión GAP
CAD
DHH
> 250
< 7,30
< 15
Positiva
Positiva
Variable
> 600
> 7,30
> 15
Negativa/positiva débil
Negativa/ positiva débil
> 320
> 10
Variable
La aparición de leucocitosis es habitual en ambas entidades clínicas y suele ser
proporcional al grado de cetonemia. Las concentraciones plasmáticas de sodio
generalmente están disminuidas debido a la existencia de hiperglucemia, aunque
pueden también resultar normales o aumentadas. Por su parte, los niveles
plasmáticos de potasio aparecen habitualmente elevados, aunque, como en el caso
anterior, también pueden hallarse dentro de los límites normales o reducidos (tabla
41.2).
Tabla 41.2. Cálculos sobre la bioquímica sérica.
Anión GAP
Corrección del sodio sérico
Osmolalidad sérica efectiva
[Na+ - (Cl- + HCO3-)] Normal: < 14 mEq/l
Añadir al valor medido de sodio sérico 1,6 mEq por cada 100 mg/dl
de glucemia por encima de los 100 mg/dl
2 [Na+ sérico medido (mEq/l)] + glucemia (mg/dl)/18]
Normal: 285-295 mOsm/L
TRATAMIENTO
Los objetivos terapéuticos del tratamiento de las descompensaciones hiperglucémicas
de la diabetes consisten básicamente en la corrección de la deshidratación, la
hiperglucemia y las alteraciones electrolíticas.
Reposición de líquidos
La administración de líquidos por vía endovenosa tiene por objeto expandir el volumen
intra y extravascular y restaurar la perfusión renal.
En pacientes adultos se efectuará inicialmente, en ausencia de compromiso
cardíaco, con suero fisiológico isotónico (ClNa 0,9%) a razón de 15-20 ml/kg/h
durante la primera hora. Posteriormente, en función del estado de hidratación y de la
diuresis, se reducirá la infusión a 4-14 ml/kg/h hasta lograr la corrección del déficit
hídrico. Si en algún momento se detecta una cifra de sodio sérico corregido normal o
elevada, resultaría recomendable utilizar suero salino hipotónico (ClNa 0,45%) en
lugar del anterior. Una vez que la glucemia plasmática se reduzca a 250-300 mg/dl, se
reemplazará el suero salino por suero glucosado al 5% para reducir el riesgo de
hipoglucemia.
La adecuada monitorización del estado hemodinámico resultará de capital
importancia para lograr corregir la deshidratación, sin caer en la sobrecarga de
líquidos iatrogénica. Por ello, en pacientes con compromiso cardíaco o renal deberá
mantenerse un estrecho control clínico-analítico. Otra premisa importante a tener en
cuenta es que el cambio inducido de la osmolalidad sérica no deberá exceder los 3
mOsm/kg/h.
En pacientes en edad pediátrica se seguirán las mismas directrices que en el caso
de los adultos, teniendo en cuenta que el ritmo de administración de líquidos será
inicialmente de 10-20 ml/kg/h y que durante las primeras 4 horas de tratamiento no
se deberán sobrepasar los 50 ml/kg.
Insulina
Una vez establecido el diagnóstico se procederá a la administración de insulina por vía
endovenosa. En pacientes adultos se administrará un bolo inicial de 0,15 U/kg de
insulina regular, seguido de una infusión continua de 0,1 U/kg/h. Por el contrario, en
pacientes en edad pediátrica no se recomienda la administración del bolo inicial de
insulina, por lo que se procederá a su infusión por vía endovenosa a razón de 0,1
U/kg/h.
Cuando la glucemia alcance los 250-300 mg/dl podrá reducirse la velocidad de
infusión a 0,05-0,1 U/kg/h, coincidiendo con el cambio a suero glucosado al 5%. En
el caso contrario de que inicialmente no se logre disminuir la glucosa plasmática al
menos 50 mg/dl durante la primera hora de tratamiento, tras comprobar el estado de
hidratación, podrá duplicarse la infusión de insulina cada hora hasta que se logre una
reducción constante de la glucemia de 50-75 mg/dl.
Tras la resolución de la descompensación hiperglucémica, se continuará con
sueros e insulina endovenosa hasta que se asegure una adecuada ingesta oral,
momento a partir del cual se procederá a la administración de insulina por vía
subcutánea.
Potasio
Una vez comprobado que existe una adecuada diuresis, se iniciará el reemplazamiento
de potasio si sus niveles séricos son menores de 5,5 mEq/L. Generalmente, la adición
de 10-20 mEq de ClK a cada 500 ml de suero intravenoso son suficientes para
mantener las cifras de potasio sérico dentro del rango normal, y evitar así las posibles
complicaciones derivadas de una hipopotasemia.
Bicarbonato
El empleo de bicarbonato en la CAD continúa siendo controvertido. No se dispone en
la actualidad de ningún estudio prospectivo aleatorizado que demuestre sus efectos
beneficiosos sobre la morbimortalidad. Por ello, no parece indicada su administración
en pacientes con un pH >7. No obstante, dados los efectos vasculares adversos que la
acidosis grave puede acarrear, parece igualmente prudente administrar bicarbonato
en el caso de pH inferior a 6,9, en forma de 100 mmol de bicarbonato sódico añadido
al suero salino en infusión continua durante 1 hora. Esta dosis podría repetirse cada
2 horas hasta conseguir elevar el pH por encima de 7.
En pacientes pediátricos, si después de la primera hora de tratamiento con sueros
e insulina el pH permanece por debajo de 7, es recomendable administrar 1-2 mEq/kg
de bicarbonato sódico durante 1 hora.
COMPLICACIONES
Las complicaciones más frecuentes que pueden surgir en el transcurso de una
descompensación hiperglucémica son: la hipoglucemia, debida a un aporte insulínico
excesivo; la hipopotasemia, por un aporte insuficiente de potasio; y la hiperglucemia,
secundaria a un inadecuado cambio de la administración endovenosa de insulina a su
aporte por vía subcutánea.
La complicación más temida en el caso de la CAD, aunque también puede
presentarse en la DHH, es el edema cerebral. Ésta es infrecuente, pero posee una
mortalidad superior al 50%. Es más común en niños con CAD (0,7-1%), aunque puede
aparecer en cualquier edad. Clínicamente se caracteriza por un deterioro progresivo
del nivel de conciencia, acompañado de cefaleas, vómitos, convulsiones, alteraciones
pupilares, incontinencia y bradicardia. Su mecanismo fisiopatológico es desconocido,
aunque probablemente se relacione con variaciones bruscas en la osmolalidad
plasmática. Para prevenir su aparición se recomienda una corrección gradual de los
déficit de sodio y agua, y el aporte de suero glucosado cuando la glucemia alcance los
250-300 mg/dl, con el fin de lograr una corrección progresiva de la osmolalidad
plasmática.
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 42
C O M P L IC A C IO N E S C R Ó N IC A S D E L A
D IA B E T E S M E L L IT U S
La diabetes se considera la epidemia del siglo XXI por el elevado incremento de
personas que padecerán la enfermedad en los próximos años. Esto ocurrirá de forma
más acusada en los países en vía de desarrollo.
La diabetes describe un trastorno metabólico de etiología múltiple, que da como
resultado anomalías de la secreción de la insulina (disfunción de las células-β), la
acción de la insulina (resistencia a la insulina) o ambas. Se caracteriza por
hiperglucemia crónica con trastorno del metabolismo de los hidratos de carbono, los
lípidos y las proteínas.
La diabetes mellitus (DM) genera daño circulatorio sistémico desde el momento en
que se inicia y se pueden observar lesiones histológicas en diversos tejidos a los cinco
años de evolución de la enfermedad, que se manifiestan clínicamente alrededor de los
diez años, en particular en los diabéticos crónicamente mal controlados. El daño se
produce a nivel micro y macrovascular.
La enfermedad vascular comprende complicaciones macro y microvasculares. (as
complicaciones macrovasculares son la aterosclerosis coronaria acelerada, la
aterosclerosis cerebrovascular acelerada y la enfermedad vascular de extremidades
inferiores acelerada. Las principales complicaciones microvasculares son la
retinopatía, la nefropatía y la neuropatía. Las complicaciones crónicas también
incluyen el pie diabético, con componentes de daño neuropatico micro y
macrovascular.
La DM genera daño circulatorio sistémico desde el momento en que se inicia y se
pueden observar lesiones histológicas en diversos tejidos a los cinco años de evolución
de la enfermedad, que se manifiestan clínicamente alrededor de los diez años, en
particular en los diabéticos crónicamente mal controlados. El daño se produce a nivel
micro y macrovascular.
La hiperglucemia es el principal factor responsable de las complicaciones crónicas,
las que incluso se observan en caso de disminución de la tolerancia a la glucosa. Un
óptimo control metabólico, mediante una terapia intensiva, puede prevenir o retardar
la aparición de complicaciones (DCCT, UKPDS, DECODE), sin embargo, una vez que
se encuentran en etapas avanzadas, la normoglucemia es incapaz de revertir el
proceso e incluso, a veces, de detener su progresión
Los efectos de la diabetes incluyen lesión, disfunción e insuficiencia de varios
órganos a largo plazo. Con frecuencia los síntomas no son graves o no se presentan;
por consiguiente, una hiperglucemia suficiente como para causar cambios patológicos
y funcionales puede estar presente durante un periodo prolongado antes de que se
realice el diagnóstico. La DM es la principal causa de ceguera en los países
desarrollados, la primera causa de amputación no traumática y de fallo renal y
multiplica por 2-4 el riesgo de morbimortalidad cardiovascular. El 75% de las muertes
en los pacientes con DM tipo 2 ocurren por una enfermedad cardiovascular. La DM
tipo 2 incrementa la severidad de las complicaciones cardiovasculares. La mortalidad
cardiovascular es especialmente elevada en pacientes con albuminuria.
La DM tipo 2 provoca un envejecimiento precoz. El conocimiento de los
mecanismos patogénicos de sus complicaciones crónicas nos dará información sobre
la propia patogénesis del envejecimiento, cabe plantearse el estado diabético como un
modelo para el estudio del envejecimiento.
MECANISMOS INVOLUCRADOS EN LA
COMPLICACIONES CRÓNICAS DE LA DM
PATOGENIA
DE
LAS
¿Por qué se produce daño vascular en la hiperglucemia? Se han descrito cuatro
mecanismos fundamentales (figura 42.1).
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Figura 42.1. Mecanismos de la hiperglucemia en la producción del daño vascular
Incremento de la actividad aldosa reductasa (AR). Vía de los
polioles
La hiperglucemia mantenida, en algunos tejidos, puede activar vías metabólicas
alternativas cuyos metabolitos pueden afectar la función celular. Uno de estos
mecanismos de consumo de glucosa es la vía del poliol que participa en tejidos como
la membrana basal glomerular, cristalino, mielina y axón de nervios periféricos. Un
diabético con hiperglucemia crónica tiene aumentado el flujo de esta vía. Por lo tanto,
aumentan los niveles de sorbitol y fructosa que quedan atrapados en el interior de la
célula porque la membrana es impermeable a estos polioles. El acúmulo de sorbitol en
el interior de las células conduce a un aumento en la osmolaridad intracelular y a un
descenso del mioinositol. Por otra parte la aldosa reductasa reduce los niveles de
NADPH celular lo que altera la producción de óxido nítrico endotelial y el balance
redox. Se altera un importante sistema antioxidante intracelular dependiente del
glutation.
Aceleración de la la glicosilación no enzimática.
La glicosilación no enzimática de las proteínas (GNE) es la capacidad de la glucosa de
unirse a proteínas sin precisar mediación enzimática. Esta vía que se inicia con el
intermediario gliceraldehido-3-fosfato conduce a la formación de los llamados
productos finales de la glicosilación no enzimática (PFGA, y AGEs, advanced
glycosilated end products). Esta vía ha sido estudiada especialmente por M. Brownlee
y su equipo. Los formación de AGEs intacelulares, más que los extracelulares, ejercen
un importante papel en los cambios celulares observados en los tejidos diabéticos y su
formación es mucho más rápida de lo que previamente se creía. Se describen tres
efectos principales de la formación de AGEs intracelular:
• alteración funcional de proteínas intracelulares.
• alteración en la interacción con los receptores de AGEs.
• alteración en la interacción con la matriz y otras células.
Los AGEs afectan las proteínas circulantes, la membrana celular y las proteínas
intracelulares.
Algunos de los principales efectos de la GNE son:
• menor degradación de proteínas glicosiladas (matriz mesangial, membrana
basal, colágeno, fibrinógeno)
• glicosilación de los ácidos nucleicos, alterando la función del DNA (mutaciones)
• alteración a nivel de receptores. Los macrófagos, monocitos y células
endoteliales tienen receptores de superficie cuya glicosilación impide su
función de reconocimiento de moléculas.
• inmunogenicidad: existen fuertes evidencias de que el sistema inmune influye
en la progresión de la aterosclerosis (anticuerpos contra el colesterol-LDL
glicosilado en diabéticos, formación de complejos inmunes con LDL oxidadas,
presencia de linfocitos T en prácticamente todas las lesiones ateroscleróticas)
Los AGEs intervienen en el daño renal por su efecto tóxico sobre la células
endoteliales y mesangiales del glomérulo, las modificaciones estructurales y
funcionales del colágeno tipo IV y el aumento de su tasa de síntesis a nivel renal.
Activación del diacilglicerol (DAG) y proteína quinasa-C (PKC).
La hiperglucemia mantenida aumenta el flujo de intermediarios glicolíticos hacia la
síntesis de DAG, el cual es un potente estímulo para la producción de PKC,
provocando daño de la microcirculación y neuronal, aumento de la permeabilidad
vascular y de la expresión de factores de crecimiento como el VEGF (vascular
endotelial growth factor) y el TGF-β (transforming growth factor β).
Activación de la vía de la hexosamina
Se activa cuando los niveles de glucosa intracelular son elevados con nocivas
consecuencias sobre proteínas y factores de transcripción mediadas por la formación
de N-acetil-glucosamina. Se ha estudiado la inhibición de todas estas vías patogénicas
en modelos experimentales de microangiopatía y en la mayoría de los casos se
demostró eficacia.
Brownlee ha descrito un modelo integrador de todos estos mecanismos
patogénicos a través de la sobreproducción mitocondrial de superóxido (figura 42.2).
Esta teoría junto con su trayectoria investigadora en este campo durante décadas, le
ha hecho recientemente merecedor del premio Banting en el año
2004, la
condecoración más reconocida por la Sociedad Americana de Diabetes. Brownlee, no
satisfecho con la interpretación fragmentada del problema buscó un vínculo entre
todos estos mecanismos patogénicos. Descubrió como el aumento de flujo a través de
la vía glicolítica provoca aumento de la producción mitocondrial de sustancias oxígeno
reactivas (ROS) las cuales activaban un sistema enzimático llamado poli-ADP-ribosa
polimerasa-1 (PARP-1), el cual a su vez inactiva una enzima localizada en la vía
glicolítica, inhibiendo así esta vía. Como consecuencia aumenta el flujo a través de las
cuatro vías patogénicas descritas, dado que el acúmulo de productos intermedios
previos al punto de bloqueo enzimático son iniciadores de esas cuatro
vías
patogénicas.
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Figura 42.2. Vías metabólicas de la glucosa implicadas en la patogenia de las complicaciones crónicas de la
DM. (Modificado de Brownlee M, 2000)
Habiendo descrito un mecanismo unificador de las distintas teorías patogénicas, el
equipo de Brownlee es pionero en la investigación de nuevas terapias para la
prevención de las complicaciones crónicas de la DM. Una de las teorías se basa en
desviar los intermediarios de las vías tóxicas a otras vías no tóxicas; lo cual es viable,
por ejemplo, inactivando la enzima transcetolasa con la tiamina (vitamina B1).
Estudios en cultivos celulares y en modelos experimentales de retinopatía diabética
mostraron como la
activación de la transcetolasa
normalizó las anomalías
bioquímicas inducidas por la hiperglucemia y, aún más importante, previno la
retinopatía. Otra aproximación fue inhibir la enzima inducida por ROS (PARP-1); la
administración de inhibidores PARP a animales diabéticos promete también resultados
esperanzadores.
El estrés oxidativo provoca la activación de genes implicados en la disfunción
endotelial y la arteriosclerosis. La hiperglucemia aguda incrementa la concentración
de radicales libres. Este aumento de la capacidad oxidativa eleva los niveles de
lipoproteínas de baja densidad (LDL) oxidadas, componentes de las células de
xantoma de las placas arterioscleróticas. El aumento del estrés oxidativo también
disminuye los niveles de óxido nítrico (NO), molécula involucrada en el mantenimiento
de la integridad endotelial.
Un incremento de la expresión de las moléculas de adhesión incrementa la
migración de los macrófagos, mientras que una activación de la expresión del factor de
crecimiento incrementa la proliferación de las células musculares lisas vasculares.
Actualmente se acepta que las complicaciones pueden tener una base metabólica
común, pero es posible que factores genéticos desempeñen un papel importante.
También es probable que las alteraciones metabólicas y funcionales interactúen de
forma sinérgica en el desarrollo de la micro y macroangiopatía. Los efectos de todos
estos procesos son múltiples (figura 42.3):
• alteración de la microcirculación: Inicialmente se observa dilatación de
arteriolas y vénulas con aumento del flujo, fenómeno reversible con buen
control metabólico.
• alteraciones del glóbulo rojo: se modifican las características de membrana
debido a la glicosilación de las proteínas, disminución del ácido siálico y del
colesterol.
• alteración de las células endoteliales, plaquetas y coagulación: se ha
demostradoalteración en la reactividad plaquetaria por glicosilación de su
membrana y de los productos liberados por ella.
• modificación de las lipoproteínas: las dos principales modificaciones en las
lipoproteínas de los diabéticos son la glicosilación no enzimática y la
modificación oxidativa, ambas determinan un mayor potencial aterogénico.
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Figura 42.3. Hiperglucemia y daño vascular
Se ha estudiado la inhibición de todas estas vías patogénicas en modelos
experimentales de microangiopatía y en la mayoría de los casos se demostró eficacia
(tabla 42.1). La aminoguanidina (AMG), un inhibidor de la formación de AGEs ha sido
valorada en ensayos clínicos con pacientes DM1 y DM2 demostrando eficacia en la
prevención de la progresión de la nefropatía y retinopatía pero con efectos adversos
(anemia, elevación de ANA y ANCA). El fidarestat se ha valorado para el tratamiento de
la neuropatía diabética demostrando beneficio en el control de la hiperestesia.
Tabla 42.1. Estrategias terapéuticas
Optimización glucémica (DCCT, UKPDs, Kumamoto)
Antioxidantes (Vit C, Vit E, Se, Zn, AMG, Probucol, Troglitazona
Inhibidores de la PKC (LY333531, CalphostinC, Staurosporine)
Inhibidores de la GNE (AMG, OPDB-9195, Tenilsetam)
Intervención sobre la iNOS: AMG
Inhibidores específicos de factores de crecimiento local
Inhibidores de la AR: Sorbinil, Statil, Tolrestal, Epulrestat, AG)
El nivel tisular de AGEs se puede cuantificar de forma indirecta por su señal de
fluorescencia tras la digestión del colágeno tisular. Podemos observar (resultados
propios) como un trasplante precoz de islotes en ratas diabéticas previene e inhibe la
formación de estos productos (figura 42.4).
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Figura 42.4. Efecto del trasplante precoz de islotes sobre la formación de AGEs
OTROS FACTORES CON EFECTO ATEROGÉNICO
Dislipemia diabetica
La grasa abdominal excesiva, típica del diabético tipo 2, produce niveles elevados de
ácidos grasos libres, y una producción excesiva de lipoproteínas ricas en triglicéridos,
con una disminución de los niveles de lipoproteínas de alta densidad (HDL). Las
principales anomalías lipídicas de la diabetes tipo 2 son la reducción de los niveles de
colesterol-HDL y el aumento de los triglicéridos. Esto conduce a un aumento de la
relación colesterol total: colesterol-HDL. La diabetes tipo 2 se asocia a un predominio
de partículas LDL-C pequeñas y densas que son más susceptibles a la oxidación y
más aterógenas.
Resistencia a la insulina
Se ha identificado la resistencia a la insulina como un factor de riesgo independiente
de enfermedad cardiovascular. Varios estudios han comprobado que la resistencia a la
insulina precede al desarrollo de la diabetes tipo 2 y puede estar presente 2-3 decenios
antes de su aparición. Se ha estimado que el 50% de los pacientes presenta síntomas
de enfermedad macrovascular antes del diagnóstico de diabetes. La adiposidad (de
predominio abdominal), típica de la DM tipo 2 puede conducir a una sobreproducción
de citoquinas proinflamatorias que provocan aterogénesis, activando la producción de
marcadores inflamatorios que incrementan la coagulación.
COMPLICACIONES CRÓNICAS DEL PACIENTE DIABÉTICO
Nefropatía diabética
Al analizar los casos nuevos de insuficiencia renal terminal, aproximadamente el 33%
de éstos corresponden a nefropatía diabética (ND), lo que convierte a este
padecimiento en la causa más común de enfermedad renal terminal en el mundo
occidental, es así como da cuenta de 1/3 de los pacientes en diálisis. En los pacientes
diabéticos tipo1 la nefropatía es la principal causa de muerte.
La prevalencia de DM tipo 2 en España es del 20% en las personas de edad
superior a 65 años. De ellos, el 25% desarrollarán ND. Un 40% de estos pacientes
llegará a desarrollar insuficiencia renal crónica que precise tratamiento sustitutivo. Un
porcentaje no despreciable de pacientes con ND fallecerán prematuramente por causa
fundamentalmente cardiovascular. Cuanto mayor es el daño renal, mayor es el riesgo
de eventos cardiovasculares. Más del 80% del incremento de mortalidad
cardiovascular de los pacientes diabéticos aparece en los enfermos con nefropatía.
Los pacientes diabéticos tipo 1 habitualmente son pacientes jóvenes, en los que se
conoce el inicio de la enfermedad y que no suelen presentar patología renal ni
vascular asociada. La hipertensión aparece y evoluciona paralelamente con el daño
renal incipiente. Un 30-40% de los diabéticos presentarán nefropatía diabética a lo
largo de su vida.
En la nefropatía diabética existen 3 cambios histológicos fundamentales a nivel
glomerular: aumento de la matriz mesangial, engrosamiento de la membrana basal
glomerular (MBG) y esclerosis del glomérulo.
Implicación de la angiotensina II en los mecanismos de desarrollo de daño
renal
La angiotensina II tiene un importante papel en el desarrollo y progresión del daño
renal y vascular en general en la hipertensión y en la nefropatía diabética. Su papel en
el desarrollo de daño renal se debe a efectos hemodinámicos intrarrenales induciendo
hiperfiltración al producir vasoconstricción de la arteriola eferente, lo que contribuye
al desarrollo de hipertensión intraglomerular. La hipertensión intraglomerular junto
con las alteraciones en la permeabilidad de la MBG favorecen el desarrollo de
proteinuria que a su vez contribuye al daño renal. Además se ha demostrado que
angiotensina II, a través de sus efectos sobre el receptor AT1 de la angiotensina II,
estimula la expresión de factores de crecimiento, en especial del TGF-β, que está
especialmente implicado en la producción de nefropatía diabética, principalmente en
la formación de esclerosis glomerular.
Así por sus efectos vasculares y tisulares la angiotensina II contribuye al
desarrollo y progresión del daño vascular y renal en los pacientes con diabetes.
El TGF-β contribuye a la hipertrofia celular y a la síntesis de colágeno que se
observan en la nefropatía diabética, es un factor decisivo en el crecimiento e
hipertrofia de la matriz mesangial, que llevará a la hipertrofia y esclerosis glomerular.
La hiperglucemia aumenta la expresión del TGF- β en el glomérulo y en las proteínas
de la matriz. Se ha observado una relación inversa entre los niveles de TGF- β y la
renoprotección, determinada mediante los niveles de filtración glomerular.
En los pacientes en los que se ha podido establecer el seguimiento de su
enfermedad desde el inicio, se han definido 5 etapas evolutivas de la progresión de su
enfermedad renal (figura 42.5), en función de la aparición de microalbuminuria,
proteinuria o insuficiencia renal. La evidencia clínica más precoz de presencia de
nefropatía diabética es la demostración de una elevación del filtrado glomerular
(Ccr>120 ml/min/1,73 m2), y la detección persistente de niveles anormales, aunque
sean bajos, de albúmina en orina (tabla 42.2). La evolución de la presión arterial y de
la proteinuria son marcadores de la evolución de la nefropatía diabética.
La visión homogénea de la evolución del daño renal producido en los diabéticos
tipo 1 no suele tener paralelismo en los diabéticos tipo 2, en los que la DM aparece
habitualmente en la 4ª o 5ª década de la vida. Los pacientes diabéticos tipo 2, antes
del desarrollo de la diabetes, presentan ya alteración sobre los tejidos y, por tanto
también sobre el riñón, secundarios al envejecimiento, hipertensión arterial,
tabaquismo, obesidad, etcétera. Estos hechos condicionan de forma fundamental la
respuesta renal al efecto inducido por los cambios metabólicos de la DM y
complicarán de forma importante la evolución de la enfermedad renal en dichos
pacientes.
Aunque en la DM 2 se mantienen los mismos criterios básicos de clasificación del
daño renal que los establecidos por Mogensen para la diabetes tipo 1, marcados
fundamentalmente por la aparición de microalbuminuria, proteinuria e insuficiencia
renal, hay que tener presente en los pacientes con DM 2 que en muchas ocasiones no
conocemos la fecha de comienzo de la propia diabetes, que puede preceder por
término medio 10 años a la fecha del diagnóstico clínico de la misma.
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Figura 42.5. Etapas evolutivas de la progresión de su enfermedad renal
Muchos pacientes presentan cambios renales funcionales, hipertensión y
microalbuminuria, que incluso anteceden al diagnóstico de diabetes. Los pacientes
con DM 2 pueden tener, debido a su edad, mayor probabilidad de daño renal
secundario a otras patologías primarias que pueden asociarse a la diabetes. Si bien
con menor fidelidad que en la DM 1, la falta de asociación de retinopatía diabética y
la rápida progresión de la insuficiencia renal deben hacer sospechar la asociación de
otras patologías diferentes a la diabetes.
Tabla 42.2. Excreción urinaria de albúmina
Normal
Microalbuminuria
Proteinuria
Orina 24 h
(mg/24 h)
Muestra orina aislada
cociente albúmina/creatinina
(mg/g ó µg/mg)
Orina minutada
(µ
µg/mg)
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30-299
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30-299
>300
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20-199
>200
La evolución de la excreción urinaria de albúmina y de la hipertensión arterial
marca de forma definitiva la progresión de la pérdida de función renal y de la
mortalidad cardiovascular. Además, el tratamiento de la hipertensión junto con el de
otros factores que condicionan la progresión del daño renal, especialmente el bloqueo
del sistema renina angiotensina (SRA), pueden no sólo enlentecer la progresión del
daño renal, sino revertir la evolución, con el paso de proteinuria a microalbuminuria
o incluso normoalbuminuria, lo que tendrá una repercusión vital en el futuro del
paciente
La evolución natural de la pérdida de función renal en los pacientes con nefropatía
diabética desde el inicio de proteinuria, dejados a su evolución, es por término medio
12 ml/min/año. Algunas intervenciones desafortunadas pueden acelerar el deterioro
de la función renal, como la utilización de agentes nefrotóxicos. El control de la
glucemia y sobre todo de la HTA puede enlentecer la tasa de deterioro de la función
renal.
Los estudios BENEDICT, IRMA 2, MICROHOPE, IDNT y RENAAL han demostrado
que la inhibición del SRA puede enlentecer la progresión del daño renal, de forma
adicional a lo aportado por el adecuado control de la HTA. Diversos estudios ha
demostrado el beneficio del tratamiento con irbesartán, losartran y ramipril en
pacientes con DM 2 en
una reducción significativa
en la progresión de
microalbuminuria a macroalbuminuria. Posteriores estudios han demostrado el
beneficio del valsartran y trandolapril en la prevención de la microalbuminuria.
El objetivo de detener la progresión es posible en algunos casos de control estricto
de la diabetes, HTA y bloqueo del SRA, siempre que la actuación sea lo
suficientemente precoz. Igualmente es posible mejorar la función renal en pacientes
que reciben un
trasplante pancreático. La microalbuminuria, además, es un
marcador de morbimortalidad cardiovascular aumentada. El hallazgo de
microalbuminuria es una indicación de ampliar el estudio y la intervención sobre
otros factores de riesgo cardiovascular: lípidos, HTA, tabaco, sedentarismo.
Sin una detección precoz e intervención específica, la presencia de
microalbuminuria en la DM evoluciona en el tiempo hacia albuminuria y nefropatía
manifiestas, y con posterioridad hacia insuficiencia renal.
La microalbuminuria rara vez aparece en la DM tipo 1 de comienzo reciente.
Aproximadamente un 80% de los pacientes con DM tipo 1 que desarrollan
microalbuminuria persistente llegan a albuminuria clínica o nefropatía manifiesta en
un plazo de 10-15 años. En esta última situación, sin intervención específica, el
aclaración de creatinina desciende a un ritmo variable según individuos (2-20
ml/min/año). Un 50% de pacientes con nefropatía manifiesta desarrollan insuficiencia
renal crónica terminal en un periodo de 10 años.
Una proporción elevada de pacientes con DM tipo 2 presentan microalbuminuria
poco tiempo después del diagnóstico de su diabetes. Sin una intervención específica,
el 20-40% progresarán hacia nefropatía manifiesta, y una vez detectada ésta sólo el
20% lo harán hacia insuficiencia renal terminal.
Este comportamiento justifica el diferente momento en el que hay que iniciar el
despistaje de la microalbuminuria según estemos ante una DM tipo 1 ó 2, será en el
momento del diagnóstico de la DM2 y a partir de los 5 años de evolución de la DM1.
Si es positiva, y una vez descartadas condiciones clínicas que puedan inducirla, la
medición cuantitativa de la proteinuria es frecuentemente útil para el control evolutivo
de un plan terapéutico correcto. En este despistaje inicial, si la microalbuminuria es
negativa, se debe repetir anualmente. Caso de ser positiva, como consecuencia de la
variabilidad de la excreción de albúmina por orina de un día a otro, y si no hay
situaciones clínicas que puedan justificarla, es necesario confirmar la positividad de la
microalbuminuria en 2-3 muestras de orina, a lo largo de un periodo de 3-6 meses.
Sólo en este último caso se puede hablar realmente del diagnóstico de
microalbuminuria e iniciar el tratamiento adecuado.
Enfermedad cardiovascular
La enfermedad cardiovascular es especialmente elevada en los pacientes con diabetes
mellitus. La enfermedad cardiovascular es entre 2-4 veces más frecuente que en la
población general. Los estudios de Framingham no sólo demostraron un mayor riesgo
cardiovascular sino que éste es, además, superior en las mujeres. Más de un 75% de
los pacientes diabéticos fallecen de un episodio cardiovascular; la existencia de una
alteración de los hidratos de carbono aumenta la mortalidad de cualquier evento
cardiovascular. La intolerancia a la glucosa es también un factor de riesgo
cardiovascular y debe ser considerada como una variable continua; es decir, los
pacientes con intolerancia a la glucosa presentan un mayor riesgo que los pacientes
con un metabolismo normal e inferior a los pacientes con diabetes.
La presencia de albuminuria es un marcador de riesgo de enfermedad
cardiovascular, más que de nefropatía, en los pacientes con diabetes mellitus tipo 2.
En el estudio de Haffner se demuestra como la condición de ser diabético confiere
tanto riesgo cardiovascular como haber padecido previamente un IAM. Estos datos y
los de otros estudios (CARDS, HPS) condujeron al National Cholesterol Education
Program (NCEP) a declarar que los pacientes con diabetes tipo 2 tenían un riesgo
cardiovascular equivalente a aquellos que habían tenido una enfermedad
cardiovascular y son pues pacientes con alto riesgo cardiovascular subsidiarios de
una intervención terapéutica del tipo prevención secundaria .
Conclusiones acerca de microalbuminuria, proteinuria y riesgo vascular en la
diabetes mellitus
•
la enfermedad cardiovascular es la causa más frecuente de mortalidad en los
pacientes con diabetes mellitus.
• la albuminuria es el principal marcador de riesgo cardiovascular. La HTA es el
factor de riesgo asociado, no metabólico, más relevante en la enfermedad
diabética
• el bloqueo a la acción de la angiotensina II mediante los inhibidores de la ECA
o ARA II, reducen los episodios cardiovasculares y la nefropatía diabética.
Está demostrado en estudios recientes que el control intensivo de la glucemia
(HbA1c<6,5%), proteinuria (IECA y/o ARA2), PA (<130/80)y lípidos (LDL<100mg/dl y
opcionalente<70mg/dl) frena la rapidez de la evolución de la retinopatía, neuropatía y
nefropatía de estos pacientes.
Patología ocular
La diabetes es una de las causas más importantes de ceguera adquirida en el mundo.
El riesgo de ceguera en los diabéticos es 25 veces superior al resto de la población. La
retinopatía diabética (RD) es la lesión ocular más importante en el diabético pero no la
única. También se pueden producir cambios en la refracción del cristalino y
alteraciones de los nervios oculomotores entre otros.
• control metabólico: el DCCT (diabetes control and complication trial), un estudio
que relaciona las complicaciones crónicas con el control metabólico en
diabéticos tipo 1, demostró que en los pacientes con control metabólico estricto
disminuyó el riesgo de desarrollo de retinopatía diabética en 76% y el riesgo de
progresión en 54%.
• lípidos: algunos estudios han demostrado que el colesterol total es un factor
relacionado con la presencia de exudados duros (céreos), estos a su vez se
relacionan con factor de riesgo significativo para el desarrollo de edema
macular.
• proteinuria: la microalbuminuria se relaciona con un riesgo aumentado de
nefropatía y complicaciones cardiovasculares en el paciente diabético. Hay
suficientes estudios que informan que la microalbuminuria es un marcador
vinculado significativamente con cualquier nivel de RD.
• hipertensión arterial: la correlación entre severidad de la retinopatía e
hipertensión ha sido demostrada en numerosos estudios. Se ha demostrado el
beneficio de los IECAs y ARA2 en la retinopatía.
• embarazo: repetidas investigaciones indican que el embarazo se correlaciona
significativamente con la progresión de la RD. La vigilancia oftalmológica ha de
ser estrecha durante este periodo.
Desde el punto de vista patogénico, se han involucrado diversas alteraciones
metabólicas y estructurales. Entre las anomalías estructurales destacan el aumento
progresivo de la membrana basal endotelial y la pérdida de los pericitos de los
capilares retinianos. Normalmente existe igual número de células endoteliales y
pericitos. Estos últimos contienen aldosa reductasa y utilizan la vía del sorbitol. La
hiperglucemia mantenida por períodos prolongados provoca la pérdida selectiva de
pericitos, con conservación de las células endoteliales, lo que contribuye a la
hiperpermeabilidad que presentan estos capilares. La presencia microaneurismas
retinianos puede correlacionarse directamente con la desaparición de pericitos, ya que
el debilitamiento de la pared capilar crea puntos de menor resistencia que son el
origen de estas eventraciones saculares. Las alteraciones fisiopatológicas básicas de la
RD se reducen a dos.
• permeabilidad vascular alterada
• hipoxia retiniana
Los capilares retinianos son particularmente herméticos y las uniones entre las
células endoteliales son fuertes y estrechas. Estas uniones hacen imposible el paso de
macromoléculas (proteínas y lípidos) desde el interior del vaso al parénquima
retiniano. En la microangiopatía diabética, la ruptura de estas barreras permite el
paso de lipoproteínas que se depositan en la retina. El edema retiniano es causado por
el efecto oncótico de las macromoléculas. Michaelson (1954), fue el primero en
proponer que la retina hipóxica producía un factor vasoproliferativo que se difundía
por vía sanguínea induciendo neovascularización. Las moléculas angiogénicas más
importantes que se conocen en la actualidad son factores de crecimiento, como el
factor de crecimiento de los fibroblastos a y b, el VEGF y la angiotensina. Los factores
de crecimiento aumentan en respuesta a la hipoxia. Así, en ojos con
neovascularización retiniana a menudo se encuentran grandes zonas de mala
perfusión retiniana. Los brotes de neoformación crecen intrarretina, pero pueden
invadir el vítreo. Los factores de vasoproliferación son también responsables de vasos
de neoformación en el iris que dan lugar al glaucoma neovascular.
Se recomienda un examen oftalmológico anual, realizado por especialista después
de 5 años de evolución en el paciente con diabetes 1 y desde el momento del
diagnóstico en pacientes con diabetes 2. Será indicación del especialista la realización
de angiografía con fluoresceína y la evaluación de campo visual.
Pie diabético
En la figura 42.6 se describen los distintos mecanismos integrados en su patogénia.
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Figura 42.6. Etiopatogenia del pie diabético
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CAPÍTULO 43
A V A N C E S E N E L T R A T A M IE N T O D E L A
D IA B E T E S M E L L IT U S
*
PREVENCIÓN DE LA DIABETES MELLITUS
Diabetes mellitus tipo 1: inmunomoduladores
La diabetes mellitus tipo 1 (DM1) es una enfermedad de etiología desconocida causada
por la destrucción de las células productoras de insulina por parte del sistema
inmunitario. Se conocen factores genéticos y desencadenantes ambientales que
confieren susceptibilidad de desarrollar la enfermedad, así como alteraciones
inmunológicas asociadas al proceso inflamatorio de los islotes. Estos datos, junto con
los modelos animales desarrollados (espontáneos o genéticamente manipulados) y los
ensayos clínicos para evitar la manifestación de la enfermedad, han generado
conocimiento y multitud de hipótesis, pero hasta el momento no existe prevención
efectiva frente a la DM1. El futuro de las investigaciones en este campo se centra, en
primer lugar, en definir que población corre el riesgo de ser diabética en un futuro
próximo y, en segundo lugar, encontrar un tratamiento específico que la proteja.
Una línea importante de investigación es el conocimiento de marcadores inmunes
y moleculares que nos faciliten el diagnóstico precoz de la DM1 y DM2. Los
anticuerpos anti GAD (glutamic acid decarboxylase) y anti tirosina fosfatasa IA-2, son
capaces de seleccionar a la población con alto riesgo de padecer DM1 en los próximos
años. El uso de estos marcadores de autoimmunidad junto con un determinado
haplotipo genético permite la selección de una población con riesgo elevado de
contraer la enfermedad. Además está comprobado que, en animales de
experimentación, la administración de pequeñas cantidades de GAD, o incluso de
otras proteínas del islote, es capaz de evitar la diabetes mellitus. Otros trabajos
señalan a determinadas citocinas como capaces de prevenir la evolución de la
enfermedad.
En humanos no se ha demostrado un tratamiento inmunomodulador eficaz para
la prevención de la diabetes. Experiencias administrando insulina oral, insulina
subcutánea y endovenosa han dado resultados negativos. Tampoco el tratamiento con
immunomoduladores tales como la nicotinamida, sustancia que generó grandes
esperanzas dada su excelente tolerancia, ha demostrado ser eficaz.
No existen datos en humanos que sugieran que, en un corto plazo de tiempo, la
DM1 pueda ser prevenida. Hasta que no logremos conocer los mecanismos
moleculares que participan en el proceso de destrucción de los islotes, los avances
serán limitados. Existen algunos datos positivos en trabajos orientados a la selección
de clones autorreactivos así como en el proceso de immunomodulación de citocinas.
Diabetes mellitus tipo 2
En cuanto a la DM2, la mayoría de los esfuerzos se orientan a identificar el gen o los
genes susceptibles de presentar un defecto que comprometa la secreción de insulina
de la célula pancreática, o la utilización de la insulina por los tejidos periféricos. El
descubrimiento de los genes responsable de la forma MODY de diabetes plantea ya
posibilidad de un tratamiento etiopatogénico. Es probable, que tras haber secuenciado
el genoma humano, y tras el desarrollo de las técnicas de genómica y proteómica,
podamos llegar a conocer los genes responsables de DM tipo 2. La identificación de las
dianas terapéuticas es el primer paso para la investigación pero a partir de ese punto
se inicia un nuevo y largo trabajo de investigación.
No debemos olvidar que la DM2 es una enfermedad cuya etiopatogenia está muy
ligada a nuestra forma de vida (sedentarismo y desarrollo de obesidad central). Los
ensayos que han utilizado el ejercicio y el cambio del estilo de vida como medida para
prevenir o retrasar la aparición de la enfermedad se han demostrado altamente
eficientes (DPS). De gran interés también son los ensayos de prevención con
metformina (DPP) y con acarbosa (STOP NIDDM) que han demostrado también un
efecto beneficioso en la prevención de la enfermedad (tabla 43.1) y en el STOP-NIDDM
la prevención del riesgo cardiovascular. El orlistat ha demostrado también un
beneficio en el perfil metabólico y en la prevención de la DM junto a su efecto de
reducción ponderal (estudio XENDOS).
Tabla 43.1. Comparación entre los estudios de prevención
Grupo
DPS
DPP
STOP
NIDDM
Control
Estilo de vida
Control
Estilo de vida
Metformina
Control
Acarbosa
Reducción del
riesgo (%)
Pacientes
necesarios para
tratar
(sujetos/años)
58
58
31*
25 (36*)
5/5
7/3
14/3
11/3
Revista (año)
N Engl J Med
(2001)
N Engl J Med
(2002)
Lancet (2002)
EL TRASPLANTE CELULAR
Los pacientes con DM1 dependen de la administración de insulina exógena para
controlar sus concentraciones de glucosa. Para mejorar la calidad de vida y disminuir
el riesgo de complicaciones secundarias, las perspectivas de futuro se enfocan hacia
campos revolucionarios como la terapia génica, las células pluripotenciales o troncales
y el trasplante de islotes. La finalidad es, en todos los casos, conseguir una fuente de
insulina endógena con regulación metabólica.
La terapia génica consiste en introducir en el individuo el gen de la insulina en
otros tipos celulares distintos a las células β, por ejemplo en hepatocitos o células
musculares. Esto se hace a través de vectores virales que en ocasiones son destruidos
por el propio sistema inmunitario. Las células pluripotenciales son células no
diferenciadas de origen embrionario o del propio individuo adulto, a partir de las
cuales puede derivar cualquier tipo celular. La célula β, así generada, podría ser
autóloga y, por tanto, no induciría rechazo al implantarse en el individuo ni requeriría
promotores distintos del mismo promotor de la insulina. Por contra, existe el riesgo de
que se produzca de nuevo el ataque autoinmunitario que inicialmente causó la
enfermedad (recurrencia). En el caso de trasplante de islotes purificados, un problema
importante es la escasez de donantes (se necesita un mínimo de 2 donantes para
conseguir islotes para un receptor), a lo que se añade un proceso enzimático complejo
y estresante para la obtención de islotes y una terapia inmunosupresora de por vida
para los pacientes trasplantados. Sin embargo, el protocolo de Edmonton del grupo
de J. Shapiro (con cambios en la cantidad de islotes implantados y en el protocolo de
inmunosupresión, sin glucocorticoides) ha logrado resultados esperanzadores en ese
campo, consiguiendo independencia de la insulina exógena en el 80% de los pacientes
transplantados después de un año, sin que se hayan observado complicaciones
importantes y siendo reproducible la técnica en otros centros. Estos resultados
supusieron en el año 2000 un giro espectacular respecto a los resultados obtenidos
hasta entonces con el trasplante de islotes.
Por el momento este protocolo se aplica en centros europeos en caso de trasplante
combinado o tras trasplante renal. Debido a las limitaciones que supone la
dependencia de por vida de un tratamiento inmunosupresor las indicaciones de
trasplante aislado de islotes en diabéticos tipo 1 son muy limitadas.
Aún cuando el trasplante celular logre revertir la diabetes se presentan dos
grandes retos. Primero la obtención de suficiente material biológico, para el
tratamiento de una población amplia de diabéticos tipo 1 y segundo evitar tanto el
rechazo como la inducción del proceso de agresión contra la célula que está en la
base de la enfermedad (tabla 43.2).
Tabla 43.2. Productos celulares para trasplante
Islotes humanos modificados
Islotes de cerdo modificados
Células β aisladas
Células pluripotenciales
Células transfectadas
No hay suficientes donantes para universalizar este tipo de tratamiento. En
España, donde somos los mejores en donación y donde tenemos, además, una
prevalencia baja de diabetes, no conseguiríamos, en la mejor de las situaciones,
trasplantar a más de 200 pacientes anuales. Sin embargo, cada año se diagnostican
3.000 nuevos casos de DM1.
Urge, pues, encontrar productos celulares, secretores de insulina que sean bien
tolerados por el receptor diabético. En esta línea de investigación han sido
comunicados resultados experimentales en ratones de gran interés, mediante el
trasplante de células pluripotenciales, las llamadas también células madre. La
posibilidad de que mediante procedimientos similares a los usados en ratones se
pueda lograr la obtención de células
a partir de células embrionarias o células
madre adultas ha generado una gran expectación.
Por otra parte, debemos encontrar formas de proteger estos trasplantes del
rechazo alogénico, y también de la propia memoria autoimmune del paciente
diabético. La encapsulación, la inmunomodulación, la reconstrucción génica son
posibles caminos (tabla 43.3).
Tabla 43.3. Productos celulares para trasplante
Encapsular las células
Cultivar e inmunomodular las células
Criopreservar
Modificar las células mediante terapia génica
Inmunomodulación del receptor
Otras estrategias terapéuticas de interés son la inducción de neogénesis a partir
de células ductales y la inducción de la replicación de las células
remanentes.
Ambas estrategias combinadas con mediadores que modifiquen el proceso de muerte
programada o apoptosis pueden favorecer el mantenimiento de una población ß
celular activa, resistente al ataque immune y capaz de mantener el status de
normoglucemia. Existen fármacos experimentales que reúnen estas propiedades y
que, de poderse aplicar en humanos, podrían ser de gran eficacia.
AVANCES EN INSULINOTERAPIA
El objetivo final de curar la diabetes, por el momento, no es algo que sea posible en
nuestra práctica clínica. Debemos saber seleccionar y hacer llegar a nuestros
pacientes las armas terapéuticas existentes para intentar lograr un nivel de glucemia
lo más próximo a la normalidad posible lo cual permitirá una mejora en su calidad de
vida y la prevención de las complicaciones agudas y crónicas de la enfermedad
(DCCT, UKPDS). El desarrollo de análogos de insulina capaces de aportar un perfil
insulínico cada vez más parecido al fisiológico constituye uno de los avances
terapéuticos de mayor eficacia clínica en los últimos años. Modificaciones en la cadena
de aminoácidos de la molécula de insulina han permitido el desarrollo de nuevas
moléculas con perfiles de biodisponibilidad muy interesantes. El desarrollo de
análogos de acción rápida (AAR), insulina lispro y aspart, y análogos de acción lenta
(AAL), glargina y levemir, han permitido mejorar el control metabólico y disminuir las
oscilaciones glucémicas de muchos pacientes que no llegaban al objetivo terapéutico
con las insulinas tradicionales. La posibilidad de que en un futuro próximo algunos
análogos puedan ser administrados por vía nasal u oral aumenta estas perspectivas.
La insulina inhalada es ya una realidad que ha demostrado su eficacia, con una
disponibilidad
comparable a la de los análogos rápidos, aunque con unas
indicaciones limitadas y una seguridad a largo plazo pendiente de ser demostrada.
Análogos de acción lenta
Estas insulinas actúan de una manera más lenta, pero más sostenida, que la NPH
pudiendo llegar a ejercer su efecto durante un periodo de 20-24 horas (no alcanza este
tiempo en todos los pacientes). Sin embargo, su mayor ventaja respecto a la insulina
intermedia no es su duración, sino la morfología de su curva sin un pico máximo de
acción, reduciendo por tanto el riesgo de hipoglucemias nocturnas. Se trata por lo
tanto, de una buena opción de mantenimiento de la insulinemia basal a la que
añadiríamos la inyección de 3 ó 4 dosis de insulina de acción rápida o análogo según
las características y circunstancias del paciente. Se recomienda su administración de
forma subcutánea una vez al día, si no se consigue un buen control, puede
administrarse dos veces al día. Para disminuir el riesgo de hipoglucemia la dosis
inicial será el 80% de las unidades de NPH. Posteriormente la dosis de estos análogos
se ajustarán según las glucemias prepandriales.
Glargina
Se trata de un análogo de acción retardada que se produce al añadir a la insulina
humana, por técnicas de recombinación genética, dos argininas en la región Cterminal de la cadena B, y sustituir la asparagina por glicina en la posición A21 de la
cadena A. Estos cambios hacen que esta insulina precipite con el pH neutro del tejido
subcutáneo, formando microcristales que se liberan lentamente y sin picos a la
sangre. La insulina glargina, tras su administración subcutánea, presenta una
absorción lenta y prolongada y un perfil relativamente constante de
concentración/tiempo a lo largo de hasta 24 horas. En muchos pacientes con DM 1
sin reserva pancreática suelen ser necesarias dos inyecciones para cubrir un día
completo. En caso de DM1 se asociará con análogos rápidos en dosis prepandrial y en
DM2 se puede indicar en dosis única o asociada a otra insulina prepandrial o
antidiabéticos orales insulinotropos prepandriales. Se han propuesto varias ventajas
de insulina glargina sobre la insulina isofánica de duración intermedia (NPH): mayores
reducciones de los niveles de hemoglobina glucosilada (A1C); mejor control de los
niveles basales (en ayunas) de glucosa en sangre; menos eventos hipoglucémicos, en
particular los eventos graves y nocturnos; los niveles basales de insulina tienen una
menor variabilidad inter e intraindividual, siendo más fácil el ajuste de la dosis de
cada paciente; finalmente, la administración una vez al día puede mejorar el
cumplimiento del tratamiento insulínico. En pacientes con un buen control metabólico
y con hipoglucemias mínimas o ausentes no parece indicado sustituir el uso de NPH
por glargina.
Detemir
Análogo soluble de insulina retardada que se caracteriza por la unión de la insulina a
un ácido graso, el ácido mirístico. El ácido mirístico se une a los receptores de ácidos
grasos presentes en la albúmina del paciente de forma reversible de manera que se
lentifica su absorción y se prolonga su acción. Esta insulina se une a la albúmina en
un 98% y sólo su fracción libre puede unirse a los receptores de insulina de las
células diana. Es soluble a pH neutro por lo que tras su inyección subcutánea
permanece líquida y por tanto con una menor variabilidad en su absorción. Tiene
menor potencia hipoglucemiante que la insulina NPH. Su duración de acción
aproximada es de 12-20 horas, siendo precisa en la mayoría de los casos la
administración de dos dosis diarias. La detemir tiene mejores niveles y menor
variabilidad de la glucemia en ayunas, menor riesgo de hipoglucemias totales y
nocturnas y menor ganancia de peso que la NPH. Su mayor ventaja parece ser la
reproducibilidad intraindividual en su perfil diario de actuación.
Insulinas de acción rápida
Utilizadas para el control de las glucemias postingesta y corregir situaciones de
descompensación con hiperglucemia.
Insulina regular.
Esta insulina se consigue tras un proceso de cristalización de la insulina en medio
ácido. Hasta hace poco se utilizaba en la mayoría de las pautas diarias junto a la
insulina intermedia y es la única insulina soluble que posibilita su uso vía
intravenosa. Sin embargo tiene un inicio de acción tardío (30 minutos) y un pico y
duración prolongados (4-6 h) por lo que su curva no se asemeja del todo a la secreción
fisiológica de insulina postingesta. Por este motivo se debe administrar una media
hora antes de las comidas. Este problema desaparece con los nuevos análogos de
acción rápida.
Análogos de acción rápida (AAR)
La modificación en su estructura molecular logra unas características
farmacocinéticas diferentes a las de la insulina regular con un perfil de acción más
rápido. Hoy en día disponemos de dos AAR en el mercado, la insulina aspart y la
insulina lispro. La insulina aspart es idéntica estructuralmente a la regular, salvo por
la sustitución de la prolina en la posición 28 de la cadena B por un ácido aspártico lo
que reduce la tendencia a la agregación de los monómeros. La insulina lispro cambia
la prolina de la posición 28 de la cadena B por la lisina de la posición 29.
El inicio de acción más rápido de estas insulinas (10-20 minutos) permite su
administración coincidente con las comidas. Son eficaces administrados tras las
comidas en niños pequeños con ingestas variables. Además de esta importante
ventaja, existen diversos estudios que concluyen que aquellos niños tratados con
insulina lispro presentan un menor número de hipoglucemias graves si se comparan
con los que recibieron insulina regular, y también un mejor control postpandrial tanto
en DM1 como en DM2.
Análogos de acción rápida versus insulina regular humana
Ventajas
• perfil acción más parecido a la insulina endógena.
• mejor control glucémico postpandrial.
• mayor disminución Hba1c en DM1
• menor número de hipoglucemias nocturnas.
• mejor calidad de vida por administración próxima a la comida.
Inconvenientes
• mayor coste.
• puede requerir incremento de dosis ó del número de inyecciones de insulina
basal.
•
seguridad y beneficio a largo plazo sin establecer.
Análogos de acción lenta versus insulina NPH
Glargina
Ventajas
• perfil farmacocinético más estable
• administración una vez al día.
• menor número de hipoglucemias totales y nocturnas.
• menor acción mitógena por la menor afinidad por receptor IGF-1 (insulina
detemir)
• menor ganancia de peso (insulina detemir).
Inconvenientes
• puede precisar aumento de la dosis de insulina de acción rápida prepandrial.
• menor potencia hipoglucemiante por lo que es necesario mayor dosis (insulina
detemir).
• no se puede mezclar en la misma jeringa con otras insulinas, por lo que se
necesitan 2 inyecciones.
• puede producir más dolor en el lugar de inyección.
• seguridad y beneficio a largo plazo sin establecer.
Terapia con bombas de infusión continua de insulina (BICI)
Se trata de un sistema abierto que libera insulina de forma continua en tejido
subcutáneo para lograr una insulinemia basal y de forma intermitente a través de
bolos previos a las comidas y para corregir las hiperglucemias.
La bomba puede programarse de manera que se define una infusión basal
constante o variable según distintos tramos horarios y los bolos se administran según
las
necesidades. La insulina utilizada es insulina regular ó análogo. Es una
alternativa de tratamiento en pacientes motivados que no logran un buen control con
otras pautas, o en diabéticos con hipoglucemias graves, o en aquellos que presentan
un importante fenómeno del alba.
NUEVOS FÁRMACOS
Existen otros fármacos que pueden llegar a ser útiles. Un grupo amplio lo forman
aquellos agentes orales capaces de mimetizar la insulina sin provocar hipoglucemia.
Los hay, derivados de quinolonas, de leucinas, de inositoles, entre otros. También,
insulin-amplificadores como los derivados de vanadato. Otros, derivados de hormonas,
como la GLP-1 (péptido glucagón-like-1). La serie es amplia.
Hay otras estrategias de interés que merecen ser relatadas. Substancias que
inducen regeneración de los islotes pancreáticos dañados en la diabetes mellitus tipo
1, como los análogos de IPF-1 o los derivados del tungstato.
La propuesta de sustancias es amplia. Las hay que inhibirían la evolución de las
complicaciones, a través de su efecto sobre los productos de glicación. No hay ningún
instituto de investigación competitivo ni ninguna industria farmacéutica multinacional
que no contemple la búsqueda de nuevos tratamientos para la prevención de la
diabetes o sus complicaciones, y para la curación de la enfermedad. Estamos en un
camino sin retorno. La investigación en diabetes es una prioridad, por la prevalencia
de la enfermedad, por su gravedad y porque tenemos bases suficientes para luchar
por su curación.
Avances en los antidiabéticos orales.
La DM2 es una enfermedad causada por diversos defectos metabólicos
que
desencadenan una resistencia a la acción de la insulina asociado a un fallo en la
producción pancreática de insulina. Es por ello que el desarrollo de distintos agentes
farmacológicos con un distinto mecanismo de acción y su asociación resulta de gran
eficacia en el tratamiento de estos pacientes (figura 43.1). La intervención ha de ir
dirigida hacia la corrección de la resistencia a la insulina y la secreción anormal de
insulina.
Figura 43.1. Localización y mecanismo de acción de los antidiabéticos orales
Los agentes antidiabéticos actúan en lugares diferentes según su mecanismo
principal de acción para reducir la hiperglucemia. Es por ello que en el paciente
diabético tipo 2 obeso la máxima eficacia terapéutica se obtiene con la combinación
de metformina y glitazonas ó insulinotropos
Las biguanidas (por ejemplo, la metformina) suprimen principalmente la
producción hepática de glucosa.
Los inhibidores de la α-glucosidasa (acarbosa y miglitol) retrasan la digestión y la
absorción de los hidratos de carbono en el tubo digestivo.
Las tiazolidinadionas (rosiglitazona, pioglitazona), disminuyen la resistencia a la
insulina en el tejido graso, los músculos esqueléticos y el hígado. Además, estos
agentes pueden tener un efecto beneficioso sobre la función de las células-β. Este
nuevo grupo farmacológico ha supuesto una importante revolución terapéutica, no
sólo por su efecto a nivel del control glucémico sino por otros beneficios metabólicos
y antioxidantes derivados de su mecanismo de acción.
Entre los mecanismos más importantes de actuación está la activación de un
receptor en el núcleo celular (PPAR, receptor de los activadores de proliferación de
peroxisomas). Este receptor, que se expresa en el tejido adiposo de los mamíferos,
regula la transcripción de varios genes relacionados con la diferenciación de los
preadipocitos y en la captación de glucosa mediada por insulina en los tejidos
periféricos. Estos receptores reducen la expresión de la leptina, un factor que regula el
apetito, el peso corporal y el balance energético. Las tiazolidinedionas aumentan el
tejido adiposo pardo, que disipa energía por la vía de la oxidación de los ácidos grasos,
mecanismo que podría estar relacionado con su efecto reductor de la resistencia a la
insulina. Asimismo elevan los niveles de adiponectina en plasma (con efecto reductor
de la glucemia y aumento de la sensibilidad a la insulina). La combinación de
glitazonas con otros antidiabéticos ha mostrado ser eficaz en un buen número de
estudios y ha resultado en un mejor control de la glucemia que cada uno de los
fármacos por separado.
Las sulfonilureas y las meglitinidas (por ejemplo la repaglinida) estimulan la
liberación de insulina desde el páncreas.
Los secretagogos de insulina se han convertido, conjuntamente con los fármacos
sensibilizadores a la acción de la insulina, en los pilares terapéuticos de la DM. A
pesar de ello sus resultados terapéuticos siguen siendo insatisfactorios. Los agentes
secretagogos promueven la liberación de insulina preformada a través del cierre de
canales de potasio ATP sensibles en las celulas beta, pero no tienen efecto en términos
de favorecer un aumento de la masa celular beta pancreática. Esta masa celular se
encuentra deteriorada en el diabético y acaba siendo la causa del fracaso secundario
de los antidiabéticos orales y de la necesidad de iniciar insulinoterapia en el diabético
tipo 2 de años de evolución. El tratamiento con secretagogos provoca aumento de
peso, debido en parte a la secreción de insulina, lipogénica, y a la posible inducción de
hipoglucemias que provocan una sobreingesta calórica. Se ha señalado el posible
efecto nocivo de algunas sulfonilureas por su falta de selectividad, provocando el cierre
de canales de potasio en tejidos como el miocardiocito, celulas vasculares coronarias
etc. aumentando el riesgo de isquemia. El tratamiento pierde eficacia con el tiempo,
debido a la progresión de la enfermedad y a una posible desensibilización ante el
efecto de estos secretagogos.
La necesidad de restaurar una insulinosecreción eficiente en los pacientes con
DM2 ha guiado el objetivo de las investigaciones en nuevos agentes farmacológicos.
GLP-1 y GIP son secretadas por el intestino en respuesta a los alimentos y estimulan
la producción de insulina por las células beta del páncreas. Pertenecen a la familia de
péptidos intestinales conocida como incretinas. Dos subfamilias son de interés en
cuanto a la regulación de la secreción de insulina:
• péptido insulinotrópico glucosa-dependiente (GIP), secretado especialmente por
las células K del duodeno
• GLPs, originados en las células L, ubicadas principalmente en el íleon. Incluye
al GLP-1 y GLP-2.
Los GLP se originan a partir del proglucagón, el proceso postraducción del
proglucagón a nivel de las células del islote de Langerhans origina el glucagón, pero a
nivel de las células L ileales, da lugar a GLP-1, GLP-2 y glicentina. GLP-1 presenta
efecto insulinotrópico dependiente de glicemia, lo que minimiza el riesgo de
hipoglucemia. El GLP-1 posee receptores propios. Incrementa la expresión de genes
que aumentan la sensibilidad de la célula β a la glucosa, el gen de la hexoquinasa y el
de GLUT-2.
El GLP-1 aumenta la biosíntesis de insulina, presenta acciones supresoras del
apetito y retarda el vaciamiento gástrico. GLP-1 también reduce la secreción de
glucagón, una hormona que da al hígado la señal de que debe producir glucosa
La administración de GLP-1 a humanos presenta un grave problema
farmacocinético: su muy corta vida media (1,5 minutos). Es rápidamente desactivado
por un enzima, la dipeptidil-peptidasa IV (DPP-IV), con actividad proteasa postprolina
y postalanina. Ante estos hechos se han diseñado tres estrategias para aprovechar las
propiedades farmacológicas del GLP-1:
Inhibidores de la DPP-IV.
LAF237A (Vildagliptin) aumenta los niveles de incretinas al bloquea la acción de la
DPP-4. De esta manera, LAF237 ayuda a tratar el desequilibrio entre la secrección y la
demanda de insulina, una de las causas subyacentes de la diabetes tipo 2.
Actualmente, está en curso el programa de ensayos clínicos de fase III con LAF237 y,
en 2006, se espera presentar las primeras solicitudes de registro. La inhibición del
DPP-IV cuenta con la ventaja de posible desarrollo de agentes de uso vía oral, pero
esta enzima no solo degrada el GLP-1, por lo que existe el riesgo de otros efectos
sistémicos no deseados.
Análogos biosintéticos del GLP-1 resistentes a la degradación por DPP-IV
El liragluride es un análogo acilado del GLP-1 de acción prolongada. Estudios en
animales y en seres humanos han mostrado efectos hipoglucemiantes prometedoras y
un perfil de seguridad favorable. Su semivida es de aproximadamente 12 horas. Se
administra en una sola dosis diaria subcutánea.
El empleo de un análogo, que si bien puede sintetizarse, se encuentra en la saliva del
Heloderma suspectum venum (conocido como monstruo de Gila): exendin-4 (exenatide)
actualmente está en fase de aprobación por parte de la FDA americana y podría estar
en el mercado a finales de este año. Cada una de estas estrategias cuenta con ventajas
y desventajas.
Antagonistas del receptor del glucagón
A la vista de los efectos del glucagón sobre la formación de glucosa hepática, se han
realizado enormes esfuerzos para desarrollar antagonistas del glucagón capaces de
desplazar a éste de su receptor. Los primeros intentos, a comienzos de los 90, se
enfocaron hacia péptidos análogos obtenidos por mutaciones dirigidas o aleatorizadas.
El análogo desHis-1-Nle-9-Ala11-Ala61-glucagon amida ha demostrado reducir la
glucosa en ayunas en ratas diabéticas. En los últimos años se han descubierto varios
antagonistas no peptídicos del receptor del glucagón, el BAY 27-9955, se encuentra
actualmente en fase II de desarrollo clínico. Se trataría de un compuesto, activo por
vía oral en dosis de 200 mg que sería capaz de antagonizar la producción de glucosa
inducida por esta hormona. Erika Nishimura, directora científica en Pharmatic Sit
Malov, ha indicado que los trabajos que hasta ahora han realizado en el tratamiento
para inhibir el glucagón han dado buenos resultados, con una duración media de 82
minutos y una efectividad del 70 por ciento.
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PARTE IX
OTROS SISTEMAS
ENDOCRINOS
CAPÍTULO 44
C A R A C T E R ÍS T IC A S F IS IO L Ó G IC A S D E L A
B A R R E R A H E M A T O E N C E F Á L IC A
3'
La existencia de barrera hematoencefálica se conoce desde hace más de 100 años
gracias a un microbiólogo alemán. A pesar de ello, todavía no se conocen con
exactitud todos los mecanismos biológicos que implica dados los escasos estudios
sobre su biología molecular y celular. Esta barrera lejos de ser una estructura estática
o rígida entre el CNS y la periferia es una compleja estructura dinámica capaz de una
rápida modulación. Existen dos tipos de barreras o interfases: la que separa sangre y
cerebro, conocida como BBB (blood brain barrier) y la que separa sangre y CSF a nivel
de los plexos coroideos. La pérdida de la integridad de estas barreras puede provocar
graves consecuencias en el CNS. Algunas de estas alteraciones han sido descritas en
enfermedades neurológicas severas como infartos, esclerosis y la enfermedad de
Alzheimer. Diversas evidencias muestran que la inflamación altera la expresión de
proteínas de las tight junctions e incrementa la permeabilidad paracelular. Por
ejemplo, en el Alzheimer el β amiloide induce liberación de citokinas y la migración de
monocitos a través de la BBB tanto in vivo como in vitro y los depósitos de β amiloide
inducen degeneración de la membrana basal de la microvasculatura.
La BBB es una barrera física y metabólica entre el CNS y el sistema circulatorio
que sirve para regular y proteger el microambiente cerebral. La forman las células
endoteliales de los capilares cerebrales caracterizadas por la presencia de tight
junctions o uniones estrechas que le confieren una alta resistencia eléctrica
transendotelial (1500-5000 ohmios/cm2) y disminuyen la permeabilidad paracelular.
Los astrocitos, los llamados end feet, contactan con la microvasculatura e influyen en
las células endoteliales jugando un papel esencial en el mantenimiento del fenotipo de
BBB, aunque no forman una verdadera barrera en vertebrados. Los astrocitos
confieren un papel protector en la barrera contra alteraciones como la hipoxia o la
ausencia de glucosa.
FUNCIONES DE LA BBB
La función de la BBB es doble: por un lado proteger al cerebro del libre acceso de
sustancias desde la sangre lo que podría causar un serio daño dado el frágil ambiente
extracelular y en segundo lugar permitir la entrada de nutrientes mediante sistemas
transportadores específicos. Este paso puede llevarse a cabo tanto a través de la
célula, es decir, por vía transcelular, o por entre las células, esto es, vía paracelular.
En principio la BBB impide la entrada al cerebro desde la sangre de todas las
moléculas excepto las más pequeñas y lipofílicas. Sin embargo se ha demostrado que
grandes moléculas hidrosolubles pueden entrar y lo hacen gracias a transporte activo.
Para nutrientes esenciales como al glucosa existen proteínas transportadoras
específicas a nivel de membrana en las células endoteliales.
FUNCIONES DE LOS PLEXOS COROIDEOS
Existen 4 tipos de plexos coroideos, según su localización: dos grandes en los
ventrículos laterales, uno más pequeño en el tercer ventrículo y uno único y complejo
en el cuarto ventrículo. Los ventrículos están bordeados por una monocapa celular de
células ependimales continuación de la capa exterior de los plexos coroideos (figura
44.1). Aunque poseen el mismo origen que las células epiteliales de los plexos
coroideos, estas células ependimales presentan varias modificaciones: aspecto más
cuboidal con abundantes microvilli en el lado en contacto con el CSF lo que hace que
el área de intercambio sea mayor. Además estas células no poseen tight junctions.
Muchas de estas células poseen largos cilios cuyo movimiento o batido contribuiría a
mezclar el CSF creando un flujo a través del sistema ventricular. Con respecto al
sistema de los plexos coroideos, éste está constituido por un epitelio de células
cuboideas, unidas entre sí por las uniones estrechas o tight junctions, incluyendo una
matriz extracelular de tejido conjuntivo en cuyo interior se encuentra vasos capilares
fenestrados.
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Figura 44.1. Esquema de los plexos coroideos.
Secreción de CSF
La principal función de los plexos coroideos es la secreción de CSF. Un pequeño
porcentaje es secretado por las células endoteliales de los capilares cerebrales que
forman la BBB, sin embargo entre el 80-90% del CSF es formado en el sistema
ventricular.
Protección del microambiente
Una segunda función vital es la de ofrecer un mecanismo de protección y prevención
del cerebro frente daños físicos.
Papel especial como órgano endocrino
Secretan una serie de hormonas como vasopresina, varios factores de crecimiento
como IGF-II, transtiretina (TTR). Por otro lado constituye un complejo sistema de
regulación endocrina a través de multitud de receptores, entre ellos el de IGFI, que en
sus células se expresan. Los plexos coroideos jugarían un importante papel en el
control de la obesidad a través de la regulación de los receptores de leptina que
permiten la entrada de dicha proteína al CSF de forma saturable y así llegar a sus
áreas diana en el cerebro. Diversas hormonas interaccionan con los plexos coroideos
regulando sus funciones.
Vasopresina
La vasopresina es una neurohormona implicada en la regulación de la diuresis y
presión sanguínea. Sus receptores han sido descritos en diversas áreas cerebrales
incluido plexos coroideos. Tras la activación de estos receptores disminuye el flujo
sanguíneo y también la secreción de CSF. Se ha visto que con la edad aparece un
incremento en la actividad de las neuronas responsables de la secreción de
vasopresina, también se incrementa el número de fibras penetrando en el tercer
ventrículo y liberando vasopresina con lo que la concentración de dicha hormona es
mayor en el CSF de animales viejos incluidos humanos.
Growth hormones
Además del receptor de IGF-I, los plexos coroideos también sintetizan IGF-II y IGFBP2. El IGF-II juega un importante papel en el desarrollo y mantenimiento del sistema
nervioso, estimula la síntesis de DNA, el crecimiento celular y la síntesis de mielina.
También con la edad el nivel en plasma y en cerebro de factores de crecimiento se ve
reducido.
TTR
La TTR es la proteína más abundante sintetizada por las células epiteliales de los
plexos coroideos lo que constituye un posible nivel de regulación de las funciones de
la TTR en el cerebro. Estas abarcarían:
• homeostasis de hormonas tiroideas
• unión de proteínas plasmáticas
• flujo dinámico en cerebro y cuerpo
En CSF la TTR es el principal transportador de tiroxina (T4) contribuyendo a la
homeostasis cerebral de las hormonas tiroideas. Desde la sangre, T4 libre entra en las
células epiteliales de los plexos coroideos, desde aquí puede salir al CSF o unirse a
TTR recién sintetizada que es transportada al cerebro. En áreas cerebrales donde la
concentración de T4 es menor a la presente en plasma se puede producir entrada
desde la sangre al cerebro vía BBB. Esta sería considerada una vía secundaria de
entrada de T4 desde la sangre al cerebro en zonas más alejadas del sistema
ventricular.
Acceso de nutrientes
Como en el caso de la barrera situada a nivel del endotelio de los capilares, a través
de los plexos coroideos diversas sustancias son capaces de entrar en el cerebro
utilizando para ello distintos mecanismos o sistemas de transporte. Por otra parte, a
través de los plexos coroideos también se establece otro transporte en esta caso desde
el cerebro a la sangre: se trataría de un transporte activo mediado por receptores de
azúcares y aminoácidos desde el CSF a la sangre y responsable de las bajas
concentraciones de estas sustancias en el CSF contribuyendo al mantenimiento de la
homeostasis del CSF y por extensión del cerebro.
MODELOS EXPERIMENTALES IN VITRO PARA EL ESTUDIO DE LOS
PLEXOS COROIDEOS
La mayoría de los estudios morfológicos sobre plexos coroideos en humanos se
diseñaron con el fin de investigar cambios que se producían durante la enfermedad de
Alzheimer. Estos cambios afectaban principalmente a la membrana basal epitelial que
aumentaba hasta el doble en grosor entre la infancia y la edad media del individuo y
este proceso continuaba en la vejez haciéndose más grave e irregular. Las
consecuencias directas de estos cambios se traducían en graves alteraciones
funcionales. En otros órganos, como en riñón, donde se producían cambios similares,
el engrosamiento de la membrana basal contribuía a una reducción en la filtración a
nivel de los túbulos renales. Sería razonable pensar que podrían darse consecuencias
similares en la filtración del plasma en los plexos coroideos con la edad. Otra
alteración que aparece relacionada con la edad son las inclusiones de amiloide que se
encuentran elevadas en los plexos coroideos durante el proceso de amiloidosis y que
también provocan disfunciones en estas células: formación anormal de CSF,
reducción en el proceso de aclaramiento de sustancias desde el CSF, además de
daños específicos en las células endoteliales con la consecuente disrupción de la BBB.
De los dos tipos de barrera, la formada por los plexos coroideos ha sido menos
estudiada. Existen todavía grandes lagunas acerca de su función, regulación y
procesos de transporte. Una de las principales causas era el sistema in vitro de cultivo
celular que imitase la barrera in vivo. Dicho modelo debería imitar las mismas
funciones fisiológicas de las células epiteliales de los plexos como es su baja
permeabilidad a moléculas hidrosolubles, el transporte activo y la secreción de CSF.
Hemos puesto a punto un modelo experimental que reproduce con fiabilidad el
sistema de barrera que separa sangre y CSF. Se trata de cultivos primarios de plexos
coroideos creciendo sobre membranas porosas de polietileno en sistemas de doble
cámara. Los microporos permiten la libre difusión de iones y moléculas de bajo peso
molecular. La membrana ha sido tratada con proteínas de matriz extracelular
(colágeno tipo I o laminina) que facilita el crecimiento celular. Cuando sembramos
directamente sobre colágeno aparecen células con morfología de fibroblastos
creciendo sobre las células epiteliales. Esta contaminación no ocurre cuando
utilizamos la laminina. Al cabo de una semana las células forman una monocapa de
células cuboidales; para comprobar esta morfología podemos utilizar distintos
marcadores citoplasmáticos o de las tight junctions a nivel de la membrana celular
como ZO-1. Otra característica fundamental de este sistema in vitro es la formación de
una barrera semipermeable al paso de solutos basada en el establecimiento de tight
junctions sellando a nivel apical las células vecinas. El establecimiento in vitro de
estas propiedades de barrera pueden ser testados monitorizando la resistencia
eléctrica transepitelial (TEER) colocando para ello dos electrodos, uno dentro y otro
fuera del insert. En nuestro modelo la TEER que presenta la monocapa de células
epiteliales era de 130 ohmios x cm2. La permeabilidad a glucosa y otras moléculas
como la inulina es inversamente proporcional a dicha resistencia eléctrica como se
desprende de calcular el coeficiente de permeabilidad. La inulina es una proteína
habitualmente empleada como marcador de paso paracelular, está marcada con 14C,
lo mismo que la glucosa. El coeficiente de permeabilidad de estas moléculas se calcula
según la fórmula:
V
AR
Coef. Permeabilidad = ------- ------AD
AT
En donde V es el volumen superior, A el área de la monocapa celular en la
membrana, D la cantidad de molécula marcada arriba (cpm), R la cantidad de
molécula marcada abajo y T el tiempo (1-4horas).
Este sistema de cultivo nos permite realizar experimentos de permeabilidad
utilizando las moléculas control (inulina y glucosa) y otras proteínas: albúmina, IGF-I,
TTR, o incluso estudiar el paso de otras células: monocitos, linfocitos, stem cells, etc.
ESTRUCTURA DE LAS TIGHT JUNCTIONS
Las tight junctions son el complejo de unión más apical en la membrana plasmática.
Están compuestas por una intrincada combinación de proteínas citoplasmáticas y
transmembrana unidas al citoesqueleto por los filamentos de actina lo que permite a
las tight junctions formar un sello (figura 44.2). Las uniones estrechas están
constituidas por al menos 3 proteínas transmembrana: claudina, ocludina y las
moléculas de adhesión de la unión llamadas JAMs (junctional adhesion molecules).
Se ha identificado al menos 24 miembros de la superfamilia de claudina en ratones y
en humanos. Son pequeñas proteínas de entre 20 y 22 kDa que expanden la
membrana 4 veces. Forman dímeros con otra claudina de la célula adyacente
formando el sello primario de la unión. En células endoteliales de mamíferos se han
identificado la claudina 1 y 5. La ocludina posee 60 kDa y 4 segmentos
transmembrana. También contribuye a la resistencia eléctrica de la barrera y
posiblemente a la formación de poros acuosos en la unión a través de los que se
realizaría el flujo de solutos sin carga. La molécula de adhesión JAM de 40 kDa
constituye el tercer tipo de proteína transmembrana de la que se han identificado 3
subtipos. Posee un dominio transmembra único y actuaría en asociación con la
molécula de adhesión celular endotelial 1 PECAM1 regulando la migración de
monocitos. Las uniones estrechas también están formadas por diversas proteínas
accesorias pero igualmente vitales para el mantenimiento de la estructura. Proteínas
de la zona ocludente ZO-1, ZO-2 y ZO-3 forman una placa de unión. Pertenecen a la
familia de las proteínas guanilato quinasas asociadas a membrana. Se unen
directamente al carboxi terminal de las claudinas y de ocludina y a la proteína de
actina con lo que el citoesqueleto se implica en las propiedades de la barrera, de
hecho se ha sugerido que la integridad de las uniones estrechas depende de la
organización estructural de los filamentos de actina. Otras proteínas implicadas en
las uniones estrechas es 7H6, una fosfoproteína de 155 kDa, cingulina, de entre 140
y 160 kDa, localizada en la superficie citoplasmática de las tight junctions.
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Figura 44.2. Estructura de las tight junctions.
La fosforilación de las proteínas, tanto transmembrana como accesorias, juega un
importante papel en el establecimiento y regulación de estas tight junctions. Por
ejemplo, ZO-1 se encuentra forforilada en residuos de Ser, Thr y Tyr. Cuando
bloqueamos esa fosforilación ZO-1 migra desde la membrana al citoplasma a la vez
que la resistencia eléctrica de la barrera disminuye y aumenta la permeabilidad
paracelular. Lo mismo ocurre con la ocludina.
Bajo condiciones fisiológicas, la barrera hematoencefálica actúa como tal
limitando la entrada de moléculas y de células (monocitos, linfocitos y otros
leucocitos). Sin embargo en condiciones patológicas, como infartos, esclerosis o
Alzheimer, la disrupción de la integridad de la barrera va asociado a un incremento en
la transmigración de estas células. No obstante, existe una cierta controversia sobre
este tema, ciertos resultados hablan de desasociación de ocludina y ZO-1 de la
membrana y reorganización del citoesqueleto de actina. Sin embargo, otros resultados
apuntan a que el paso de leucocitos se produce sin afectar a la permeabilidad de la
barrera, de forma que las tight junctions se abrirían y cerrarían durante el proceso,
esto es, vía diapedesis. En cualquier caso la entrada de leucocitos al cerebro
desencadenaría una cascada inflamatoria asociada a la activación de la microglía y la
liberación de diversas citokinas proinflamatorias.
El TNFα está considerado un potente agente neurotóxico cuyos niveles se
encuentran elevados tanto en parénquima como en CSF de pacientes de Alzheimer, en
otras enfermedades neurodegenerativas y en la vejez. Se ha descrito que el TNF
induce, de forma tiempo y dosis dependiente, desconexión en células epiteliales
asociada a desórdenes en la expresión de caderina y catenina, a la vez que es capaz
de reducir la expresión del mRNA de actina. Como consecuencia de ello se produce
una desorganización del citoesqueleto celular que arrastraría al complejo de las tight
junctions, recordemos proteínas unidas a filamentos de actina, de forma que las
células se separarían.
En muchos desórdenes neurodegenerativos como la esclerosis múltiple, infartos
cerebrales, encefalomielitis o Alzheimer, se han detectado niveles excesivamente altos
de endopeptidasas, entre ellas la variedad MMP-9 (matrix metalloproteinase 9),
encargadas entre otras funciones de la degradación de los componentes de la matriz
extracelular. Un cierto grado de degradación o renovación de la matriz extracelular es
necesario para el desarrollo de procesos fisiológicos como la migración celular,
angiogénesis o neurogénesis, etc. Este nivel de degradación se consigue manteniendo
un equilibrio entre la actividad de estas metaloproteinasas y sus inhibidores
naturales (TIMPs). El problema radica en la ruptura de este equilibrio: entonces la
degradación de la matriz extracelular se convertiría en una situación patológica
ocasionando una serie de alteraciones en cadena. Como consecuencia de ello se
producen graves lesiones en el parénquima, destrucción de vasos corticales y de las
leptomeninges y disrupción de la barrera hematoencefálica. Se ha visto que el TNF es
el principal mediador de la actividad de MMP-9, con lo que ambos factores podrían ser
modulados en paralelo en los modelos de neurodegeneración.
Las MMPs pueden actuar directamente sobre la porción extracelular de las
proteínas constituyentes de las uniones estrechas a nivel de la barrera
hematoencefálica. Como hemos visto, alguna de ellas como la ZO-1 son necesarias
para la estabilidad de estas uniones demostrándose tanto in vivo como in vitro que su
pérdida o reducción está asociada con la disrupción de la barrera. Se ha descrito
recientemente un estudio in vitro en el que tratando células endoteliales con MMP-9 la
expresión de ZO-1 se veía claramente alterada con un incremento en la frecuencia de
las discontinuidades en la monocapa celular. En estudios recientes también describen
como la proteína ZO-1 se ve degradada tras un proceso de isquemia, sin embargo este
efecto se veía significativamente atenuado en un tipo de ratón knockout para la
endopeptidasa MMP-9, y consecuentemente la disrupción de la barrera
hematoencefálica también se vería reducida. Estos resultados sugieren que este ratón
knockout de MMP-9 presentaría un cierto grado de protección frente a alteraciones de
la barrera.
Si recordamos, habíamos visto como en las células de los plexos coroideos se
expresaban gran cantidad de receptores con lo que sus ligandos son susceptibles de
atravesar dichas células, esto es la barrera hematoencefálica, y pasar al CSF. Uno de
ellos es el receptor de IGF-I, y efectivamente hemos comprobado, coincidiendo con
otros estudios, que el IGF-I es capaz de entrar en el cerebro penetrando a través de
los plexos coroideos. Previamente, y como herramienta de trabajo, para el seguimiento
dentro del parénquima cerebral del IGF-I administrado exógenamente, éste fue
marcado previamente con DIG-NHS (digoxigenin-3-O-succinyl-ε-aminocaproic acid-Nhydroxysuccinimide ester) comprobándose que la unión se seguía manteniendo tras la
incorporación a las células, como pudimos comprobar mediante colocalización.
Decidimos caracterizar estas células que se teñían con IGF-I exógeno, su morfología
típica de neuronas nos hizo sospechar y efectivamente utilizando un anticuerpo anticalbindina, un marcador específico de neuronas, confirmamos nuestra hipótesis.
Existía una perfecta colocalización entre calbindina e IGF-I, como podemos ver, por
ejemplo a nivel de las células de Purkinje del cerebelo.
¿Cual podría ser el significado funcional de la entrada de IGF-I en el cerebro? Una
de sus funciones a nivel cerebral y que recientemente hemos descubierto es su
capacidad para modular los niveles de amiloidosis en el cerebro con lo que ello
supondría a nivel terapéutico. Lo que estábamos viendo era que en una enfermedad
neurodegenerativa como es el Alzheimer, el IGF-I es capaz de inducir la salida de β
amiloide del cerebro hacia la sangre, a través de los plexos coroideos. Y comprobamos
que esta acción estaba siendo llevada a cabo al IGF-I incrementar los niveles
cerebrales de albúmina y TTR, que a su vez son 2 de los principales transportadores
del péptido β.
Utilizamos un modelo de amiloidosis como son unos ratones que sobreexpresan la
proteína precursora del β amiloide. Al cabo de un mes de tratamiento con IGF-I las
placas de amiloide en parénquima cerebral se habían reducido considerablemente.
Aunque es necesario seguir investigando en otros modelos animales, nuestras
evidencias indican claramente que el IGF-I podría ser utilizado como terapia en la
enfermedad de Alzheimer. También responderían a ciertas preguntas como la de la
asociación de esta enfermedad neurodegenerativa con la vejez, caracterizada por
niveles progresivamente más bajos de IGF-I, y demostraría el papel clave de la barrera
hematoencefálica en el desarrollo de la amiloidosis.
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CAPÍTULO 45
E F E C T O S F IS IO L Ó G IC O S D E L IG F -I:
N E U R O P R O T E C C IÓ N
3'
La existencia de factores de crecimiento tipo insulina (IGFs) fue postulado por primera
vez en los años 50 cuando Salmon y Daughaday demostraron la existencia de un
factor de sulfatación dependiente de GH. Más tarde descubrieron su parecido con la
proinsulina y se acuñó entonces el término de factores parecidos a insulina. El IGF-I
es un péptido de 70 aminoácidos con un 50% de homología en su secuencia con la
insulina y un 70% con el IGF-II. Al igual que la insulina, ambos IGFs tienen una
cadena A y una cadena B unidas entre si por puentes disulfuro.
El hígado es la mayor fuente de IGFs, sin embargo existe gran variabilidad de
expresión según el tejido y el estadio de desarrollo. Por ejemplo, durante el desarrollo
del sistema nervioso los niveles de IGF-I y sus receptores son más elevados que
durante otros períodos, no obstante, su prevalencia en el tejido adulto sugiere que
está cumpliendo un papel en el cerebro adulto.
Existen dos receptores de membrana para IGFs: IGF-IR y el IGF-IIR/manosa-6fosfato. La mayor parte, si no todas las acciones producidas por el IGF-I e IGF-II están
mediadas por el receptor tipo 1 (IGF-IR). Al igual que el receptor de la insulina, con el
que tiene gran homología, el IGF-IR es un miembro de la familia de los receptores
tirosina quinasa de membrana celular. Está compuesto por dos heterodímeros αβ. Las
subunidades α están unidas entre si por puentes disulfuro y así forman el
holoreceptor heterodímero maduro α2β2. La subunidad α contiene regiones ricas en
cisterna y el sitio de unión al IGF-I, mientras que la región intracelular de la
subunidad β contiene la actividad tirosina quinasa. El IGF-IR une insulina con una
afinidad de 100 a 1000 veces menor al IGF-I y también puede unir IGF-II con una
actividad de 2 a 50 veces menor al IGF-I.
El tercer elemento del sistema de los factores de crecimiento tipo insulina son las
proteínas de unión a IGFs, las IGFBPs, formado al menos por 6 proteínas
transportadoras de alta afinidad y 4 de baja afinidad, que constituyen los
moduladores más importantes de la función y disponibilidad de los IGFs. Los IGFS en
plasma forman complejos con las IGFBPs, que los transportan hasta sus células
diana, potenciando la unión o inhibiendo su acción. Hasta el momento se conoce el
cDNA de 6 IGFBPs y se ha caracterizado una séptima que aún está por describir. El
90% del IGF-I que circula en sangre lo hace unido a la IGFBP-3, formando un gran
complejo que no es capaz de abandonar el torrente sanguíneo, el resto del IGF-I
circula unido a otras IGFBPs, principalmente la 1, 2 y 4, formando complejos más
pequeños que pueden atravesar el endotelio capilar.
Los IGFs ejercen sus efectos biológicos uniéndose y activando el receptor de IGF-I
(IGF-IR). Este receptor pertenece a la familia de los receptores de tirosina quinasa
(véase capítulo 5), y su señalización intracelular está mediada al menos por dos vías,
la vía MAPK (proteína quinasa activa por mitógeno) y la vía PI3K (fosfatidil inositol 3
quinasa). La respuesta inicial del receptor tras la unión de ligando es la
autofosforilación en tirosina de la parte citoplasmática de la subunidad β, seguida de
la fosforilación también en tirosina de los principales sustratos del receptor, los IRS 14. A partir de aquí, se inician las cascadas de señalización intracelular que pueden
ser agrupadas en dos vías principales:
• vía PI3K
• vía MAPK
El IGF-I circulante ha sido considerado como un mediador de las acciones de la
hormona de crecimiento GH en los tejidos diana. Sin embargo, recientes evidencias
han hecho cambiar esta consideración como es el caso de los ratones deficientes en
IGF-I que presentan un crecimiento normal. Por otra parte, los niveles séricos de IGFI se encuentran alterados en muchas enfermedades cerebrales. Como es bien sabido
el IGF-I ejerce importante efectos neuroprotectores en el cerebro adulto. Estas
observaciones nos han hecho pensar en la potencial aplicación terapéutica del IGF-I.
En 1995 fue publicada una pequeña nota en la revista Nature, que hacía
referencia a las acciones del ejercicio sobre el cerebro desde una perspectiva inusual:
ratones que podían correr a diario dentro de sus jaulas, mostraban aumentos en la
síntesis de factores neurotróficos en zonas concretas del cerebro que no se daban en
sus hermanos sedentarios. Como las neurotrofinas son substancias de tipo hormonal
que ejercen todo tipo de efectos positivos sobre las neuronas adultas, esto sugería que
el ejercicio protege a las neuronas. Durante unos años esta observación pasó
relativamente inadvertida, aunque se continuó analizando la relación entre factores
neurotróficos y ejercicio físico, llegándose a la conclusión de que la producción
cerebral de algunos de estos factores protectores de la salud de las neuronas se
estimula por el ejercicio físico.
Dos líneas de trabajo independientes han hecho que recientemente se esté
prestando más atención a la conexión entre ejercicio y funcionamiento cerebral. La
primera se refiere a la observación, hace ya unas décadas, de que el ambiente incide
de forma insospechadamente importante en el desarrollo y mantenimiento de la
capacidad de aprendizaje y memoria. Experimentos ya antiguos muestran que los
ambientes que proporcionan una mayor cantidad y calidad de estímulos favorecen un
mayor desarrollo cerebral, tanto desde el punto de vista anatómico, como funcional.
El segundo tipo de observaciones viene derivado del estudio sobre la fisiología del
deporte. Analizando cómo se promueve el desarrollo muscular por las llamadas
hormonas anabólicas, se vio que el ejercicio estimula la liberación a la sangre de
hormona de crecimiento, que es la principal responsable del crecimiento del cuerpo.
La GH a su vez hace que el hígado produzca IGF-I y éste hace que el músculo crezca
en tamaño. Estos estudios han hecho relacionar la capacidad neurotrófica del IGF-I
con la práctica de ejercicio. Como el ejercicio físico estimula al eje hormonal GH-IGF-I,
pensamos que era posible que el ejercicio produjese efectos protectores sobre el
cerebro a través del IGF-I. Cuando comparamos los efectos del ejercicio y del IGF-I
sobre el cerebro habíamos visto que eran idénticos. Es más, si impedíamos que el
IGF-I funcionara, también interrumpíamos los efectos del ejercicio sobre el cerebro.
Esto nos hizo considerar al IGF-I como un mensajero que utiliza el cuerpo para
informar al cerebro de que se está produciendo una situación de ejercicio físico.
Basándonos en estos antecedentes decidimos trabajar sobre una nueva hipótesis:
el sedentarismo favorecería procesos neurodegenerativos atribuibles a deficiencias en
la entrada de IGF-I al cerebro. Para comprobar esta idea utilizamos varios modelos de
neurodegeneración que afectan diferentes áreas cerebrales. Utilizamos lesiones
parciales ya que el objetivo de nuestro trabajo era inducir la recuperación a través del
ejercicio. En primer lugar, inyectamos ácido domoico en ratones produciendo muerte
de neuronas hipocampales por daño excitotóxico. La muerte neuronal por
exitotoxicidad está considerada como el principal mecanismo patogénico de los
desórdenes neurodegenerativos en humanos. En un segundo modelo, administramos,
en este caso a ratas, 3-acetylpiridine (3AP), que daña las neuronas de la oliva inferior
por desconexión del balance energético, otra alteración relacionada con muchas
enfermedades neurodegenerativas. El tercer modelo experimental fueron los ratones
pcd, caracterizados por las degeneraciones hereditarias que afectan a las células de
Purkinje en el cerebelo. Las neurodegeneraciones genéticas constituyen a su vez otra
causa frecuente de enfermedad en humanos con lo que completamos así 3 modelos
experimentales que reflejarían casi todos los desencadenantes de los desórdenes
neurodegenerativos.
No elegimos estos 3 modelos de neurodegeneración al azar sino porque presentan
déficit comportamentales que pueden ser cuantificados a través de una serie de tests,
los cuales realizamos de forma rutinaria. La memoria espacial en ratones con lesiones
hipocampales, fue evaluada mediante el test del water maze. Inyectamos ácido
domoico en ratones lo que provoca déficit en el aprendizaje espacial atribuible a
lesiones en el hipocampo, sin embargo, los animales que fueron sometidos a ejercicio
15 días antes de recibir el neurotóxico, no mostraban alteración alguna respecto a
adquisición o retención, en comparación con los ratones sedentarios.
Dado que los déficit neurológicos en humanos no suelen aparecer hasta
producirse una pérdida substancial en el número de neuronas, decidimos investigar
si el ejercicio físico era capaz de recuperar funciones tras una lesión. Las ratas que
eran sometidas a un ejercicio diario tras administrarles la inyección de 3AP,
recuperaban la coordinación motora, a las 5 semanas la recuperación era de un 90%,
mientras que las ratas sedentarias permanecían totalmente atáxicas. Con respecto a
los ratones pcd, que muestran un importante déficit motor cuantificado mediante el
rota rod, tras ejercicio físico recuperan rápidamente la coordinación manteniéndola a
lo largo de la duración del entrenamiento, esto es, el ejercicio proporcionaría una
protección continua. En vista de estos resultados sospechamos de la implicación del
IGF-I en esta recuperación del comportamiento a través del ejercicio. Para
comprobarlo administramos anticuerpos anti-IGF-I a los ratones pcd que seguían
recibiendo entrenamiento físico, pero no obstante no eran capaces de recuperarse. De
igual manera, administrando anticuerpos anti-IGF-I a ratas sometidas a ejercicio
antes y después de recibir el tóxico 3AP, la recuperación inducida por el ejercicio
también era bloqueada. Estos resultados refuerzan nuestra idea de que el IGF-I
sistémico es un factor neuroprotector involucrado en los efectos del ejercicio.
¿Qué estaba sucediendo a nivel neuronal? Como hemos comentado, la
administración de 3AP provoca muerte neuronal a nivel de la oliva inferior, como
podemos comprobar con una marcada reducción en el número de células calbindina
positivas. Los animales con entrenamiento físico sólo muestran un moderado aunque
no significativo descenso en este número de células, lo que hemos interpretado como
un efecto protector. Sin embargo, los animales entrenados pero tratados
simultáneamente con anticuerpos anti-IGF-I muestran una pérdida neuronal
semejante a los animales sedentarios.
Con respecto a los ratones lesionados con ácido domoico, el ejercicio ejerce una
protección total contra la pérdida de neuronas, medida a nivel del hilus del
hipocampo. De nuevo los anticuerpos anti-IGF-I bloquean este efecto protector.
El otro modelo neurodegenerativo con el que contábamos, los ratones pcd,
muestran como es sabido una profunda pérdida de células de Purkinje en la corteza
cerebelar. Estos ratones sometidos a ejercicio sorprendentemente muestran un
número normal de células de Purkinje, semejante a ratones normales, mientras que la
administración simultánea de anticuerpos anti-IGF-I reduce significativamente este
número hasta valores semejantes a los que presentan los ratones pcd sedentarios.
Estos resultados apuntan al sedentarismo como un factor de riesgo en
enfermedades neurológicas, y el ejercicio, o incluso el IGF-I, como armas terapéuticas.
La incidencia de las enfermedades neurodegenerativas se ha incrementado en las
últimas décadas con los cambios demográficos de los países más desarrollados
basado en una mayor esperanza de vida. Concretamente, la enfermedad de Alzheimer
constituye hasta 2/3 de los casos de demencia progresiva. De forma sorprendente,
hemos descubierto un posible efecto terapéutico del IGF-I sobre esta enfermedad, que
como sabemos transcurre asociada a diversas alteraciones que incluyen el
metabolismo del colesterol, un desencadenamiento de la cascada inflamatoria que
afecta a diversos tipos celulares incluidas las células que forman la BBB produciendo
su disrupción, etc. En la tabla 45.1 se señalan las principales alteraciones que se
observan durante el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer.
Tabla 45.1. Principales alteraciones de la enfermedad de Alzheimer.
Alteración
Enfermedad de Alzheimer
Depósito cerebral de amiloide
Hiperfosforilación de Tau
Apoptosis neuronal
Daño oxidativo
BDNF cerebral
Actividad neuronal
Inflamación
Disregulación del calcio
Transmisión glutamatérgica
Captación de glucosa
Barrera hematoencefálica
Probablemente
Probablemente
Probablemente
Probablemente
Probablemente
Probablemente
Probable
Probable
Probablemente
Probablemente
Probablemente
incrementada
incrementada
incrementada
incrementada
incrementado
incrementada
alterada
disminuida
disminuida
Un menor aclaramiento del péptido β amiloide desde el cerebro a la sangre
constituye una de las principales causas de su acumulación en el parénquima
cerebral. Sin embargo este mecanismo de salida de dicho péptido del cerebro todavía
no estaba lo suficientemente estudiado. En dicho proceso de transporte se ven
implicadas ciertas proteínas como albúmina, TTR o apolipoproteína J, las cuales ya
habíamos visto como el IGF-I era capaz de modular su transcitosis a nivel de los
plexos coroideos. Hemos demostrado que el IGF-I induce la salida o aclaramiento del
β amiloide del cerebro a la sangre en diversos modelos experimentales, lo cual abre
una nueva puerta en el estudio del proceso fisiológico de la amiloidosis y sus posibles
tratamientos (figura 45.1).
*,*1,)
+) L
"1? &(
D ,)
:
: &") * 2&
: (4*, *
*(F &
&9*
β
F
β
Figura 45.1. El IGF-I regula el sistema de aclaramiento del β amiloide.
Utilizamos un modelo experimental, la vejez, que como sabemos va asociada con
un descenso progresivo en los niveles de IGF-I. Empleamos ratas viejas sometidas a
un tratamiento crónico subcutáneo con IGF-I y determinamos los niveles de amiloide
mediante western blot (WB) y ELISA. De forma sorprendente observamos que tras la
administración de IGF-I, los niveles de amiloide en el parénquima cerebral
(hipocampo) se reducían hasta niveles semejantes a los que presentan las ratas
jóvenes. Paralelamente, en CSF se incrementaban, mientras en plexos coroideos
veíamos el efecto contrario.
Otro fenómeno asociado con la vejez es la gliosis. En ratas viejas, los astrositos
reactivos expresando GFAP y vimentina son abundantes en el cerebro (corteza
cerebral). Sin embargo, en animales tratados con IGF-I, esta gliosis se reduce
drásticamente, como vemos por inmunohistoquímica, corroborándolo mediante
cuantificación de GFAP por WB. Estos datos nos estaban indicando una relación
opuesta entre niveles circulantes de IGF-I y niveles de amiloide.
Comparamos estos datos con otro modelo experimental: se trataba de un ratón
transgénico que presenta un 60% de descenso en los niveles de IGF-I como resultado
de una delección en hígado del gen del IGF-I. Estos animales muestran niveles
anormalmente altos de amiloide en cerebro, prematuramente, ya a los 3 meses,
agravándose con la edad.
También pudimos testar esta hipótesis en un modelo de amiloidosis en ratón.
Estos animales sobreexpresan una forma mutada de la proteína precursora del
amiloide humano (APP) traduciéndose en niveles muy altos de amiloide a nivel
cerebral. A la vez estos ratones presentan niveles bajos de IGF-I lo que los hace un
modelo muy adecuado susceptible de aplicar una terapia sustitutiva. Al cabo de un
mes de tratamiento con IGF-I los niveles de amiloide en parénquima cerebral se
habían reducido considerablemente (lo hemos comprobado mediante varias técnicas:
inmunohistoquímica, WB y Elisa). En plexos coroideos estos valores tendían a
normalizarse.
Observamos que el tratamiento con IGF-I reducía el porcentaje de parénquima
cerebral teñido con amiloide. Paralelamente se empleó un anticuerpo específico
humano que aportó similares resultados. También teñimos los depósitos de amiloide
con el reactivo congo-red, que nos permitió ver que estos depósitos eran más
pequeños y escasos tras el tratamiento con IGF-I. Estos resultados suponen una
potencial
alternativa
terapéutica
en
el
tratamiento
de
enfermedades
neurodegenerativas.
En el proceso de salida o transporte del β amiloide se ve implicado el receptor
denominado megalina, que se expresa tanto en el endotelio de los capilares cerebrales
como en las células epiteliales de los plexos coroideos y que media la endocitosis de
los complejos β amiloide-proteína transportadora, esto es β amiloide con albúmina,
TTR o apoJ, entre otras. Nos planteamos la hipótesis de qué sucedería tanto si
bloqueamos el receptor de IGF-I o la propia megalina a nivel de los plexos coroideos.
Este estudio nos introduce en el campo de la terapia génica.
La terapia génica es una forma de medicina molecular que permite introducir en el
organismo material genético con el fin de curar una enfermedad o al menos mejorar el
estatus clínico del paciente. Enfermedades genéticas, infecciosas, tumores, etc., son
dianas potenciales de la terapia génica utilizando para ello vectores virales, esto es,
virus deleccionados pero que mantienen la maquinaria necesaria para reproducirse e
introducir así el gen transfectado. También los desórdenes neurológicos pueden ser
tratados más fácilmente con vectores virales. Se ha comprobado su alta eficacia in
vivo a la vez que la expresión del transgén se mantiene estable durante un largo
período de tiempo como se ha visto en numerosos tejidos incluido el cerebro y más
concretamente los plexos coroideos. Estos vectores virales o vehículos para la
transferencia de genes pueden dividirse en dos categorías: vectores de RNA viral y de
DNA viral. A su vez se pueden establecer nuevas divisiones, dentro de los virus RNA y
según la organización de su genoma, se pueden establecer dos clases: retrovirus
simples y complejos o lentivirus. Dentro de la categoría de virus DNA se encuentran
adenovirus, con doble hebra de DNA, y virus AAV, con una hebra simple, mucho más
pequeños.
Para generar el modelo de ratón mutado, negativo, para megalina a nivel de los
plexos coroideos, se puede utilizar un lentivirus de tercera generación. Se trata de un
sistema de empaquetado condicional descrito por Tom Dull en 1998. En este esquema
se muestran los 4 constructos necesarios para crear este lentivirus:
• el constructo condicional de empaquetado, pMDL/pRRE.
• el constructor no solapante, pRSV-Rev.
• el tercer constructo sería el de transferencia con el promotor que expresa el
transgén en cuestión, pRRL.PGK.
• por último, un constructo que codifica la envoltura del vector viral, pMDG.
Recientemente hemos realizado una serie de experimentos con intención de
demostrar, si cabe más, el papel primordial del IGF-I sobre el desarrollo de la
amiloidosis. Estos estudios consistieron en el uso de vectores virales, concretamente
lentivirus, con intención de bloquear el receptor de IGF-I. Para ello clonamos la forma
mutada de este receptor. Después de haber comprobado su eficacia in vitro,
procedimos a infectar los plexos coroideos, inyectando en ambos ventrículos las
formas lentivirales Inyectamos varios vectores: la forma mutada del receptor de IGF-I,
un vector vacío como control, y un vector que expresa GFP para poder comprobar la
transfección. Decidimos analizar estos animales 3 meses después tras comprobar que
en ese tiempo la transfección permanece, de hecho se ha descrito su eficacia hasta 912 meses después. Nosotros efectivamente comprobamos la presencia de células GFP
positivas en el plexo coroideo de estos animales al cabo de ese tiempo.
En cuanto a la inactivación del gen de megalina, ésta sería llevada a cabo a través
de la interferencia mediada por RNA. Consiste en un mecanismo simple que depende
de la hibridación entre el RNA inyectado o exógeno y el mRNA endógeno, un proceso
específico de secuencia que “silencia” genes tanto en animales como en plantas. Como
se ha descrito recientemente, en un Science de 2004, esta manipulación génica, que
se ha comprobado eficaz en mamíferos, pronto será viable en cualquier animal y
podrá llegar a convertirse en una nueva forma de tratamiento de enfermedades
humanas.
Este bloqueo o enmudecimiento del RNA fue observado por primera vez en
plantas. Surgió casi como una anécdota: un grupo de investigadores tratando de
generar petunias de un color púrpura más intenso, crearon unas plantas
transgénicas que expresaban una copia extra del enzima responsable del pigmento
púrpura. El resultado fue plantas que producían flores blancas. Lo que había
sucedido era que las copias del gen introducidas, en lugar de conseguir mayor
expresión del gen que en plantas no transgénicas, el efecto era el contrario (figura
45.2).
, ( 'F(
* 0(&
() , ('F(&
* 0(&
, ('F(&
Figura 45.2. Enmudecimiento del RNA.
En nuestro caso concreto, en primer lugar se genera la secuencia de DNA de
megalina que será la encargada de, al hibridarse con el DNA endógeno, bloquear
dicho gen. Para ello, se tienen en cuenta una serie de condiciones par así maximizar
la efectividad del sistema. Seguidamente, dicha secuencia se liga al promotor
específico, encargado de guiar su expresión, y se clona en un plásmido HIV.
El bloqueo de la expresión de megalina también se puede llevar a cabo mediante
la generación de un vector lentiviral de tercera generación, mediante el sistema de
empaquetado condicional descrito anteriormente, en el que se incluirá el plásmido
que lleva el RNA de interferencia en cuestión. Como en el caso precedente, el
lentivirus se administra in vivo con el fin de infectar el epitelio de los plexos coroideos
y así bloquear la expresión de megalina a este nivel.
Ambos casos, tanto bloqueo del receptor de IGF-I como de megalina, constituyen
alternativas de uso de terapia génica, aunque en este caso en busca de reforzar la
importancia fisiológica de estos receptores neutralizando su efecto. En la literatura
encontramos numerosos casos en los que mediante el empleo de esta terapia génica
se introducen en el organismo genes que se encontraban ausentes o deficitarios y
cuya alteración era la causante de diversas enfermedades, no sólo
neurodegenerativas, sino de un amplio espectro.
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CAPÍTULO 46
HORM ONAS REGULADORAS DE LOS
P R O C E S O S D E N E U R O G É N E S IS Y
G L IO G É N E S IS
La conformación del cerebro adulto es el resultado de multitud de conexiones, tanto
neuronales como gliales, fruto de un desarrollo perfectamente orquestado. Aunque en
el caso de las neuronas, su papel en el procesado de la información está bien definido,
en el caso de las células de la glia, éstas todavía siguen siendo las grandes
desconocidas, no sólo en lo que respecta a las complejas interacciones que poseen con
las poblaciones neuronales, sino también en lo que se refiere a las otras funciones
que desempeñan. No obstante, recientemente se ha podido evidenciar la existencia de
un nuevo e inesperado papel desempeñado por estas células, su función como células
madre/progenitoras. Este nuevo y sorprendente papel sugiere la posibilidad de que la
diferenciación glial pueda formar parte del propio proceso del desarrollo cerebral en
su conjunto. Antes de profundizar en este nuevo y a la vez complejo proceso,
revisaremos con mayor detalle las características de este tipo celular.
LAS CÉLULAS GLIALES
La neuroglia se compone de microglia y macroglia, ambas con funciones muy
diferentes entre si. La microglia juega un papel relevante no sólo por la función que
desempeña en el proceso de desarrollo si no también por su función fagocítica en el
cerebro. Dentro de la macroglia existen dos tipos celulares claramente definidos: los
oligodendrocitos y los astrocitos. Los primeros son las células encargadas de la
síntesis de mielina, necesaria para la conducción rápida de los impulsos neuronales a
través de los axones, y cuyo déficit provoca enfermedades desmielinizantes como la
esclerosis múltiple. El otro tipo de macroglia, los astrocitos, son células que presentan
una forma estrellada característica. Su principal función es la de proporcionar tanto
el soporte estructural como metabólico y trófico de las neuronas. Estas células son las
responsables de mantener la arquitectura cerebral, e interaccionar con las células
endoteliales a fin de conformar la barrera hematoencefálica. A su vez, desempeñan un
importante papel en el mantenimiento de la homeostasis iónica extracelular, y
secretan no sólo factores de crecimiento sino también citoquinas y ciertos
componentes de la matriz extracelular. Aparte de todas estas funciones, los astrocitos
participan en la formación y estabilización de las sinapsis, y modulan la propia
eficacia sináptica. Ya dentro de su contribución en procesos de tipo patológico, los
astrocitos son protagonistas de la gliosis reactiva, así como las formaciones
cicatriciales que se producen tras la activación de diversos mecanismos de reparación
activados tras cualquier daño infringido al sistema nervioso. Finalmente, los
astrocitos suelen ser el tipo celular que da origen a la mayoría de los tumores que
afectan al sistema nervioso, especialmente aquellos que presentan un peor
pronóstico: los glioblastomas.
EL PROCESO DE DIFERENCIACIÓN DE NEURONAS Y GLIA: LA VÍA
CLÁSICA
Las células madre tienen dos características fundamentales: su capacidad de autorenovarse y su multipotencialidad. Las células madre neuroepiteliales, localizadas en
la zona ventricular embrionaria, generan la mayoría de neuronas y glia en el cerebro.
Clásicamente se ha considerado que tanto neuronas como glia provienen de una
célula madre neuroepitelial común que posteriormente dará lugar a los progenitores
neuronales y gliales. En el modelo clásico, las células radiales se consideran como el
primer tipo celular generado a partir de las células madre neuroepiteliales, siendo por
tanto consideradas como el inicio del proceso de neurogenesis. Las células radiales
poseen características propias de la glia, poseen gránulos de glucógeno, expresan
numerosos marcadores gliales como la proteína glial fibrilar ácida (GFAP; aunque no
en todas las especies), la brain lipid binding protein, el transportador de glutamato
(GLAST) y tenascina. Todas estas características, así como su posibilidad de
diferenciación a astrocitos, una vez finalizada la migración neuronal, nos llevan a
pensar que la glia radial pertenece a la estirpe glial. No obstante este modelo clásico
ha sido puesto en duda recientemente por dos nuevos hallazgos: la identificación de
las células madre responsables de la neurogénesis en el adulto y la identificación de
la glia radial como células progenitoras durante el proceso de desarrollo. Aunque se
cree que las células madre deben mostrar un fenotipo indiferenciado, las células con
características propias de la glia podrían estar actuando como células madre, tanto en
el embrión como en el adulto, siendo este hecho algo común a casi todas las especies.
La primera evidencia de que células gliales están actuando como células madre que
posteriormente podrían generar neuronas, ha venido a partir de un mejor
conocimiento de un inesperada tipo de plasticidad neuronal, la neurogénesis del
adulto (figura 46.1).
Neurogénesis del adulto
En el cerebro vertebrado adulto se generan nuevas neuronas de forma continua,
siendo éstas integradas posteriormente en los circuitos neuronales. En los mamíferos,
incluido en humanos, las neuronas surgen de regiones cerebrales muy determinadas:
la zona subventricular (SVZ) localizada en los ventrículos laterales y que generará las
neuronas del bulbo olfatorio, y en el hipocampo. Ambas regiones poseen células
madre que pueden ser cultivadas in vitro en la presencia de los factores de
crecimiento adecuados, presentando las características propias de la glia. Las
neuronas generadas son plenamente funcionales y podrían representar un
mecanismo de aprendizaje y de memoria. En el caso del proceso de neurogénesis
cortical, está plenamente aceptado en el caso de los vertebrados no mamíferos, pero
no en el caso de primates adultos en los cuales todavía sigue siendo un hecho muy
debatido y controvertido.
FACTORES DE CRECIMIENTO Y NEUROGÉNESIS
Todos estos procesos de diferenciación tanto a través de las vía de neurogénesis como
de gliogénesis están regulados de forma muy controlada, ya que la secuencia de
aparición de los diferentes eventos que forman parte de cada uno de estos procesos
debe producirse de forma correcta, tanto en su magnitud como en su secuencia
temporal, a fin de evitar la aparición de defectos en el desarrollo de una de las
estructuras básicas del organismo.
En ciertos mamíferos como el ratón, modelo muy utilizado por la facilidad de
manipulación de su genoma, la neurogénesis se produce entre el día E10.5 y el E17.5,
mientras que la gliogénesis se produce principalmente a lo largo de la vida postnatal.
Aunque como hemos visto anteriormente, las células madre neuroepiteliales, por su
propia característica de multipotencialidad y de autorenovación, son capaces de
diferenciarse tanto hacia la estirpe neural como la glial, poco se sabe de cómo se
realiza la toma de decisiones acerca de que una determinada célula tome uno u otro
camino a la hora de emprender su proceso de diferenciación. Varios factores parecen
jugar un importante papel en esta toma de decisiones, entre ellos está la compleja
interrelación existente entre las señales del entorno con los diferentes factores de
crecimiento y los factores intrínsicos. Algunos de estos factores intrínsicos ya han
sido identificados como es el caso de los factores de transcripción basic helix-loop-helix
(bHLH) NeuroD y Neurogenina (Ngn1). En el caso de los factores de crecimiento, se
han podido a su vez identificar multitud de ellos como FGF (fibroblast growth factor),
BMP (bone morphogenic protein), PDGF (platelet-derived growth factor) y ciertas
citoquinas. Entre estas últimas, LIF (leukemia inhibitory factor) promueve
principalmente la diferenciación de células progenitoras hacia estirpes celulares
astrocitarias, inhibiendo de esta manera la neurogénesis. Bajo ciertas circunstancias,
LIF también puede promover la diferenciación neuronal. Esto nos indica que las
células madre modulan su diferenciación a través de la capacidad que poseen de
evitar señales que puedan inhibir su capacidad de
diferenciación neuronal,
probablemente a través de la regulación de la expresión de ciertas moléculas
reguladoras (figura 46.2).
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Figura 46.1. Los astrocitos pueden desempeñar un papel dual en el SNC del adulto, la generación de
nuevas neuronas (neurogénesis) y glia (gliogénesis).
Familia de
intracelular
proteínas
SOCS:
reguladores
de
señalización
Entre las moléculas reguladoras que pueden jugar un papel determinante en el
proceso de desarrollo del SNC, están las pertenecientes a la denominada familia de
proteínas SOCS (supresor of cytokine signaling) (ver capítulo 5). Entre ellas, SOCS1
fue la primera en ser identificada debido a su función inhibitoria sobre la señalización
intracelular inducida por IL-6 o LIF.
Existen al menos ocho miembros pertenecientes a esta familia de proteínas,
SOCS1-7 y la cytokine-inducible SH2 protein (CIS), todas ellas con actividad inhibidora
sobre las quinasas Janus kinases (JAK) y los factores de trascripción signal
transducer and activator of transcription proteins (STAT), todas ellas moléculas
implicadas en las vías de señalización activadas por ciertas citoquinas y factores de
crecimiento. Las proteínas SOCS se unen a través de dominios SH2 y bloquean la
función tanto de JAK y STAT, fundamentalmente mediante degradación proteosomadependiente a través de la denominada SOCS box. El patrón de expresión de estas
proteínas reguladoras es diverso, siendo expresadas en multitud de tejidos. Tanto
SOCS1, -2, y -3 son expresadas a lo largo de todo el proceso de desarrollo neuronal,
aunque SOCS2 es la que mayor nivel de expresión presenta específicamente en las
células progenitoras neurales y las propias neuronas.
GH: molécula inhibidora de la neurogénesis
Como ya se hemos comentado anteriormente, la expresión de SOCS2 se produce de
forma específica en células de naturaleza neural, detectándose por tanto sólo en
células neuroepiteliales y neuronas, pero no en astrocitos, a diferencia de los otros
dos miembros de la familia SOCS1 y SOCS3, que sí se expresan tanto en células
neuroepiteliales como gliales, aunque no en neuronas. Aunque SOCS2 es expresado
en las células neuroepiteliales, sólo lo hace en aquellas células progenitoras que se
encuentren en un estado indiferenciado y activamente proliferando, pero no en las
células madre neurales precursoras de éstas.
La generación de ratones SOCS2-/- en los que el gen que codifica la proteína
SOCS2 ha sido eliminado mediante recombinación homologa, ha permitido la
caracterización del papel que esta proteína desempeña en la neurogénesis de estos
ratones modificados genéticamente. La ausencia de SOCS2 produce una disminución
del número de neuronas corticales, disminución que va unida a un incremento en el
número de células gliales, probablemente debido a un mecanismo compensador.
Si el hecho de la ausencia de la proteína induce un defecto en la diferenciación
celular de las células progenitoras neurales, su sobre-expresión produce todo lo
contrario, un incremento en el número de neuronas, rescatando por tanto el defecto
en diferenciación.
La mayoría de los miembros de la familia de proteínas SOCS, tal y como hemos
comentado, actúan como inhibidores de la señalización de diversos factores de
crecimiento. En el caso de SOCS2, este miembro inhibe de forma específica la vía de
señalización dependiente de la hormona de crecimiento (GH). Hecho que relaciona
esta vía con el propio proceso de neurogenesis, proceso en el que SOCS2 como hemos
visto juega un papel relevante.
Es importante destacar que la expresión del receptor de GH (GHR), tanto en
neuronas como glia, no sólo se detecta en el cerebro adulto si no que ésta se produce
a lo largo de todo el desarrollo. En E14 existe expresión de GHR en la zona
ventricular, de forma predominante en aquellas células que están migrando desde
esta localización. GHR no se expresa en las células madre, pero sí en las células
progenitoras, patrón de expresión similar al observado en el caso de SOCS2.
La principal vía de señalización de GH se realiza a través de JAK/STATs, siendo
STAT5, STAT activada a través de la vía de GH, inhibida por SOCS2. Como esto se
traduce en la inhibición de la neurogénesis todavía se desconoce. Si se sabe que GH
regula la expresión de uno de los factores de transcripción bHLH, Ngn1, factor que
como hemos visto anteriormente participan en la integración de la información
obtenida tanto del medio como de los factores intrínsecos y que es crucial en la toma
de decisiones en el proceso de diferenciación. Por tanto, GH inhibiendo a través de
JAK/STAT la expresión de este importante factor de trascripción neurogénico sería
como regularía negativamente la neurogénesis al impedir la función del mismo, por
tanto SOCS2 “inhibiría el inhibidor” (figura 2).
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E
1
%
E
Figura 46.2. Inhibición del inhibidor. SOCS2 inhibe el papel que GH desempeña en la
neurogénesis.
BIBLIOGRAFÍA
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CAPÍTULO 47
N E U R O IN M U N O E N D O C R IN O L O G ÍA Y
E N F E R M E D A D E S A U T O IN M U N E S
0
El sistema inmune se ha desarrollado a lo largo de la filogenia, apareciendo de forma
exclusiva en los animales (figura 47.1). Los animales invertebrados presentan células
y sustancias solubles que participan en la defensa, pero su sistema inmune carece de
memoria y especificidad de reconocimiento, por lo que se denomina Innato o
inespecífico. Los animales vertebrados, aunque mantienen este sistema innato, han
desarrollado un sistema inmune específico o adaptativo, mediado por los linfocitos T y
B, y por la producción de anticuerpos. Este sistema va mejorando y aprendiendo tras
los sucesivos encuentros con los antígenos (patógenos, componentes extraños). Esta
capacidad de madurar las respuestas, de adaptarse al agente que ha entrado y de
recordar previas exposiciones, guarda muchas similitudes con las características y
funciones cerebrales. El aprendizaje que el sistema inmune realiza a lo largo de toda
la vida va a depender de los estímulos al cual se ve sometido, a las experiencias
previas que ha tenido, y a cómo las ha resuelto. La distribución de los componentes
del sistema inmune por todo el organismo, de forma semejante a como ocurre con el
sistema nervioso, le permite conocer qué está ocurriendo en diversos lugares, y
mantener una estrecha interrelación con todos ellos.
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Figura 47.1: Escala evolutiva de los mecanismos de defensa. El sistema inmune innato aparece en los
animales vertebrados y se mantiene a lo largo de la escala filogenético. Los animales vertebrados (a partir
de los tiburones) presentan ya sistema inmune adaptativo o específico.
En los últimos años se han realizado significativos avances en el conocimiento del
funcionamiento del sistema inmune (figura 47.2). Se conocen ya una gran variedad de
componentes celulares y humorales que participan en la defensa frente a patógenos o
elementos extraños, así como se ha profundizado en los mecanismos de regulación de
este sistema, como es la tolerancia a componentes del propio organismo. Alteraciones
en
el
correcto
funcionamiento
del
sistema
inmune
pueden
originar
inmunodeficiencias (por defecto) o hipersensibilidades (por exceso), mientras que la
rotura de la tolerancia a componentes propios puede originar enfermedades
autoinmunes.
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Figura 47.2: La respuesta inmune está mediada por la estrecha cooperación entre componentes celulares y
humorales tanto inespecíficos como específicos.
Una de las características fundamentales del sistema inmune de los vertebrados
es su especificidad, que viene dada por la enorme diversidad de receptores que
presentan los linfocitos T y B en su superficie para reconocer a los patógenos (figura
47.3). La distribución de estos receptores es clonal (cada linfocito posee un receptor
diferente y tras activarse dar lugar a células hijas con ese mismo receptor), y existen
muchos clones de linfocitos distintos, cada uno de ellos con distinta especificidad
para los antígenos. El gran número de receptores que se pueden generar sólo es
posible gracias a un sofisticado mecanismo de recombinación génica que tiene lugar
durante el desarrollo linfocitario, mediante la unión combinatorial de segmentos
génicos que codifican para cada una de las cadenas de los receptores. Esto permite
generar una gran variedad de receptores diferentes, lo que permite una especificidad
de reconocimiento exquisita por parte del sistema inmune (figura 47.3).
A esta diversidad de reconocimiento se le une su capacidad de memoria, que le
permite recordar previas exposiciones a un antígeno determinado y generar un
mecanismo de defensa más eficaz y rápido en sucesivos encuentros. Estas
características del sistema inmune, la memoria y la especificidad, son las que
permiten que se realicen vacunaciones frente a diversos agentes infecciosos
(usándolos de forma inocua o con componentes de los mismos), protegiendo al
individuo frente a esos patógenos.
Dependiendo de la función que realizan, los linfocitos se diferencian en linfocitos T
(que se diferencian en el timo) y en linfocitos B (se diferencian en médula ósea en los
humanos, y en la bursa de Fabricio en aves). Según la función que realizan, y la
presencia de determinados marcadores en su superficie, los linfocitos T se subdividen
en:
• linfocitos T helper (CD4+), cuya función es cooperar con otras células
mediante la liberación de citocinas
• linfocitos T citotóxicos (CD8+) que matan a células infectadas por virus o
tumorales
• linfocitos reguladores (CD4+ CD25+) cuya función es inhibir las respuestas.
Los linfocitos B se diferencian a su vez en células plasmáticas, que van a tener la
capacidad de secretar inmunoglobulinas o anticuerpos, que son el principal
componente específico humoral.
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Figura 47.3. Existe una gran diversidad de linfocitos T y B, cada uno de ellos con receptores diferentes
capaces de reconocer al antígeno. Tras la entrada del mismo, éste selecciona el receptor que lo reconoce, y
activa y expande el clon de células específico.
Las células del sistema inmune se comunican mediante contactos celulares y
también mediante elementos solubles. A estos mediadores solubles se les denomina
de forma genérica citocinas, e incluyen a una gran variedad de hormonas, con
distintas funciones tanto dentro, como fuera del sistema inmune. Las citocinas son
proteínas producidas por diversos tipos celulares, aunque en su mayoría son
producidas por células del sistema inmune como monocitos-macrófagos, células
dendríticas y linfocitos T. Dependiendo de las citocinas que producen los linfocitos
helper se subdividen en linfocitos TH1 (producen interleucina 2 (IL-2) e interferón
gamma) y linfocitos TH2 (producen IL-4, 5, 6 y 10). Las citocinas, al igual que otras
hormonas, realizan su acción sobre receptores en otras células, bien sobre la propia
célula que la secreta (acción autocrina), en células vecinas (acción paracrina) o a
distancia (acción endocrina). Se dividen de acuerdo a su función y se agrupan en
familias dependiendo de la homología que presentan en cuanto a su estructura. Sus
funciones son muy variadas, entre las que se encuentran la inducción de la división o
diferenciación celular, la inhibición de la infección viral, participar en la
hematopoyesis, inducir fiebre, participar en la inflamación, o facilitar la llegada de
células a la zona inflamatoria.
INTERREGULACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS INMUNE, ENDOCRINO
Y NERVIOSO
Hasta hace poco tiempo, no se había establecido una clara conexión entre el sistema
inmune y otros sistemas como el nervioso o endocrino. En los últimos años, sin
embargo, son numerosos los estudios científicos que establecen una estrecha relación
entre los tres sistemas, siendo el eje inflamación-hipotálamo-cortico-adrenal uno de
los más conocidos. En la figura 47.4 se resumen algunos de los factores que
participan en la interregulación de estos tres sistemas.
Citocinas
Las citocinas producidas por las células del sistema inmune no sólo actúan sobre
células inmunitarias sino que también interactúan con los sistemas endocrino y
nervioso, bien a nivel local (como en las terminaciones nerviosas de diversas neuronas
que conectan con macrófagos en el bazo, regulando la acción de los
neurotransmisores), o a distancia, alterando o regulando la liberación de hormonas
(como la inducción de la liberación de ACTH) o afectando al sistema nervioso central.
De todas las citocinas, las pro-inflamatorias IL-1, IL-6 y TNFα producidas por los
monocitos-macrófagos son las más estudiadas en relación a su acción paracrina
(figura 47.5). Junto a su papel en la termorregulación hipotalámica (inducen fiebre
como señal de alarma de un proceso inflamatorio en alguna zona del organismo),
inducen la liberación de CRF que induce la liberación de ACTH por parte de la
hipófisis, que llevará finalmente a un incremento de los niveles del cortisol adrenal.
Mediante un mecanismo de retroalimentación negativo, los niveles incrementados de
cortisol inhiben la activación de los macrófagos y por tanto bloquean la liberación de
más citocinas pro-inflamatorias (figura 47.6).
Alguno de los factores
implicados
SISTEMA
NERVIOSO
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1
E
N
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Estrecha interrelación
+
SISTEMA
ENDOCRINO
SISTEMA
INMUNE
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Figura 47.4. Estrecha interrelación entre los sistemas nervioso-endocrino e inmune, con algunos de los
factores que participan en dicha relación
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Figura 47.5: Citocinas proinflamatorias secretadas por los macrófagos. NK: células asesinas naturales
(natural killer) PCR: proteína C reactiva; PMN (polimorfonucleares).
Cortisol
El cortisol es inmunosupresor. Actúa a través de receptores intracelulares, llevando a
la inhibición de la respuesta inmune por su actuación a distintos niveles: disminuyen
la producción de las citocinas TNFα, IL-1, IL-8, IL-4, inhiben la expresión de
moléculas de adhesión en células del sistema inmune, disminuyen la producción de
mediadores proinflamatorios como el óxido nítrico, así como la de productos del ácido
araquidónico (prostaglandinas, leucotrienos, etc.).
Estrés
El estrés es un potente inhibidor del sistema inmune. Su acción la ejerce
fundamentalmente a través de la liberación de cortisol (figura 47.6) y a través de la
liberación de noradrenalina. En ratas sometidas a stress se han observado
alteraciones en las glándulas adrenales que aumentan su tamaño y liberan más
cortisol, disminuye el tamaño del timo y se alteran también los ganglios linfáticos. Sin
embargo, dependiendo de si el stress al que se somete a los animales es agudo o
crónico, el stress puede ser activador o depresor del sistema inmune. El stress menor
potencia las respuestas de producción de anticuerpos, mientras que el intenso
suprime la secreción de anticuerpos, así como la llegada de células inmune a las
zonas requeridas. Por otra parte, se ha visto que el stress puede agudizar y agravar
procesos autoinmunes (en el caso de la artritis reumatoide el stress favorece el
deterioro articular). Aunque no está claro a través de qué mecanismo el stress realiza
este efecto, se piensa que estaría mediado por el tono del sistema nervioso simpático.
La anulación del sistema simpático antes del comienzo de la artritis reumatoide
llevaría a una marcada reducción de la severidad de la enfermedad, mientras que su
abolición en la fase crónica (por pérdida de receptores adrenérgicos en las células
sinoviales e inmunitarias y la pérdida funcional de fibras nerviosas simpáticas)
llevaría a un aumento dramático en la actividad de la enfermedad.
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Figura 47.6: Eje inflamación-hipotálamo-cortisol.
Hormonas sexuales y otras hormonas
Junto a los corticoides, las hormonas sexuales juegan también un papel importante
en la respuesta inmunitaria. Los estrógenos potencian la respuesta inmune, sobre
todo la respuesta humoral. Los estrógenos incrementan los niveles de IgA en suero, y
la activación policlonal de los linfocitos B. Esto lleva a una mayor resistencia a las
infecciones en las mujeres, pero como contrapartida lleva a que tengan con mayor
frecuencia enfermedades autoinmunes.
Con respecto a los andrógenos, la DHEA disminuye la respuesta humoral por su
efecto sobre los linfocitos TH2, pero incrementa las respuestas de los linfocitos TH1.
La dihidrotestosterona (DHT) también tiene un efecto inhibidor sobre la respuesta
inmune. Con lo que respecta a otras hormonas, la tiroxina, la hormona de crecimiento
(GH) y la insulina, potencian el sistema inmunitario.
Endorfinas y encefalinas
La liberación de endorfinas y encefalinas por parte del sistema nervioso tiene un
efecto importante sobre el sistema inmune, y se han encontrado receptores en los
leucocitos. Son semejantes a los opiáceos, disminuyen el dolor y también inhiben la
respuesta emocional al mismo. La risa es un inductor de la liberación de estas
sustancias, siendo conocido su efecto beneficioso en pacientes que sufren de diversas
patologías. Actualmente hay iniciativas para enseñar a reír más y mejor a grupos de
personas en sesiones terapéuticas como una medida para incrementar su salud
mental y física. En algunos ensayos realizados en voluntarios en EEUU que visualizan
vídeos cómicos se incrementaban sus niveles de inmunoglobulinas en saliva,
comparados con aquellos que veían vídeos dramáticos.
Depresión
La depresión mental, bien por causas psíquicas, sociales o biológicas, afecta también
a las respuestas del sistema inmune. La muerte de un familiar, divorcio, el
aislamiento social de ancianos, embarazos no deseados, una enfermedad grave,
conflictos laborales o emocionales, apuros económicos, etc., pueden ser algunas de
las causas que lleven a un proceso de depresión. En experimentos realizados en
sujetos varones que habían perdido recientemente a su esposa, los niveles
leucocitarios bajaron en sus recuentos sanguíneos, y en muchos casos no se
recuperaron a niveles normales hasta pasado más de un año.
Nutrición
El sistema inmunitario demanda una gran cantidad de nutrientes al tener una
altísima tasa de renovación celular diaria. Junto a los componentes esenciales en la
dieta de hidratos de carbono, grasas y proteínas, es especialmente relevante en el
caso del sistema inmune, un conjunto de oligoelementos y sustancias antioxidantes
imprescindibles para su correcto funcionamiento. Muchos de estos elementos son
también fundamentales para muchas hormonas, que también cooperan con el
sistema inmunitario. Las carencias nutricionales, bien por escasez de comida, dieta
inadecuada, situaciones patológicas como anorexia y bulimia, producen dos
fenómenos: la alteración a nivel intestinal de la absorción de nutrientes, lo que llevará
a una mayor malnutrición, y al deterioro del sistema inmune (figura 47.7). Un sistema
inmune deficiente llevará a que sean más numerosas y severas las infecciones,
incluso con patógenos oportunistas que en otras situaciones no producirían
enfermedad. Las infecciones consecuentes incrementan los requerimientos
nutricionales, cerrando el círculo vicioso, y por tanto a una mayor malnutrición. La
nutrición es tan importante para el sistema inmune que se habla de “timectomía
nutricional” a aquellas situaciones en las que los procesos de malnutrición deterioran
al sistema inmune de forma semejante a lo que sería eliminar el timo completo a un
individuo, lo que llevaría a un alteración de las respuestas inmunes celulares y
también a las humorales.
Entre los oligoelementos esenciales se encuentra el hierro, vitaminas C y D,
magnesio, cobre, selenio, β carotenos, y sobre todo el zinc. Se ha visto que más del
50% de los ancianos que ingresan en hospitales están desnutridos y suelen presentar
déficit de zinc. El zinc es necesario no sólo para las células del sistema inmune sino
también para muchas hormonas como la melatonina, testosterona, hormona de
crecimiento y prolactina.
Melatonina (ritmos luz-oscuridad)
La melatonina tiene un papel muy importante en el sistema inmune, concretamente
en el desarrollo de los linfocitos T en el timo. La luz regula los niveles de melatonina.
Se ha observado que la melatonina retrasa la involución tímica que se produce a lo
largo de la edad del individuo, favoreciendo una correcta maduración y
funcionamiento de los linfocitos T. Dado que retrasa la inmunosenescencia, se le
considera la hormona de la “juventud”. En estrecha relación con el envejecimiento y la
nutrición, se ha observado que una dieta hipocalórica incrementa los niveles de
melatonina, y por tanto potenciando las respuestas inmunes.
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Figura 47.7: Influencia de la carencia nutritiva sobre el sistema inmune
Conexiones neuronas simpáticas-sistema inmune
La red nerviosa se extiende hasta órganos del sistema inmune como son el timo,
médula ósea y ganglios linfáticos. Se han visto terminaciones nerviosas (simpáticas)
en conexión directa con las membranas de los macrófagos en el bazo, donde se
produce una estrecha interrelación entre ambos, mediante señales bidireccionales.
La unión neuroinmune es de gran complejidad, y diversos componentes participan
en la misma.
Entre los neurotransmisores implicados se encuentran: la
noradrenalina (que actuará sobre α1, α2 y β adrenoreceptores en la superficie de los
macrófagos), el neuropéptido Y y opioides endógenos. Por parte del sistema inmune,
las citocinas implicadas son fundamentalmente las citocinas inflamatorias: IL-1, IL-6
y TNF α.
La señal de alarma se iniciaría con la señal inflamatoria. Células del sistema
inmune innato como los macrófagos, mastocitos y células dendríticas se activan tras
la entrada de estímulo antigénico y
se produce la liberación de citocinas
inflamatorias. Éstas ejercen una acción paracrina sobre el sistema nervioso central
induciendo la secreción de CRF, que lleva a la liberación de ACTH y finalmente a un
incremento de los niveles de cortisol, inhibiendo a las células inmunitarias. Por otra
parte se produce la activación del sistema simpático, induciendo la liberación de
noradrenalina. El efecto de la noradrenalina va a depender de si se une a receptores α
(potencian la respuesta inmune) o β adrenérgicos (efecto anti-inflamatorio) en la
superficie de los macrófagos. Por otra parte, las citocinas producidas por los
macrófagos actúan sobre las neuronas simpáticas inhibiendo la liberación de
noradrenalina. Otra citocina inhibitoria es la IL-2, producida por los linfocitos TH1,
mientras que la ACTH estimula también la liberación de noradrenalina.
Esta complejidad de la conexión neuroinmune explica el distinto papel que se ha
atribuido al sistema nervioso central sobre el sistema inmune (véase capítulo 48).
Mientras que en los años 40 se pensaba que su acción era pro-inflamatoria,
participando en la migración leucocitaria y con un papel importante en la inflamación
neurogénica, las investigaciones realizadas durante los años 80 en ensayos sobre todo
in vitro, mostraban lo contrario, que a través de la liberación de noradrenalina, se
inhibe la producción de citocinas inflamatorias. Los experimentos actuales muestran
que ambas situaciones pueden tener lugar y que hay muchos otros factores
implicados que hay que tener en cuenta como son: el tipo de receptor que se activa, el
tipo y número de neurotransmisores, el tiempo y duración de la activación, los tipos
celulares implicados, etc. Así, el sistema nervioso central potenciaría las respuestas
específicas mediadas por los linfocitos B, TH1, y TH2 (a través de los receptores β
adrenérgicos), favoreciendo las respuestas alérgicas, las enfermedades autoinmunes y
la defensa frente a parásitos. Por otra parte, inhibiría las respuestas innatas,
actuando sobre los macrófagos, neutrófilos y células asesinas naturales o NK (natural
killer).
Efecto placebo
La mejoría en los síntomas de una enfermedad o incluso a su completa curación con
sustancias inertes no dirigidas a la cura de una patología concreta, se conoce como
efecto placebo. Aunque se desconocen los mecanismos que subyacen en este proceso,
es bien conocido desde antiguo, e indican la estrecha relación que existe entre el
sistema nervioso y otros sistemas del organismo como es el sistema inmune. En
experimentos realizados en Estados Unidos con pacientes tratados con un
inmunosupresor más un placebo, los pacientes disminuyeron sus glóbulos blancos,
incluso tras la retirada del inmunosupresor pero manteniendo el placebo. Al retirar el
placebo, recuperaron los niveles normales de glóbulos blancos en sangre.
Enfermedades autoinmunes
Dada la enorme variedad de componentes extraños a los cuales un organismo puede
estar sometido, el sistema inmune genera una enorme variedad de linfocitos con
receptores diferentes (figura 47.3). Este enorme potencial de reconocimiento entraña
también un gran peligro: el que alguno de estos receptores puedan reconocer a
componentes propios del organismo, lo que desencadenaría una reacción inmunitaria
frente a las propias células, produciendo lo que se denomina enfermedad
autoinmune.
El sistema inmune debe de regular bien los linfocitos que genera para asegurar la
ausencia de respuesta a componentes propios, lo que se conoce como tolerancia a lo
propio. Existe una tolerancia central que se da en los órganos linfoides primarios (el
timo para los linfocitos T y la médula ósea para los linfocitos B). Los linfocitos aún
inmaduros que comienzan a expresar sus receptores específicos deben someterse a
un proceso de selección, con el fin de eliminar (muerte por apoptosis) o inactivar
(anergia) a las células con potencial auto-reactivo. Sin embargo, en estos órganos no
se expresan todos los antígenos propios del organismo, y por tanto existen también
mecanismos de inactivación o inducción de muerte de los linfocitos autorreactivos en
la periferia (tolerancia periférica). La alteración en la tolerancia a lo propio lleva a que
el propio sistema inmune se dirija frente al propio organismo, causando serios daños
en algunos órganos, incluso produciendo la muerte.
Las enfermedades autoinmunes, dependiendo de si la respuesta inmune va
dirigida frente a un determinado órgano o son de tipo sistémico, se clasifican en:
órgano-específicas o sistémicas. Ejemplos de algunas de las enfermedades
autoinmunes se muestran en la tabla 47.1. En el caso de enfermedades órganoespecíficas, la respuesta inmune va dirigida frente a un órgano o tejido diana. Como
ejemplos de enfermedades órgano específicas están la diabetes insulin dependiente
(tipo I), con destrucción selectiva de las células beta pancreáticas; la enfermedad de
Graves-Basedow, en la que aparecen anticuerpos que simulan a la hormona
estimulante del tiroides (TSH) e inducen la liberación de hormonas tiroideas por parte
del tiroides), o la miastenia gravis, con anticuerpos que bloquean los receptores de
acetilcolina en las terminaciones neuromusculares. Como ejemplo paradigmático de
enfermedad autoinmune sistémica se encuentra el lupus eritematoso diseminado, con
una gran variedad de autoanticuerpos dirigidos frente a componentes nucleares como
es el ADN, ribonucleoproteinas, histonas, etc. (tabla 47.1).
Tabla 47.1: Resumen de enfermedades autoinmunes órgano-específicas y sistémicas.
Enfermedades autoinmunes órgano-específicas
Antígeno propio
Células adrenales
Respuesta inmune
Autoanticuerpos
Anemia hemolítica autoinmune
Proteínas de la membrana de los
hematíes
Autoanticuerpos
Síndrome de Goodpasture
Membrana basal renal y
pulmonar
Autoanticuerpos
Enfermedad de Graves
Receptor de la hormona
estimulante de la tiroides
Tiroiditis de Hashimoto
Proteínas tiroideas y células
Autoanticuerpos
estimulantes de la
tiroides
Células Th,
autoanticuerpos
Púrpura trombocitopénica
idiopática
Proteínas de las membranas
plaquetarias
Autoanticuerpos
Diabetes insulin dependiente
tipo I
Células β pancreáticas
Células Th,
autoanticuerpos
Miastenia gravis
Receptor de acetilcolina
Autoanticuerpos
bloqueantes
Infarto de miocardio
Corazón
Autoanticuerpos
Anemia perniciosa
Células parietales gástricas,
factor intrínseco
Autoanticuerpos
Glomerulonefritis
postestreptocócica
Riñón
Complejos inmunes
antígeno-anticuerpo
Infertilidad espontánea
Esperma
Autoanticuerpos
Enfermedad de Addison
Enfermedades autoinmunes sistémicas
Espondilitis anquilosante
Antígeno propio
Vértebras
Respuesta inmune
Inmunocomplejos
Esclerosis múltiple
Cerebro o sustancia blanca
Linfocitos Th, Tc y
autoanticuerpos
Artritis reumatoide
Tejido conectivo IgG
Autoanticuerpos,
complejos inmunes
Esclerodermia
Núcleos, corazón, pulmones,
tracto gastrointestinal, riñón
Autoanticuerpos
Síndrome de Sjogren
Glándula salivar, hígado, riñón,
tiroides
Autoanticuerpos
Lupus eritematoso diseminado
DNA, proteínasnucleares,
membranas de hematíes y
plaquetas
Autoanticuerpos y
complejos inmunes
En la tabla 47.2 se resumen los mecanismos etiológicos propuestos de las
enfermedades autoinmunes. Entre ellos se encuentran: reacción cruzada por
similitud entre patógenos y componentes propios, traumatismos o inflamación en
localizaciones donde normalmente no hay contacto con el sistema inmune (cristalino,
semen), procesos inflamatorios que llevan a expresión de moléculas anómalas o
normalmente no expresadas en células (como las de páncreas o tiroides), factores
hormonales (los estrógenos potencian las respuestas inmunitarias, siendo más
frecuentes las enfermedades autoinmunes en mujeres que en hombres), factores
genéticos, o anomalías en el retraso de la fagocitosis de células muertas por
apoptosis. Este último mecanismo se ha mostrado especialmente importante como
factor etiológico de las enfermedades autoinmunes sistémicas.
Tabla 47.2: Mecanismos propuestos en la inducción de autoinmunidad
Liberación de antígenos secuestrados.
Proteína básica de mielina, Esperma, Traumatismo ocular, Tras infarto de miocardio.
Similaridad entre antígenos extraños y propios
Daño cardiaco en la infección por streptococcus
Expresión inapropiada de moléculas de clase II:
Diabetes insulin dependiente (tipo I)
Enfermedad de Graves
Activación policlonal de células B: bacterias, virus (Epstein barr, citomegalovirus)
Alteración de antígenos normales : degradados, glicosilados
Síntesis de nuevos antígenos
Base genética: déficit de complemento, modelos animales defectivos en algún gen
Regulación del sistema inmune alterada
Factores hormonales y factores anatómicos.
Más frecuentes en mujeres las enfermedades autoinmunes
Algunos órganos afectados con más frecuencia (tiroides, páncreas)
Alteración apoptosis/ Fagocitosis
Retrasos o anomalías de los macrófagos en la eliminación de células muertas por apoptosis,
permite la liberación de autoantígenos que pueden activar la respuesta inmune.
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Figura 47.12: Modelo de esclerosis múltiple con la muerte selectiva de los oligodendrocitos. A) En
condiciones normales los oligodendrocitos no expresan ni Fas ni ligando del Fas. B) Citocinas
proinflamatorias: inducen la expresión de FAS en oligodendrocitos. El ligando del Fas (FasL) se incrementa
en CTLs, microglía, y astrocitos. Se produce muerte por apoptosis específicamente de los oligodendrocitos.
Mi: microglía. Od: oligodendrocitos. Ast: astrositos. Mo: macrófago. CTL: linfocito T citotóxico
Cuando una determinada célula activa la muerte por apoptosis o muerte celular
programada se producen cambios en la membrana de la célula apoptótica que son
reconocidas por células del sistema inmune innato. Una correcta y rápida eliminación
de las células apoptóticas por parte de los macrófagos, impide que componentes
intracelulares sean liberados y reconocidos por las células inmunitarias, evitando así
su activación. El retraso en la eliminación de células apoptóticas por parte de los
macrófagos (bien por defectos en fagocitosis, ausencia de factores de complemento,
anomalías en marcadores de membrana, etc.) puede permitir la liberación de autoantígenos. Puede entonces ponerse en marcha una respuesta inmunitaria dirigida
frente a estos antígenos propios y al desarrollo de una enfermedad autoinmune.
Diversos modelos animales están ayudando a comprender los mecanismos de
lesión selectivos. Uno de ellos es el de esclerosis múltiple, enfermedad autoinmune
caracterizada por un proceso de desmielinización (figura 47.12). Se ha observado que
citocinas inflamatorias inducen la expresión de un receptor de muerte apoptótico
(denominado Fas o molécula CD95) de forma exclusiva en los oligodendrocitos,
mientras que otras células como astrocitos, microglía y macrófagos expresarían el
ligando del Fas en presencia de señales inflamatorias. La interacción entre el Fas de
los oligodendrocitos y su ligando (FasL) en células vecinas (microglía y astrocitos) o
incluso en linfocitos T citotóxicos infiltrantes y macrófagos, activaría la muerte por
apoptosis de forma selectiva en los oligodendrocitos.
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CAPÍTULO 48
P S IC O N E U R O IN M U N O L O G ÍA
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“Un alma triste puede mataros más rápidamente, mucho más rápidamente que un microbio”
J Steimbeck
“El microbio no es nada, el terreno lo es todo”
Pasteur
La psiconeuroinmunología es una disciplina que aglutina a investigadores de
numerosas especialidades médicas tales como neurociencias, inmunología, fisiología,
farmacología, psiquiatría, psicología, ciencias de la conducta, reumatología y
enfermedades infecciosas y que estudia las interacciones entre el sistema inmune (SI),
la conducta, el sistema nervioso central (SNC) y el sistema endocrino (SE). Como tal
parcela de conocimiento presenta su desarrollo es reciente, apoyado en los trabajos de
Glasser, Adler, Dantzer y Cohen, ya que durante tiempo se creyó que el SI era un
sistema exclusivamente autorregulado. Ahora sabemos que el SNC desempeña un
importante papel en su regulación y existe una reciprocidad en el control del propio
cerebro por el SI.
La red de conexiones que entretejen estos tres sistemas presenta una elevada
complejidad, lo que conlleva dificultades metodológicas en el estudio de sus
interacciones presentando los hallazgos experimentales una baja homogeneidad y
siendo difícil su replicación. Las evidencias proporcionadas por los diversos trabajos
de investigación permiten concluir:
• que las células del SI expresan receptores para una amplia variedad de
moléculas reguladas en parte por el SNC: receptores α y β adrenérgicos,
dopamina, serotonina, acetilcolina, histamina, GH, ACTH, prolactina, CRH,
sustancia P, VIP, somatostatina, hormonas tiroideas, encefalinas y endorfinas,
vasopresina, esteroides adrenales, estrógenos y progesterona, andrógenos,
etc., cuya regulación viene condicionada por factores de timing y de edad de
los sujetos estudiados (figura 48.1).
• que la identificación de fibras del SNC en los tejidos linfáticos (timo, médula
ósea, ganglios o bazo) muestra la comunicación directa entre el SNC y el SI y
este papel parece corresponder de modo significativo al sistema nervioso
vegetativo.
•
•
que las lesiones de regiones del SNC en los estudios con animales llevados a
cabo en la década de los 60 evidencian la regulación del SI por el cerebro.
Recordemos las lesiones en el hipotálamo anterior que se acompañaban de
una disminución de la actividad natural killer (NK), la respuesta a mitógenos y
antígenos y número de células de bazo y timo.
que otra evidencia de que existe una conexión entre el SNC y el SI es que los
procesos de aprendizaje son capaces de influenciar el SI, condicionándolo, ya
sea potenciándolo o reduciéndolo a partir de las experiencias de la vida o del
condicionamiento Pavloviano. Todo ello conociendo las dificultades que
entraña controlar los factores demográficos, la medición de las conductas, el
estilo de vida o la enfermedad en concreto que estudiemos, el método de
selección de la muestra poblacional y el propio método de investigación básica.
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Figura 48.1. Interacciones entre cerebro y células inmunes
ESTRÉS Y SISTEMA INMUNE
Seyle, pionero en los trabajos sobre el estrés, integró ya en sus trabajos de 1936 el
alcance del sistema inmunitario (atrofia tímica) en el concepto original.
Posteriormente Solomon explora las relaciones entre estrés, emoción, alteraciones
inmunológicas y enfermedad física y mental. Un concepto de estrés que evolucionó
desde sus orígenes como respuesta inespecífica a lo que hoy se considera un
fenómeno psicobiológico complejo de alarma y adaptación que permite al organismo
hacer frente a situaciones de peligro (figura 48.2).
Los estudios sobre los efectos del estrés sugieren que éste puede alterar el SI
llevando al desarrollo de infecciones, cáncer o enfermedades autoinmunes. Durante
los años 50-60 se llevaron a cabo numerosos experimentos con animales a los que
sometía a diversos estreses observándose un aumento en su morbimortalidad. Son
numerosos los datos procedentes de la experimentación animal existentes en la
literatura: coinciden, en general, en que el estrés inhibe las respuestas inmunes
aunque hay autores que usando estreses crónicos encuentran una potenciación de
aspectos humorales y celulares del SI. Nuevamente la capacidad de adaptación de un
organismo a un estímulo modifica la respuesta inmune, factor éste, que va a
condicionar las respuestas individuales frente a infecciones, cáncer, acontecimientos
vitales negativos, etc. Es importante también el timing de las interacciones entre el
estrés y el SI existiendo etapas en la vida de mayor vulnerabilidad, como la fetal y
perinatal y la senescencia.
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Figura 48.2. Influencia del estrés sobre la aparición o agravamiento de enfermedades.
Los estudios en humanos son difíciles de realizar, por la gran cantidad de
parámetros que es necesario monitorizar en sujetos sometidos a situaciones de estrés.
Tenemos datos de estudiantes en periodos de exámenes finales, de familiares de
enfermos de Alzheimer o sujetos en fase de divorcio y en todos ellos se observa una
disminución de la función inmune (bien directa o indirectamente por el aumento de
expresión de herpes virus latentes). Se han estudiado también sujetos en proceso de
duelo (un estrés muy grave en la escala de valoración de acontecimientos vitales
negativos) que se ha relacionado con un aumento en la morbimortalidad,
observándose una disminución de la respuesta de linfocitos a mitógenos. Muchos de
los estudios actuales se centran en pacientes con VIH o cáncer. Aunque el desarrollo
de la enfermedad cancerígena está condicionado por la propia patofisiología de la
enfermedad hay que considerar los factores de resistencia personales del individuo
que modifican la evolución de la enfermedad (por ejemplo, la aparición de metástasis)
y que incluyen: la manera de responder al estrés y a la enfermedad, así como los lazos
de soporte social, estrés o el estado emocional. Esto es aplicable también a pacientes
con VIH.
En general, podemos afirmar que un acontecimiento estresante puede afectar al SI
de dos modos:
• produciendo cambios en la distribución de células en el organismo, lo que
influencia la respuesta local a un agente patógeno
• alterarando propiamente la respuesta celular (incluyendo las alteraciones
de l IL 2 y la expresión del gen de su receptor).
• ¿A través de qué mecanismos neuroendocrinos se explica la acción del
estrés o de las lesiones del SNC sobre el SI?. Sadeck y Nemeroff afirman
que las alteraciones neurobiológicas que subyacen a un trauma vital
precoz involucran a:
• eje hipotálamo hipofisario y CRF
• el sistema nervioso vegetativo
• el hipocampo
Tanto en el estrés agudo como en el crónico el CRF parece mediar la respuesta
endocrina a través del eje hipotálamo-hipofisario; las reacciones emocionales a través
de la amígdala; las respuestas cognitivas a través de las neuronas corticales de CRF y
la respuesta autonómica a través de proyecciones de la amígdala a los núcleos del
tronco del encéfalo (principalmente locus coeruleus) (figura 48.3). Cuando el estrés es
intenso o crónico los cambios pueden llegar a ser permanentes, con una respuesta al
estrés por parte del eje hipotálamo-hipofisario–CRF y del sistema noradrenérgico
caracterizadas por una hipersensibilidad a los estímulos (estudios con mujeres
abusadas en la infancia).
Nos enfrentamos, por tanto, a una respuesta al estrés canalizada a través de
catecolaminas, endorfinas, citoquiinas, prolactina, GH, etc. Estudiando algunas de
las citoquinas (IL-1, IL-6 y TNF), éstas parecen regular funciones como el sueño, la
temperatura, la alimentación y la secreción de múltiples hormonas,
fundamentalmente corticosteroides, quizás actuando a nivel del hipotálamo, hipófisis
y glándula adrenal. La IL-1 es capaz de estimular in vitro la liberación de ACTH, LH,
GH y TSH y las células inmunes a su vez pueden producir ACTH-like, β−endorfina
like, somatostatina, VIP, tirotropina y PRL (figura 48.4).
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Figura 48.3. Mecanismos neuroendocrinos del estrés
PSIQUIATRÍA Y FUNCIÓN INMUNE
Las interacciones entre SI y SNC son importantes para la Psiquiatría por varios
motivos:
• las alteraciones inmunológicas provocadas por el estrés pueden
predisponer a alteraciones tales como cáncer, infecciones y
autoinmunidad, sin olvidar la necesidad de una cierta vulnerabilidad
previa.
• las alteraciones del SI pueden producir disfunciones del SNC con
sintomatología psiquiátrica (esclerosis múltiple, lupus eritematoso
sistémico, vasculitis, artritis reumatoide, etc.) semejante a la clínica
depresiva mayor o a los trastornos por ansiedad.
• permiten modelos experimentales y periféricos de estudio de la patología
psiquiátrica. Así en la depresión se han usado modelos con linfocitos
periféricos, observándose una disminución en el número de receptores
para los esteroides adrenales. En pacientes con trastorno por estrés
postraumático (TPST) se ha observado en cambio, que el número de estos
receptores está aumentado, permitiendo esbozar teorías sobre el
funcionamiento del eje corticoadrenal en estos pacientes. Otro receptor
linfocítico estudiado en la depresión ha sido el β adrenérgico que presenta
una respuesta disminuida.
La enfermedad psiquiátrica más estudiada en relación con el SI es la depresión
mayor, siendo los resultados, en general, inconsistentes, a pesar de que se conocen
con detalle alteraciones endocrinológicas subyacentes al trastorno depresivo
(disfunción del eje hipotálamo hipofisario, sistemas CRF, GH y tiroideo; alteraciones
en serotonina, noradrenalina, etc.). Los estudios inmunológicos han mostrado
reducciones en el número de células, en la actividad NK y en la respuesta a
mitógenos, pero estos estudios no han podido ser replicados y no parecen un
correlato específico de la depresión. En cambio factores como la edad, el sexo y la
severidad de la depresión si parecen influir en la función inmune (en depresión severa
se señaló una disminución de CD4 y de respuesta a mitógenos). Dado que los
deprimidos tienen alteraciones en la secreción del cortisol y este es un potente
regulador de la función inmune podría ser esta una vía explicativa de los hallazgos.
Recordemos además, que situaciones de estrés y depresión se han asociado a
empeoramiento de trastornos como cáncer e infecciones.
Uno de los marcadores biológicos más consistentes en la depresión mayor es la
alteración del sueño y fundamentalmente el despertar precoz. Trastornos del sueño
forman parte de la sintomatología de entidades discutidas como la fibromialgia
(pacientes que acaban engrosando la lista de espera de las consultas psiquiátricas,
etiquetadas como neuróticas) o el síndrome de fatiga crónica. Así mismo el ritmo de
vida actual, con la deprivación de sueño facilitada por los ritmos de trabajo y los
turnos y alteraciones de los ritmos de sueño desde edades tempranas (jóvenes y fin de
semana), modifican de modo significativo la cantidad y calidad de horas de sueño.
Hemos mencionado anteriormente como existen relaciones entre SI y sustancias que
controlan los ritmos básicos. Por ello se ha estudiado la relación entre SI y sueño. Se
sabe que factores inmunes, fundamentalmente las IL, regulan el sueño y se alteran
por su deprivación. Así mismo se conoce que el ciclo sueño/vigilia regula la función
inmune. Pocos estudios se centran en cambio, en la deprivación del sueño y la
función inmune y sin embargo Rogers et al. encuentran cambios significativos en la
función inmune tras días de deprivación total o incluso parcial de sueño.
Hemos mencionado que los agentes infecciosos que alteran el SI pueden dar
síntomas psiquiátricos y desde la perspectiva de una controvertida teoría viral de la
esquizofrenia (mayor incidencia de esquizofrenia en niños nacidos en el verano tardío
y la primavera precoz, posiblemente debido a infecciones por el virus influenza de la
madre), y de la existencia de gliosis en el cerebro de los sujetos esquizofrénicos se han
estudiado parámetros inmunológicos en estos sujetos encontrándose un aumento de
interferón, una disminución de niveles de IL 2 y un aumento de receptores de IL-2. En
algunos estudios se señala in aumento de Inmunoglobulinas en el LCR. Estos
hallazgos intentan relacionarse con una posible etiología infecciosa o un proceso
autoinmune, pero los intentos por aislar virus o hallar autoanticuerpos no han
arrojado resultados positivos.
Ya hemos visto la relación entre el estrés y el SI y por ello con los trastornos de
ansiedad. Existe un trastorno, el TPST causado por un estrés de intensidad severa
(violación, catástrofe, etc.), en el que se observa una disminución del cortisol y un
aumento de las catecolaminas. Se sabe que la secreción de interleukina-6 (IL-6) está
suprimida por corticoides y estimulada por las catecolaminas. Los autores hallaron
niveles aumentados de IL-6 en LCR, pero no en plasma frente a controles.
En el síndrome de fatiga crónico se evidencia una activación inmune con aumento
del número de linfocitos activados, incluyendo células citotóxicas y niveles altos de
citokinas circulantes. Sin embargo la función inmune de su LCR es pobre (baja
actividad NK, pobre respuesta a mitógenos, deficiencias de inmunoglobulinas,
fundamentalmente IgG1 y IgG3) y que puede estar relacionado con la exacerbación de
virus y explicar su carácter crónico con exacerbaciones periódicas.
Otras patologías con aspectos psiquiátricos relevantes y en las que subyacen
posibles disfunciones del SI son: enfermedad de Alzheimer, patología digestiva,
dermatitis atópica, etc. Hemos de mencionar los trastornos depresivos o psicóticos
que acompañan en ocasiones al lupus eritematoso sistémico, enfermedad de
Takayasu, sarcoidosis, esclerosis múltiple, etc., y que en muchos casos son la forma
inicial de manifestación de la enfermedad, con una ausencia de respuesta completa a
los tratamientos psiquiátricos habituales. La terapia con corticoides a dosis altas es
bien conocida por los psiquiatras de interconsulta hospitalaria como responsable de
la aparición de trastornos de ánimo (ya sean fases depresivas o maníacas) y/o de
psicosis. Y por último, poco se sabe de la relación entre SI y hormonas sexuales, cuya
disfunción en psiquiatría origina trastornos que van desde el síndrome premenstrual
hasta las depresiones y psicosis puerperales de intensidad severa, o la infertilidad
relacionada con el estrés en ausencia de otros hallazgos físicos que la justifiquen
En cuanto al arsenal terapéutico utilizado en psiquiatría se desconoce el papel
directo de los psicofármacos sobre la función inmune, aunque conocemos sus
acciones sobre los diversos neurotransmisores (serotonina, nordrenalina e histamina
principalmente en los antidepresivos; dopamina y serotonina en los antipsicóticos).
En cuanto a las llamadas psicoterapias poco se conoce sobre los fundamentos
neurobiológicos de las técnicas de prevención del estrés, entrenamiento en relajación,
biofeedback, aunque mejorar el estilo de vida, o manejar adecuadamente los
sentimientos de culpa (que según Dikerson et al. puede asociarse a un aumento de
citoquinas), pueden, a la luz de los conocimientos anteriores, mejorar la función
inmune. Y desconocida es también la biología de la sugestión y del placebo (que
consigue beneficios en un 30% de los sujetos). Un trabajo sobre función inmune e
hipnosis ha mostrado mayores porcentajes de linfocitos CD3+ y CD4+, en sujetos
postratamiento, lo que es prometedor en el manejo del estrés e Irwin et al. publican
un trabajo sobre los beneficios del Tai Chi sobre la función inmune y el estrés.
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CAPÍTULO 49
E L C O R A Z Ó N C O M O Ó R G A N O E N D O C R IN O :
P É P T ID O S N A T R IU R É T IC O S
- +
Con el comienzo de la utilización de la microscopía electrónica, se describió la
presencia en las células de la aurícula cardíaca de unos gránulos electrón-densos
específicos que poseían muchos de los rasgos morfológicos de los gránulos secretores
de las células endocrinas. La función fisiológica de dichos gránulos y su naturaleza
secretora no se llegó a conocer hasta la aparición del trabajo de Adolfo de Bold et al.
(1979) que describía cómo la granulosidad del atrio se alteraba en función del agua
sistémica y del balance de electrolitos. En años posteriores, este mismo grupo
proporcionó la descripción de cómo los extractos de tejido atrial eran capaces de
promover diuresis y natriuresis intensas en ratas. Esta observación supuso una clara
demostración de la actividad endocrina de la aurícula cardiaca y la descripción de la
existencia de un factor natriurético atrial. Es significativo, y quizás un estímulo para
la comunidad científica, el hecho de que el manuscrito de este trabajo fuese
rechazado para publicación por el Journal of Clinical Investigation en 1980, y no se
publicó hasta el año siguiente en Life Sciences. En 1982, de Bold confirmó la relación
entre la granulosidad atrial y el factor atrial natriurético. La estructura de esta
hormona polipeptídica, conocida actualmente como péptido natriurético atrial (ANP)
fue confirmada por Flynn et al. en el año 1983.
En 1988, Sudoh et al. aislaron a partir de cerebro porcino un péptido que
presentaba actividad biológica similar a ANP. Este péptido se llamó péptido
natriurético cerebral (BNP) a pesar de que posteriormente se observó que los
ventrículos cardíacos son la principal fuente productora de los niveles circulantes de
BNP. Fueron nuevamente Sudoh et al. quienes dos años después del descubrimiento
de BNP, aislaron a partir de cerebro porcino un nuevo péptido de estructura similar al
que llamaron CNP. Aunque posteriormente se descubrió que el endotelio es el
principal sitio de síntesis del mismo. Otros péptidos relacionados estructuralmente
incluyen el DNP, aislado a partir de veneno de la mamba verde (Dendroaspis
angusticeps) con inmunoreactividad demostrada en el plasma humano; la urodilatina,
que es el resultado del procesamiento alternativo de pro-ANP por las células renales;
la guanilina y la uroguanilina, ambos expresados por el epitelio intestinal e
implicados en la absorción de agua en el intestino y presentes en la circulación.
SÍNTESIS Y ALMACENAMIENTO DE LOS PÉPTIDOS NATRIURÉTICOS
La expresión de los genes de ANP y BNP tiene como consecuencia la producción de
prepropéptidos de elevado peso molecular. La rotura proteolítica de estas moléculas
deriva en la aparición de proANP y proBNP, que son las formas en las que se
almacenan en los gránulos de los miocitos. Contrariamente a éstos, el CNP se
sintetiza directamente como propéptido. Los fragmentos peptídicos maduros, de bajo
peso molecular, son los responsables de la principal actividad biológica de estos tres
péptidos. Dichos fragmentos presentan la característica común de una estructura en
anillo de 17 aminoácidos compuesta por varios aminoácidos.
ANP
En humanos, el gen del péptido precursor de ANP (Nppa), codifica una
preprohormona de 151 aminoácidos, la cual se procesa proteolíticamente para dar
una prohormona de 126 aminoácidos (proANP1-126), que se almacena dentro de los
gránulos de los miocitos atriales. En el proceso de liberación, ProANP sufre una
rotura mediada por una proteasa cardíaca denominada corin, de forma que se origina
proANP1-98 (ANP N-terminal), y el péptido carboxiterminal de 28 aminoácidos
biológicamente activo (ANP99-126). La expresión génica de preproANP se da en
condiciones fisiológicas en el atrio, pero se ha observado como en muchos desórdenes
clínicos y modelos de enfermedad experimentales, dicha expresión también aparece
en el ventrículo izquierdo. A niveles claramente inferiores el ARNm de preproANP
aparece en el ventrículo adulto normal, aunque estos niveles se incrementan en
estados patológicos, como es el fallo cardíaco o la hipertrofia ventricular izquierda
(14). En cuanto a las concentraciones plasmáticas de ANP, éstas aumentan
rápidamente en respuesta a la sobrecarga cardíaca tanto de presión como de
volumen, y también en respuesta al ejercicio físico, pero su vida media es muy corta
(de 1 a 3 minutos).
BNP
El BNP humano se sintetiza como un prepropéptido de 132 aminoácidos, y su
procesamiento mediante endoproteasas genera una proteína precursora de 108
aminoácidos (proBNP 1-108). Este propéptido se rompe dando dos fragmentos, uno
carboxiterminal de 32 aminoácidos (con actividad biológica) y otro N-terminal de 76
aminoácidos. A diferencia de ANP, el cual se almacena como un propéptido de 132
aminoácidos, la forma más abundante de BNP en el miocardio atrial de humanos es el
péptido maduro de 32 aminoácidos (45 aminoácidos en rata). La secreción de la forma
madura de BNP se da tanto en la aurícula como en el ventrículo, sin embargo, la
relación de ARNm de preproBNP entre ventrículo y aurícula es mayor que la
observada para ANP. Contrariamente a lo que ocurría con ANP, cuya secreción en
condiciones normales se da en la aurícula, el ventrículo es la principal fuente de
secreción de BNP. La vida media de BNP en plasma es de unos 21 minutos.
CNP
La molécula originaria (propéptido CNP), de 103 aminoácidos, dará lugar a dos
fragmentos, CNP22 y CNP53. Se
puede considerar que el fragmento de 22
aminoácidos es la forma madura y con mayor actividad biológica. Los sitios de mayor
expresión de CNP son el sistema nervioso y las células endoteliales. En el caso del
tejido cardíaco, las cantidades de CNP son muy bajas, y su circulación en plasma es
muy pequeña en los casos en los que se encuentra. Contrariamente, en el cerebro y
tejido nervioso de la mayoría de especies, CNP parece ser la forma más abundante de
péptido natriurético. Una amplia variedad de citoquinas (TGF-β, IL-1α, TNF-α)
estimulan la expresión del ARNm de CNP.
INACTIVACIÓN DE LOS PÉPTIDOS NATRIURÉTICOS
La vida media biológica de los péptidos natriuréticos es breve debido a su rápida
degradación y/o eliminación de la circulación. El principal mecanismo de eliminación
está mediado por la unión de los péptidos a su receptor, derivando en la
internalización y degradación lisosomal de los mismos. El receptor de péptidos
natriuréticos NPR-C, se expresa en la pared vascular, riñones, y pulmón. Otros
mecanismos serían la rotura proteolítica en la circulación, mediada por la
endopeptidasa neutral 24.11, que hidroliza los péptidos natriuréticos, y la excreción
renal (figura 49.1).
Las bajas concentraciones en plasma de ANP y BNP están aseguradas por la
liberación basal de éstos por parte del miocardio. Esta liberación se estimula por una
amplia variedad de señales, siendo éstas tanto físicas como psicológicas, patológicas y
químicas. El punto que mayor interés ha despertado es el hecho de que determinadas
condiciones clínicas, caracterizadas por una disfunción ventricular izquierda,
aumentan de forma acusada los niveles de péptidos natriuréticos circulantes.
Actualmente existen pruebas fehacientes de que los niveles de BNP se asocian con el
grado de disfunción ventricular izquierda, y que esta asociación tiene importancia
diagnóstica y pronóstica. La importancia que BNP tiene en el fallo cardíaco ha
quedado reseñada en la bibliografía. Quedaría por aclarar cuales son los mecanismos
por los que se dan respuestas de síntesis, procesado y liberación a diferente
estímulos. El estímulo más clásico y mejor conocido es la distensión de las cavidades
cardíacas, pero también se sabe que bajo ciertas condiciones experimentales y
clínicas caracterizadas por una sobrecarga de volumen, se produce la liberación de
ANP y BNP. Existen otros tipos de estímulos, entre los que se incluyen la isquemia y
la hipoxia, el ejercicio, la osmolaridad plasmática, las catecolaminas y distintas
neurohormonas, factores derivados de endotelio como óxido nítrico, endotelina-1 y
prostaciclinas, y citoquinas.
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Figura 49.1. ANP, BNP y CNP se sintetizan como propéptidos, y se almacenan en mayor o menor medida
como péptidos de alto peso molecular. En humanos, la rotura protelítica de los propéptidos da lugar a la
formación de los péptidos maduros (de bajo peso molecular) ANP-27, BNP-32, CNP-53 y CNP-22, y
fragmentos N-terminal. La actividad bilógica de los péptidos reside en las formas maduras. (adaptado de
Baxter GF, 2004).
RECEPTORES DE LOS PÉPTIDOS NATRIURÉTICOS
Los receptores específicos para los péptidos natriuréticos (ANP, BNP, CNP,
guanilina/uroguanilina) son receptores guanilato ciclasa, pertenecientes a una familia
de siete isoformas de enzimas transmembranas.
Estos receptores forman dímeros y cada monómero se divide en cuatro regiones:
un dominio extracelular de unión al ligando, una región intracelular formada por un
dominio de homología a proteína quinasa, una región bisagra, esencial para la
dimerización del receptor y activación del último dominio, el dominio catalítico
guanilato ciclasa (figura 49.2). Estos receptores median los efectos de los péptidos
natriuréticos tras su unión al receptor específico y posterior conversión de la
guanosina trifosfato (GTP) a 3’,5’guanosina monofosfato cíclica (GMPc) como segundo
mensajero.
Existen dos subtipos de receptores de péptidos natriuréticos: el tipo A (NPR-A) y el
tipo B (NPR-B). El receptor NPR-A media los efectos tanto de ANP como BNP, mientras
que el receptor NPR-B une selectivamente CNP. Existe un tercer receptor denominado
NPR-C, al cual se unen todos los péptidos natriuréticos con la misma afinidad, y que
es el encargado de mantener la concentración plasmática de los péptidos mediante la
internalización y degradación de los mismos. Este tercer receptor podría también
mediar los efectos biológicos de los péptidos guanilina e uroguanilina, aunque en este
caso y debido a que la región interna del NPR-C difiere de los otros dos tipos de
receptores, el GMPc no actuaría como segundo mensajero, aunque en ratones
deficientes en NPR-C, tanto guanilina como uroguanilina presentan efectos renales
por lo que se presupone la existencia de un receptor aún no identificado para ambos
péptidos.
El receptor NPR-A se expresa predominantemente en el sistema cardiovascular y,
como ya se ha comentado con anterioridad, tanto ANP como BNP provocan un
aumento de la concentración de GMPc tras su unión al NPR-A, aunque BNP presenta
una potencia 10 veces menor que ANP.
El receptor NPR-B se expresa en diferentes tejidos, y particularmente en tejido
vascular, en regiones del cerebro y del hueso, y en mayor proporción en fibroblastos.
Su ligando natural es el CNP aunque la estimulación con dosis altas de ANP o BNP
también aumenta la concentración de GMPc.
Se ha determinado que en células endoteliales humanas de entre los tres péptidos
el CNP es el más potente a la hora de aumentar el CMPc.
Señalización intracelular
Los péptidos natriuréticos producen un aumento de la concentración intracelular de
GMPc, que se encarga de modular la actividad de proteínas reguladoras específicas
situadas posteriormente en la ruta de señalización. Existen tres tipos de proteínas
diana para el GMPc: los canales iónicos, proteína quinasas dependientes de GMPc y
fosfodiesterasas.
El enzima proteína quinasa dependiente de GMPc (PKG o cGK) representa el
principal mediador. La activación de este enzima permite la tranferencia de un grupo
fosfato procedente del ATP a los aminoácidos serina o treonina de sus proteínas
diana. Una vez fosforiladas, estas proteínas provocan la translación de los estímulos
extracelulares a una función biológica específica.
En mamíferos se han identificado dos genes que codifican para PKG. Uno de los
genes codifica para la enzima soluble citoplasmática PKG-I encargada de modular el
Ca+2 intracelular, y está presente en un gran número de tejidos. La PKG-I presenta
dos isoformas, la PKG-Iα, que se expresa predominantemente en cardiomiocitos,
vasos sanguíneos, pulmón, cerebelo, riñón y glándula adrenal, y la isoforma PKG-Iβ,
sólo presente en el músculo liso del útero (42, 43, 44).
La PKG-II es una proteína que se une a la membrana citoplasmática formando
homodímeros, y cuya función es regular la homeostasis de fluidos. Se expresa en
cerebro, intestino, pulmón, riñón y hueso (7).
Las fosfodiesterasas reguladas por GMPc (PDEs) están implicadas en la
transducción de señales de los péptidos natriuréticos, y tienen un papel importante
en la modulación de la concentración celular de los nucleótidos cíclicos (GMPc y
AMPc). Existen tres isoformas de PDEs. La PDE-I está presente en corazón, pulmón,
cerebro y músculo liso y se activa tras su unión a la enzima calcio-calmodulina
dependiente para disminuir la concentración de GMPc o AMPc.
La PDE-II se expresa también en corazón y pulmón, además de en hígado,
glándula adrenal y plaquetas. Se activa tras la elevación de GMPc lo que causa una
disminución de la ruta de señalización de AMPc. Por su parte la PDE-III esta inhibida
a bajas concentraciones de GMPc lo que permite la elevación de la concentración de
AMPc (45).
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Figura 49.2. Representación esquemática del receptor típico de los péptidos natriuréticos (NPs-R) y de la
ruta de señalización intracelular. El NPs-R está formado por cuatro dominios y el más característico es el
dominio catalítico guanilato ciclasa, el cual produce como segundo mensajero el CMPC. La unión del
ligando al NPs-R promueve la fosforilación del dominio de homología a proteína quinasa. El incremento del
CMPC activa sus proteínas diana (canales iónicos, proteínas quinasa o fosfodiesterasas). La activación de
estas proteínas desencadena los diferentes efectos fisiológicos celulares de los péptidos natriuréticos (sobre
el sistema vascular, gastrointestinal, nervioso, riñón y hueso entre otros). Adaptado de Kuhn M, 2004.
ACTIVIDAD FISIOLÓGICA DE LOS PÉPTIDOS NATRIURÉTICOS
En mamíferos tanto ANP como BNP presentan acciones endocrinas para mantener la
presión arterial, aumentar el filtrado glomerular, inhibir el sistema reninaangiotensina-aldosterona, y reducir la actividad del sistema simpático. Presentan
también efectos autocrinos/paracrinos en corazón, como por ejemplo la modulación
del estado inotrópico, la actividad citoprotectora en isquemia miocárdica, la inhibición
de la hipertrofia miocardica, la vasodilatación coronaria, y la inhibición de la
proliferación de fibroblastos.
Por su parte el CNP presenta exclusivamente actividad autrocrina/paracrina sobre
el sistema vascular regulando la vasodilatación. Recientemente, también se le han
atribuido propiedades antiproliferativas, las cuales pueden ser de gran importancia en
la fisiopatología de enfermedades vasculares fibroproliferativas como son la
aterosclerosis o restenosis.
Los péptidos natriuréticos sintetizados en intestino, guanilina y uroguanilina,
inducen natriuresis y diuresis a nivel local. Las guanilinas también actúan de forma
autocrina/paracrina en cuanto a la regulación de la proliferación del epitelio
intestinal a través del NPR-C.
La uroguanilina además de sus actividades locales sobre el epitelio intestinal,
participa en el mantenimiento de la homeostasis de agua y sales entre el eje entéricorenal.
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CAPÍTULO 50
L A S U P E R F A M IL IA D E L T G F -β : M IE M B R O S ,
R E G U L A C IÓ N Y R E S P U E S T A S C E L U L A R E S
Aun cuando su papel como inhibidor de la proliferación celular es quizás el aspecto
mejor conocido y más estudiado, tanto el TGF-β (transforming growth factor β) como
los demás miembros de su superfamilia participan en multitud de procesos celulares
fundamentales en la biología de gran cantidad de organismos. Esta variedad es el
resultado de un complejo y a la vez preciso mecanismo de transmisión de la señal en
el que se combinan varios niveles de regulación. A ello hay que sumar la existencia de
determinantes célula-específicos que hacen que un mismo ligando pueda generar
repuestas opuestas dependiendo del tipo celular sobre el que actúe. En este capitulo
se tratarán de describir los aspectos más importantes de la respuesta celular al TGF-β
y otros miembros de la superfamilia.
LOS MIEMBROS DE LA SUPERFAMILIA
En la actualidad existen en vertebrados más de treinta y cinco proteínas englobadas
dentro de lo que se conoce como superfamilia del TGF-β, agrupadas a su vez en una
serie de familias en base a sus características estructurales y funcionales (tabla 50.1).
La familia del TGF-β está constituida por tres miembros, TGF-β1, TGF-β2 y TGFβ3, que presentan una elevada homología (1 vs 2, 74%; 1 vs 3 78%; 2 vs 3, 82%). A
pesar de su similitud, los distintos TGFs pueden jugar un papel fisiológico diferente
en determinados tejidos, como se deduce de los fenotipos resultantes de su
eliminación en modelos de ratón. Estas acciones específicas hay que atribuirlas no
solo a la existencia de patrones de expresión distintos, sino también a diferencias en
el mecanismo de señalización intracelular o a la diferente afinidad de cada isoforma
por la célula diana. Aun cuando como ya veremos más adelante su actividad como
factor citostático es probablemente la más conocida, el TGF-β participa también en
procesos de diferenciación, apoptosis, migración, adhesión, vasculogénesis o
angiogénesis.
Un segundo grupo dentro de la superfamilia lo constituye la familia de
activinas/inhibinas, inicialmente identificadas como reguladores de la síntesis y
secreción de FSH (follicle stimulating hormone). Las activinas son homo o
heterodímeros de subunidades β, mientras que en el caso de las inhibinas se trata de
heterodímeros compuestos por una subunidad β y una α. En la actualidad se conocen
cuatro isoformas β (βA, βB, βC y βE) de las cuales las más ampliamente distribuidas
son las βA y βB. Entre ambas existen no solo diferencias en los patrones de expresión
sino también funcionales. Las distintas combinaciones de las isoformas βA y βB dan
lugar a las diferentes activinas, originándose así las activinas A (βA, βA), activinas B
(βB, βB) y activinas AB (βA, βB). Además del mencionado control de la actividad FSH,
las activinas participan en otros procesos como organogénesis, diferenciación (células
hematopoyéticas) o supervivencia (células nerviosas). Por el contrario, las inhibinas
parecen estar dedicadas casi exclusivamente a la regulación negativa de la secreción
de FSH.
Tabla 50.1. Componentes de la superfamilia del TGF-β
Familia
Ligando
TGF-β
βs
TGF-β1
TGF-β2
TGF-β3
Activina A
Activina B
Activina AB
Inhibina A
Inhibina B
Nodal
Lefty 1
Lefty 2
BMP2
BMP4
BMP5
BMP6
BMP7
BMP8A
BMP8B
GDF1
GDF3
GDF5
GDF6
GDF7
BMP3
BMP3b
BMP9
BMP10
GDF9
GDF9b
GDF15
GDF8
GDF11
MIS
Activinas
Inhibinas
Nodal
Lefty
BMP2/4
BMP5/6/7
GDF1
GDF5/6/7
BMP3
BMP9/10
GDF9
GDF8
MIS
Nombre alternativo
Ndr
Lefty A
Lefty B
BMP2A
BMP2B
Vgr1/DVR6
OP1
OP2
OP3/PC8
Vgr2
CDMP1
CDMP2/BMP13
BMP12
Osteogenina
GDF10/Sumitomo-BIP
GDF2
BMP15
MIC/PLAB/PTGFB/PDF
Myostatina
BMP11
MIF/AMH
Las BMPs forman el grupo más numeroso dentro de la superfamilia con unos 20
miembros. Inicialmente fueron identificadas por su capacidad de inducir la formación
ectópica de hueso, de donde viene su nombre (bone morphogenetic proteins) y son un
elemento fundamental en el proceso de diferenciación de las células mesenquimales.
El análisis de su expresión y el desarrollo de modelos animales han puesto de
manifiesto que además de participar en la formación de hueso y cartílago, las BMPs
se encuentran también involucradas en el desarrollo tanto en la etapa embrionaria
como en el adulto de la función pulmonar, cardiovascular y en el funcionamiento de
los sistemas reproductor, urogenital y nervioso.
Completando la superfamilia está la MIS (müllerian inhibiting substance), conocida
también como hormona anti-mülleriana (AMH). Al contrario de lo que ocurre con los
otros miembros de la superfamilia, que están presentes en multitud de órganos y
participan en una gran diversidad de procesos, la expresión de la MIS se restringe a
las gónadas y ejerce sus efectos sobre el desarrollo y función de los órganos
reproductores. Como veremos más adelante, la principal función de la MIS es la
inducción de la regresión del conducto Mülleriano durante la etapa fetal en los
machos, un paso crítico en el inicio del desarrollo del tracto genital masculino.
ESTRUCTURA Y LIBERACIÓN AL MEDIO EXTRACELULAR
Los TGFs-β son sintetizados como dímeros de precursores inactivos, en los que el
futuro dominio activo está situado en la zona C-terminal (figura 50.1). Como
característica estructural importante dentro de este dominio activo hay que señalar la
presencia de una serie de residuos de cisteina, entre 6 y 9, que permiten la formación
de puentes disulfuro intra e intercatenarios característicos de varios de los miembros
de la superfamilia. La región N-terminal del precursor corresponde a la proteína
asociada a latencia (LAP, latency associated protein), que es escindida durante el
proceso de secreción por la acción de endoproteasas, pero que permanece unida al
dímero maduro formando el llamado complejo latente pequeño (figura 50.1). Cuando
el complejo latente fue aislado por primera vez a partir de plaquetas se comprobó que
asociado a el había otras proteínas a las que se denominó LTBP (de latent TGF-β
binding protein)(figura 50.1). En la actualidad se han identificado cuatro LTBP, y su
asociación con el complejo latente pequeño, además de aumentar la secreción de
TGF-β, facilita su depósito en la matriz extracelular. La activación del TGF-β tiene
lugar mediante la ruptura de su unión a la LAP. Al menos in vitro dicha ruptura
puede conseguirse mediante el empleo de distintos métodos fisicoquímicos (pH
extremo, radiación γ) o enzimáticos (proteasas).
Las células sobre las que va a actuar el TGF-β pueden ser vecinas de la célula
secretora o encontrarse a una cierta distancia. En el exterior celular se forma un
gradiente de ligando de forma que la célula diana puede responder a la señal en
función de su posición dentro de dicho gradiente. Este se crea, además de por un
proceso de difusión a partir de la célula secretora, por la existencia en la matriz
extracelular de una serie de moléculas que actúan como antagonistas (figura 50.2).
Este es el caso por ejemplo de chordin, una glucoproteína que une varios miembros de
la superfamilia en diversas especies, y cuya actividad es bloqueada a su vez por la
acción de metaloproteasas, que provocan su ruptura. Además de chordin, otras
glucoproteínas como decorin y miembros de las familias DAN (differential screeningselected gene aberrative in neuroblastoma), gremlin y cerberus pueden interferir
también con la señalización por TGF-β. El bloqueo de la actividad puede ser ejercido
incluso por parte de miembros de la propia superfamilia.
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Figura 50.1. Estructura del TGF-β y su asociación a la LTBP en la matriz extracelular. LAP: proteína
asociada a latencia. LTBP1: proteína de unión a TGF-β latente (latent TGF-β binding protein)
Una vez alcanzada la célula diana, el ligando se une a un sistema de dos
receptores anclados en la membrana celular y que poseen actividad serina/treonina
quinasa (véase capítulo 7). Dicha unión provoca la activación de los receptores y el
inicio de la cascada de señalización intracelular, transmitida a través de las Smads.
Estas proteínas, junto con una serie de reguladores y cofactores, inducen o reprimen
la transcripción de distintos conjuntos de genes que varían dependiendo del contexto
celular.
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Figura 50.2. Regulación de la secreción y procesamiento extracelular del TGF-β.
ACCIONES CELULARES DE LA SUPERFAMILIA
Desarrollo
La obtención de ratones deficientes en la expresión de uno o varios de los miembros
de la superfamilia del TGF-β ha demostrado que casi todos ellos desempeñan
funciones esenciales en el desarrollo de órganos y sistemas vitales para la
superviviencia. Prueba de ello es la alta incidencia de fenotipos con letalidad
embrionario o perinatal, y la casi total ausencia de fenotipos sin alteraciones. Como
veremos a continuación con más detalle, su ausencia afecta al desarrollo craneofacial,
del esqueleto, sistema nervioso, corazón, o a procesos como la angiogénesis o al
establecimiento de los ejes antero-posterior y derecha-izquierda. Estos estudios han
permitido además delimitar la existencia de posibles redundancias funcionales entre
los miembros de las distintas familias.
La carencia de TGF-β1 provoca la muerte de los animales en el periodo
embrionario o perinatal, como consecuencia de alteraciones en el sistema
hematopoietico y una respuesta inflamatoria aguda. En el caso de TGF-β2 se
producen malformaciones craneofaciales, cardíacas y renales y en los deficientes en
TGF-β3 defectos en el paladar y pulmones.
La obtención de ratones knockout para las BMPs se traduce también en un ámplio
abanico de alteraciones. Así por ejemplo, su ausencia provoca letalidad embrionaria
en el caso de BMP2 y BMP4, o perinatal en BMP7. Por el contrario, la carencia de
otras BMPs como BMP3, BMP5 y BMP8 no afecta a la viabilidad, aunque si origina la
aparición de defectos en la formación del esqueleto, y en el caso concreto de BMP8
ocasiona infertilidad en los machos.
La falta de activina A (βA-/βA-) provoca letalidad perinatal, con importantes
defectos craneofaciales que afectan al desarrollo de diversas piezas dentarias y del
paladar. Por el contrario, los ratones carentes de activina B (βB-/βB-) son viables,
aunque las hembras muestran defectos en su capacidad reproductora.
En el caso de los GDFs, la única letalidad asociada a su pérdida se ha observado
tras eliminación de GDF1, que provoca la muerte de los animales entre los días 14.5
del periodo embrionario y 2 del postnatal. Los ratones knockout para los otros
miembros de la familia son viables, y muestran fenotipos muy variados como son
alteraciones en el desarrollo de extremidades (GDF5), defectos en las vesículas
seminales que provocan infertilidad en los machos (GDF7), incremento de la masa
muscular (GDF8) e incluso no originan ningún defecto aparente (GDF15 y GDF10).
Al igual que ocurre con la pérdida del ligando, la alteración de otros puntos de la
vía de señalización como son los receptores, receptores accesorios o las Smads
también se traducen en diversas alteraciones en el desarrollo. La ausencia de los
receptores tanto de tipo I como II origina fenotipos muy dramáticos que provoca en la
mayor parte de los casos letalidad embrionaria muy temprana, como consecuencia de
alteraciones que van desde fallos en la angiogénesis (Alk1), defectos en la gastrulación
(Alk2), ausencia de mesodermo (Alk3) o arresto en la gastrulación (BMPRII). Los
ratones knockout para el receptor accesorio endoglina mueren en los días 11.5 del
desarrollo embrionario, mientras que los carentes de proteínas extracelulares de
unión al ligando como noggin o follistatina muestran letalidad perinatal. Las
alteraciones producidas por la deficiencia en Smads son también muy variadas, y con
la excepción de Smad3 todas provocan letalidad embrionaria. Así por ejemplo, los
knockouts para Smad1 mueren con defectos en el tejido extraembrionario, mientras
que la falta de Smad2 provoca ausencia de mesodermo y de la formación del eje
antero-posterior. Los knockouts de Smad4 muestran defectos en la gastrulación y los
de Smad5 acortamiento del alantoides y defectos cardiovasculares y craneofaciales.
Como hemos mencionado antes, Smad3, el único fenotipo viable, aunque los animales
presentan una reducción en el tamaño de la masa corporal, predisposición al
desarrollo carcinoma metastático de colon y deficiencias en la respuesta inmune.
Control de la proliferación celular
El efecto del TGF-β y otros miembros de su superfamilia sobre el control de la
proliferación celular sigue siendo objeto de numerosos estudios, dada su implicación
no sólo en el crecimiento normal de un organismo, sino también en el
desencadenamiento de procesos patológicos. Su papel como regulador negativo de la
proliferación en células epiteliales es quizás el más conocido, aun cuando el TGF-β
controla también el crecimiento de muchos sistemas no-epiteliales, pudiendo actuar
además en algunos casos como estimulador de la proliferación. El estudio del
mecanismo de transmisión de la señal ha puesto de manifiesto que esta dualidad no
depende tanto del propio TGF-β, sino que reside más bien en las características
propias de la célula sobre la que actúa. Así por ejemplo los efectos contradictorios
observados sobre la proliferación o apoptosis en queratinocitos pueden ser un reflejo
del grado de diferenciación celular, los niveles de expresión del TGF-β o la duración de
la señal.
Si la función citostática y apoptótica del TGF-β es importante por cuanto participa
en el control del crecimiento en multitud de tejidos, es obvio que su pérdida puede
tener graves consecuencias. En estudios realizados en mama de ratón la
sobreexpresión de TGF-β1 o del TβRI activo provoca una disminución del desarrollo
lóbulo-alveolar durante el periodo de gestación, mientras que por el contrario niveles
altos de un dominante negativo para el TβRII inducen hiperplasia. La inactivación
parcial o total de TGF-β1, Smad3 o Smad4 genera la aparición de fenotipos con una
predisposición al desarrollo de cierto tipo de tumores, bien de forma espontánea o
inducida. En humanos se han encontrado mutaciones en el TβRII en cáncer de colon
esporádico o hereditario con inestabilidad de microsatélites y en el TβRI en algunos
tumores de ovario, mama y páncreas. Las mutaciones en Smad2 son muy
infrecuentes, aunque han aparecido en algunos casos en cáncer de pulmón y
colorectal, mientras que aproximadamente el 50% de los tumores de páncreas y el
10% de los de colon portan mutaciones en Smad4.
La adquisición de resistencia al TGF-β en una célula tumoral no solo facilita su
crecimiento, sino que el propio TGF-β puede llegar a convertirse en un aliado del
desarrollo del tumor. La reexpresión de TβRII en cáncer de colon, TGF-β1 en
papilomás y Smad2 en cáncer de células escamosas provoca un aumento de la
capacidad invasiva y metastática. Otro dato importante a favor de este papel como
promotor tumoral es la implicación del TGF-β como un regulador clave en la
transición epitelio-mesenquima. En este proceso las células epiteliales pierden su
polaridad, los contactos célula-célula y sufren una remodelación de su citoesquelelo,
a la vez que comienzan a expresar componentes mesenquimales y adquieren un
fenotipo migratorio. Este cambio, fundamental en muchos de los pasos críticos
durante la embriogénesis en metazoos, tiene lugar también de forma transitoria o
permanente en la progresión hacia un fenotipo maligno de muchos carcinomas.
Diversos estudios muestran que la contribución a este proceso está mediada, en
parte, por la capacidad del TGF-β de inducir la expresión de represores del receptor de
adhesión E-cadherina. Además, TGF-β actúa de modo sinérgico con otras rutas de
señalización implicadas en la transición hacia el fenotipo mesenquimal como Ras-RafMAPK. Recientemente se ha demostrado que la fosforilación por el TβRII de Par6, una
proteína implicada en la transición eptielio-mesenquimal, es esencial para que este
proceso ocurra.
Además de promover esta transición, el TGF-β participa en otras actividades proinvasivas y metastáticas. Por un lado ayuda a la creación de un ambiente que
favorezca la angiogénesis, para lo cual induce la expresión de factores angiogénicos
como VEGF (vascular endotelial growth factor) y CTGF (connective-tissue growth
factor), así como de proteasas que degradan la matriz extracelular. Además facilita la
inmunosupresión al impedir la activación de células T y la expresión de varias
moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad II. Por último datos obtenidos
recientemente implican al TGF-β en el proceso de inducción de metástasis tejidoespecifico, en concreto en mama, mediante la inducción de la expresión de CTGF, IL11 y PTHrP.
Mecanismo de control de la proliferación
Como veremos a continuación, el efecto citostático del TGF-β tiene como diana final el
programa que controla la transición a través de la fase G1 del ciclo celular. El
mecanismo de parada, que es compartido por las células epiteliales de pulmón, mama
y piel, se basa la activación de los inhibidores del ciclo celular, p21waf1 y p15ink4b, y en
la represión de los factores de transcripción c-myc, Id1, Id2 y Id3.
Las proteínas p21 y p15 pertenecen a las familias de inhibidores kip/cip e ink4
respectivamente. Aunque de distinta manera, ambas actúan bloqueando la actividad
quinasa de los complejos ciclina-cdk necesaria para la transición entre las fases G1 y
S. Recientemente se ha demostrado que en células estimuladas con mitógenos la
transcripción de ambos genes se encuentra reprimida por la presencia en sus
promotores del binomio c-myc/miz. La disminución en los niveles de c-myc que se
observa en respuesta a TGF-β es un requisito necesario para liberar esta represión y
está mediada por la unión de complejos Smad2-Smad3-E2F4/5 y el represor de la
transcripción p107 a su promotor (figura 50.3). Sin embargo, la liberación de la
represión por c-myc no es suficiente para la activación de p21 y p15 sino que requiere
además de la actividad de complejos transcripcionales. La identificación de complejos
Smad3-Smad4-FoxO en el promotor de p21 ha permitido establecer la identidad del
complejo de activación de la transcripción de este gen en glioblastomas, así como
establecer la existencia de una cooperación entre las rutas de Smad, PI3K y FoxG1 en
el control del crecimiento y oncogénesis en células epiteliales y neuronales.
Apoptosis
En la célula, las dos vías principales de inducción de apoptosis son las mediadas por
un lado por la activación de los denominados death receptors, en respuesta por
ejemplo a TNF-α o FasL, y por otro la activada a través de la mitocondria. Al igual que
ocurre con su efecto sobre proliferación, la capacidad de TGF-β de inducir o bloquear
la apoptosis varía dependiendo del tipo celular. Aunque el conocimiento de los
mecanismos moleculares implicados en este caso es aun muy limitado, se han
identificado diversos genes cuya expresión se activa o reprime en respuesta a TGF-β.
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Figura 50.3. Mecanismo de respuesta celular implicado en la inhibición de la proliferación por TGF-β
TGF-β modifica o potencia las repuestas celulares a FasL a través de proteínas
como FLIP o Daxx. En las células β del páncreas o en la microglía la inducción de
FLIP (flice-inhibitory protein) en respuesta a TGF-β activa rutas de supervivencia,
proporcionándole así un papel protector ante la apoptosis inducida por FasL. Por el
contrario Daxx activa la ruta de JNK a través del receptor Fas, pero también a través
de su interacción con el TβRII. En algunos sistemas como linfomás de células B,
hepatocitos o tumores de mama TGF-β ejerce su función pro-apoptótica bloqueando
la actividad del factor de supervivencia NF-κB, mediante la inducción del inhibidor
IκB. De este modo, es posible que la ausencia de respuesta a TGF-β en algunos
tumores este relacionada con la potenciación de esta vía de supervivencia. Además de
la mencionada JNK, otras rutas con las que converge TGF-β para inducir o bloquear
apoptosis son las de p38MAPK y PI3K/Akt.
En el caso de las rutas apoptóticas mitocondriales, las respuestas a TGF-β están
asociadas con cambios en la expresión, localización y activación de los miembros de la
familia de Bcl-2 y la activación de caspasas.
Otras funciones de la superfamilia
Diversos estudios realizados en ratón indican que varios miembros de la superfamilia
están implicados en el desarrollo y funcionamiento del sistema reproductor, desde la
formación de los gametos y desarrollo de los órganos sexuales hasta el control de la
secreción hormonal.
Durante el desarrollo embrionario, las células precursoras de los gametos
(primordial germ cells), proliferan a la vez que migran desde su lugar de origen hasta
situarse en el lugar que ocuparan los futuros genitales. Los ratones carentes de
BMP4, BMP2, BMP8b, Smad1 o Smad5 muestran una reducción más o menos
acusada según los casos en el número de estas células, lo que indica que todos ellos
desempeñan un papel importante en este proceso.
Otro miembro de la superfamilia, la conocida como MIS o AMH es esencial en el
proceso de diferenciación sexual. Al principio del desarrollo embrionario, los
conductos Mülleriano y Wolfiano, precursores de los tractos reproductores femenino y
masculino respectivamente, están presentes en ambos sexos. La MIS es secretada por
las células de Sertoli en los testículos del feto y adulto, y por las de la granulosa en el
ovario adulto. Durante el proceso de diferenciación sexual en el feto, la MIS producida
en los testículos provoca la regresión del conducto Mülleriano, un evento esencial en
el proceso de diferenciación de los machos. Los ratones macho carentes de MIS
muestran hiperplasia de las células de Leydig y se desarrollan como
pseudohemafroditas, con un aparato reproductor masculino completo a la vez que
ovarios y útero, lo que provoca esterilidad en un 90% de los animales.
Además de participar en la regresión del conducto Mülleriano y en el control de la
proliferación de las primordial germ cells, algunos miembros de la superfamilia están
también implicados en el crecimiento y desarrollo de las gónadas después del
nacimiento. Este es el caso de activinas e inhibinas, que participan en la regulación
positiva y negativa respectivamente de la secreción de FSH. Los ratones carentes del
ActRII muestran defectos en el desarrollo de las gónadas, y las hembras son estériles
debido al bloqueo de la foliculogénesis en la fase antral, un fenotipo muy similar al
que se observa en los knockouts de FSHβ. La sustitución de la expresión de activina A
por activina B provoca una reducción en el tamaño de las gónadas, que aunque no
afecta a la fertilidad de los machos provoca esterilidad en las hembras. Por el
contrario, el tamaño de los testículos no se ve afectado en los ratones knockout de
activina B, lo que sugiere que la presencia de activina A es suficiente para mantener
el desarrollo testicular normal. Un fenotipo mucho más agresivo es el que se observa
en ausencia de inhibinas como consecuencia de la eliminación de la subunidad α.
Además de un aumento en los niveles de FSH, la carencia de inhibina se traduce en la
aparición de tumores que afectan a las células de la granulosa y de Sertoli a edades
tan tempranas como las cuatro semanas de vida, y que terminan provocando la
muerte del animal. Junto con su papel en la proliferación de las primordial germ cells
en el embrión, BMP8b y su homólogo BMP8a participan también en la maduración de
las células germinales del adulto. Las células del ovario adulto expresan también
varios de los miembros de la superfamilia. De todos ellos, GDF9 y BMP15 son los que
parecen jugar un papel más destacado. La ausencia de GDF9 provoca infertilidad en
las hembras como consecuencia de un bloqueo en la proliferación y diferenciación de
las células de la granulosa, ausencia del desarrollo de la teca y defectos en los oocitos.
En cuanto a los knockout de BMP15, su fertilidad está parcialmente comprometida
con una reducción del tamaño y del número de las camadas.
Íntimamente ligado a su papel sobre el control de la función reproductora está su
efecto sobre el crecimiento, desarrollo y funcionamiento de la hipófisis. La correcta
expresión tanto espacial como temporal de BMP4 y BMP2 durante el desarrollo
embrionario es crítica en la organogénesis hipofisaria. En la hipófisis adulta las
activinas estimulan la producción de FSH por las gonadotropas mediante un
mecanismo que combina el aumento de la actividad en los promotores de los genes de
FSH y del receptor de GnRH. Esta acción es antagonizada por las inhibinas. Además,
las activinas inhiben la secreción de GH por las somatotropas y de ACTH por las
corticotropas. En cuanto a las lactotropas, el principal modulador de su actividad,
junto con miembros de otras familias como TGF-α y EGF, es el TGF-β.
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PARTE X
MÉTODOS EN
ENDOCRINOLOGÍA
CAPÍTULO 51
C U L T IV O S C E L U L A R E S
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Los cultivos celulares empezaron a desarrollarse a principios del siglo XX y
constituyen la principal alternativa al uso de animales en experimentación. Los
cultivos celulares consisten en mantener in vitro, es decir fuera del organismo, células
eucariotas vivas, con fines experimentales. Es una técnica habitual en muchos
laboratorios, imprescindible para estudios celulares básicos y aplicados (fisiología
celular). La práctica totalidad de los tejidos se pueden cultivar in vitro, ajustando las
condiciones ambientales a las necesidades específicas de cada tipo celular.
Para que las células sobrevivan y se multipliquen fuera del organismo es necesario
conocer y controlar los requerimientos biológicos de cada tipo celular y sus
mecanismos de funcionamiento in vivo, es decir su fisiología de la manera más
completa posible. Por eso resulta los cultivos no siempre resultan fáciles, toda vez que
las células se comportan en muchas ocasiones de manera diferente in vitro. Esto
implicará que los resultados obtenidos con estas técnicas deberán siempre ser
comprobados in vivo (tabla 51.1).
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
El cultivo de tejidos es una técnica que comenzó a ser desarrollada a principios de
siglo por Harrison (1907) y Carrel (1912). Hasta los años 60-70 no se empezó el
empleo de tejidos hipofisarios en cultivo, cultivándose al principio trozos de tejidos. En
1955 con el desarrollo de nuevos medios de cultivo por H. Eagle y Dulbecco, se
produjo una verdadera revolución en este campo, y con el cultivo de hipófisis por De
Vitry en 1974 comenzó la andadura de esta técnica en la investigación biomédica.
TIPOS DE CULTIVO POR EL ORIGEN DE LAS CÉLULAS
Existen dos tipos básicos: los cultivos primarios, en los que las células se obtienen
directamente de los tejidos del animal; y las líneas celulares, que suponen el
establecimiento de un linaje inmortal de células que se mantienen indefinidamente en
cultivos. Estas últimas son generalmente de origen tumoral.
Tabla 51.1. Características celulares de los cultivos
Característica
Cultivo Primario
Líneas Celulares
No transformadas
transformadas
>2n
Número de cromosomas
2n
>2n
Morfología cromosómica
Idéntica al donante
Diferente del donanteDiferente del
donante
Inhibición por contacto
Duración del crecimiento
Tejido de origen
Bioensayo malignidad
Presente
Finita (50 gener.)
Benigno
Negativo
Presente
Indefinida
Benigno
Negativo
Frecuencia de desarrollo de
líneas
Puede desarrollarse Raro
en cualquier tejido y Impredecible
momento
Raro
Impredecible
Eficiencia de clonaje
Baja
Alta
Alta
Crecimiento en suspensión
in vitro
No
Si
Si
Ausente
Indefinida
Maligno
Positivo
Más allá del tipo de célula, existen varias modalidades de cultivo, de las que las
más importantes por su frecuencia y utilidad en biomedicina son:
• Monocapa, sobre soporte sólido (normalmente plástico o vidrio). Las células
crecen rellenando la superficie del soporte (normalmente placas con pocillos de
diversos tamaños, placas multipocillo), formado una única capa hasta que la
confluencia y contacto entre las células adyacentes lleva a la paralización del
crecimiento del cultivo.
• Suspensión, con o sin soporte. Utiliza grandes volúmenes de líquido y permite
cultivar una masa mucho mayor de células. El rendimiento del cultivo es
mucho mayor. En muchos casos es necesario un soporte de plástico o vidrio al
que se adhieren las células. El soporte de mayor éxito son las bolas
microscópicas y porosas de polímeros de plástico (microbeads).
• Perfusión e incubación de explantes. En este caso el tejido es continuamente
bañado con medio de cultivo fresco, ayudado por una bomba que lo hace pasar
por el contenedor del cultivo en circuito abierto. Es un método muy interesante
de estudio, que permite incluir la variable tiempo en los ensayos con los
cultivos. Además se puede utilizar con trozos de tejido no disgregado donde se
mantiene la estructura y organización histológica del tejido original.
Cultivos primarios
En el proceso de realización de un cultivo primario con fines experimentales el
investigador debe realizar algunas elecciones. La primera elección consiste en utilizar
tejidos completos o células dispersas. Cada uno tiene sus ventajas é inconvenientes.
Los cultivos de tejidos completos se realizan con explantes o rodajas que se incuban
directamente en medio de cultivo. Este sistema tiene la ventaja de que la
experimentación se puede y se debe hacer casi inmediatamente, ya que la persistencia
habitual de los tejidos en este tipo de cultivo es corta con una vida media de 24-48 h.
La ventaja principal de esta técnica es que se mantiene la integridad histológica y las
relaciones-interacciones entre los distintos tipos celulares que componen el tejido, por
lo que los resultados representan un estado más fisiológico. Sin embargo lo más
habitual es la utilización de células dispersas. Al contrario que en el caso anterior
ahora se pierde completamente la arquitectura tisular. Esta técnica supone
numerosas ventajas:
• el cultivo tiene un vida media más larga (días-semanas),
• son más homogéneos y reproductibles,
• hay menos diferencias entre replicados,
• se pueden subcultivar,
• se puede seleccionar un único tipo celular (clonar), propagar y diferenciar.
La segunda elección importante consiste en escoger el origen del tejido a cultivar, y
nuevamente tenemos dos opciones embrionario (procede de embriones) o adulto (de
individuos plenamente desarrollados y diferenciados). La utilización de células adultas
tiene las siguientes ventajas:
• las células están plenamente diferenciadas y por tanto son más parecidas a la
situación fisiológica común
• las células diferenciadas son más exigentes en cuanto a las condiciones de
cultivo, que en muchos casos son muy específicas
• tienen menor capacidad de adaptación y propagación, algunas no son capaces
de proliferar en absoluto (neuronas)
• se diferencian y trasforman con mayor dificultad.
Por su parte la utilización de células embrionarias, supone trabajar con
• células más indiferenciadas,
• se propagan, diferencian y clonan mejor
• son más fáciles de cultivar, y menos exigentes con las condiciones de cultivo
• son más difíciles de obtener en cantidad suficiente
En los últimos años se han desarrollado técnicas que permiten obtener células
indiferenciadas de tejidos adultos, las llamadas células madre. Hoy sabemos que en
todos los tejidos existe un cierto número de células precursoras de los tipos celulares
presentes en el tejido. Frecuentemente son muy pocas y difíciles de obtener y
mantener en cultivo. Todas las células del organismo proceden de un tronco común
representado por las células primigenias de los primeros estadios embrionarios. Desde
ahí y durante el proceso de maduración embriológico estas células se van
especializando y diferenciado a lo que serán los tejidos especializados del individuo
maduro. Las células primigenias son pluripotenciales y pueden dar origen a cualquier
tejido. Sin embargo las células madre de los tejidos diferenciados suelen tener un
cierto grado de diferenciación, por lo que han perdido una parte de su potencialidad.
La utilización de este tipo de células supone sin embargo obviar esta segunda elección,
toda vez que conozcamos los mecanismos inherentes al proceso de diferenciación y
especialización, y parecen constituir la técnica de elección en el futuro.
Líneas celulares
Se define una línea celular como aquellas células inmortalizadas/transformadas que
se mantienen indefinidamente en cultivo. Muchas de las líneas celulares actuales ya
no existen in vivo, son productos de laboratorio.
Una de las características de todas las células, es su limitación en la capacidad de
división y propagación. Las células normales in vivo e in vitro se dividen un número
limitado de veces y a continuación entran en apoptosis. Se dice que los cultivos
primarios envejecen por este mecanismo hasta que se extinguen. Las líneas celulares
han perdido esta limitación. Estas células se dicen transformadas, y se dividen
indefinidamente in vitro (e in vivo algunas). Se dice que están inmortalizadas.
La utilización de líneas celulares supone bastantes ventajas.
• estas células tienen normalmente una enorme capacidad de replicación/
propagación. Lo cual permite obtener un número grande de células en poco
tiempo y realizar así lo experimentos con varios replicados fácilmente.
• este tipo de cultivo tiene también mayor reproducibilidad, ya que las células
tiene gran parecido unas con otras. Eso supone además que las respuestas
estudiadas son más homogéneas, frecuentemente casi idénticas.
• las líneas celulares “envejecen” poco. A pesar de que suele haber una cierta
deriva temporal en las características de las células en cultivo, si se mantiene
en buenas condiciones y se renueva con frecuencia a partir del respaldo de la
línea, los cambios en la biología de las células suele ser pequeña.
Aunque, evidentemente también, su utilización supone serios inconvenientes, que
deben considerarse cuidadosamente:
•
•
•
•
•
•
•
en ocasiones, se diferencian espontáneamente, pierden o ganan receptores y
sufren cambios bruscos e impredecibles en sus condiciones biológicas. Por lo
que requieren de una renovación periódica a partir de la línea original de
respaldo.
considerando
sus
características
particulares
de
inmortalización,
transformación o desdiferenciación sus respuestas no siempre son similar a las
células normales, y pueden presentar fisiología y morfología peculiares, por lo
que los resultados deben considerarse prudentemente.
las líneas celulares está frecuentemente desdiferenciadas respecto del tejido
original, pierden características definitorias, y vuelven a estadios de desarrollo
anteriores al del tejido maduro. De hecho muchas de ellas proceden de
tumores y presentas características anaplásicas, por tanto bastante alejadas
de la normalidad
a veces tienen requerimientos muy particulares y resultan más sensibles a la
composición del medio.
también frecuentemente generan sus propios factores de crecimiento y son
menos dependiente del suero. Ello unido a que sufren un control fisiológico
pobre, hace que sean difíciles de manipular.
uno de los inconvenientes principales de las líneas celulares es la constante
atención que precisan por parte de los investigadores, incluso en períodos en
los que no son utilizadas en experimentos. Requieren de pases y subcultivos
continuos, con el consecuente consumo de medios y soportes de cultivo. Lo
cual encarece considerablemente esta técnica. Y por tanto una rutina continua
de trabajo con la línea.
por último, es imprescindible mantener una serie de alícuotas del cultivo
original congeladas en nitrógeno líquido. Estas alícuotas sirven de respaldo por
si aparecen infecciones o derivas funcionales de nuestras células, para permitir
una correcta renovación y una salud adecuada de la línea celular.
Subcultivos
Se llaman así a los distintos pases, que se realizan a intervalos regulares, a partir de
un cultivo primario o línea celular. Como ya comentamos el número de pases,
subcultivos o generaciones de un cultivo primario está limitado y es característico del
tipo celular. Por ejemplo los fibroblastos procedentes de la dermis humana se pueden
replicar in vitro entre 35-50 veces, al cabo de las cuales entran en senescencia y
apoptosis. Por ello se suele hablar de línea celular finita (aquella limitada en el tiempo
por el número de peses o generaciones. En las líneas celulares no existe esta
limitación y así se habla de línea celular continua o inmortal. En cada subcultivo se
replica el cultivo original y se multiplica el número de células en todos los casos, ya
sean líneas finitas o inmortales.
La mejor forma de estudiar la dinámica de cultivo de una línea finita o inmortal es
a través de su curva de crecimiento (figura 51.1). La curva de crecimiento de un
cultivo es la representación gráfica de la evolución espontánea del cultivo a lo largo del
tiempo. En esta gráfica se representa el número de células respecto al tiempo de
cultivo.
Esta curva es característica de cada tipo celular, pero se puede modificar según las
condiciones del cultivo. De hecho todas las células son muy dependientes del % de
suero, factores de crecimiento y de la disponibilidad de nutrientes, presentes en el
medio. Y cualquier cambio en estos parámetros tendrá un reflejo en la curva de
crecimiento del cultivo. Además las características de esta curva permitirán establecer
la periodicidad de los pases o subcultivos.
En la curva de crecimiento del cultivo se pueden definir y estudiar varios
parámetros importantes: lag-time, tiempo de duplicación de la población, densidad de
saturación en el plató.
El lag-time, representa el período de adaptación de las células a las condiciones del
cultivo después de hacer un pase o subcultivo. Durante este período el número de
células suele mantenerse constante o disminuir ligeramente, ya que las células que no
se adaptan se mueren. Si las condiciones del cultivo son óptimas tiene una duración
corta (< 24 h), y de hecho un lag-time largo indica que las condiciones del cultivo no
están optimizadas.
Inmediatamente después se entra en el período de crecimiento continuo o
exponencial, en el cual la gráfica describe una recta con una determinada pendiente
según la cual el número de células del cultivo se duplica cada cierto intervalo (tiempo
de duplicación). La pendiente de este tramo será tanto mayor cuanto mejores sean las
condiciones del cultivo. El tiempo de duplicación determinará el intervalo de los
subcultivos necesario para mantener nuestra línea celular finita o inmortal.
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Figura 51.1. Curva de crecimiento de células en cultivo
El período de crecimiento continuo termina en una meseta o plató, en el que el
número de células se mantiene constante durante un tiempo antes de empezar a
menguar. Esta meseta se puede deber a dos fenómenos: si las condiciones de cultivo
están bien ajustada las células dejan de dividirse al llegar al estado de confluencia en
los cultivos en monocapa. Este es un mecanismo normal de inhibición de la
proliferación por contacto célula-célula (inhibición por contacto) que se pone en
marcha cuando las células han cubierto toda la superficie disponible en el soporte de
cultivo. La inhibición por contacto se pierde en muchas líneas celulares
inmortalizadas o de origen tumoral. Si las condiciones del cultivo no están
optimizadas, la meseta se produce cuando se consumen los recursos y nutrientes en
el medio de cultivo. Llegados a este punto se hace imprescindible un pase o
subcultivo. De no realizarse el cultivo entra en la fase de senescencia que termina con
la muerte de las células por apoptosis.
Líneas celulares. Métodos de trasformación
Varios son lo orígenes y métodos de obtención de líneas celulares inmortalizadas. La
fuente natural más frecuente de líneas inmortalizadas son los tumores y neoplasias.
Muchas de las líneas más conocidas tienen este origen, como las células HeLa (HL-60).
Además las células pueden sufrir trasformaciones que lleven a constituir líneas
inmortales por la infección con determinados virus. Son también muy conocidas las
capacidades de ciertos virus en esta trasformación, como el SV-40 para células de
primates y humanos, o el virus de la leucemia murina para células de roedores. Estas
propiedades son utilizadas para generar líneas de interés específico según demanda de
los investigadores.
Por último muchas sustancias químicas, drogas y hormonas son capaces de
inducir la trasformación de células en líneas inmortales. Es muy destacada, por
ejemplo, la capacidad de los estrógenos para inducir la proliferación y trasformación
inmortal de las células lactotropas y otras células hipofisarias. Muchas de las líneas
hipofisarias conocidas se han generado por esta vía (GH3, GH4, GH4C1, A235, etc.)
NECESIDADES CELULARES BÁSICAS EN CULTIVO
Requerimientos físico-químicos (tabla 51.2)
pH (6.9-7.7)
Es un factor limitante de los cultivos, que debe mantenerse con precisión. Condiciona
la composición de los medios y los sistemas de incubación. Depende de tres elementos
fundamentales: la concentración de bicarbonato (CO3H-) en el medio (habitualmente
constante en valores de ± 24 mM), la atmósfera de incubación enriquecida en CO2 (5%
CO2), y la utilización de tampones de pH (HEPES, fosfato). Además condiciona la
densidad de los cultivos: en algunos casos hay una densidad crítica mínima, que
determina que el pH sea estable.
Osmolaridad
Debe oscilar entre 285 y 305 mOsm/L. Los principales elementos osmóticos son en los
cultivos son: la albúmina (principal proteína presente, presión coloidosmótica), sodio
(como catión más abundante) y cloro y bicarbonato (como aniones más abundantes en
el medio de cultivo).
Humedad
Para evitar la evaporación del agua del medio y el aumento de osmolaridad, se incuba
en atmósfera con humedad a saturación (100%).
Oxigenación
Va a depender de la densidad de células en el cultivo, que debe ser moderada, de que
el contenedor del cultivo no esté herméticamente cerrado, y de evitar cultivos estáticos
de gran volumen.
Temperatura
Próxima a la del tejido y organismo de procedencia (37ºC, es lo normal). Algunas
células tienen su óptimo a temperaturas menores. Para su control se utilizan
incubadores con camisas de agua y circulación forzada de aire.
Sistemas redox
Es necesario añadir a los medios sustancias reductoras como cisteína, glutation,
betamercaptoetanol, inositol. Mantienen el equilibrio redox dentro del cultivo.
Tabla 51.2. Requerimientos de los cultivos celulares, respecto a las condiciones in vivo
Concepto
Requerimientos físicos
pH
Osmolaridad
Oxígeno
Temperatura
Redox
Substrato
Requerimientos nutritivos
Hidratos de carbono
Purinas y pirimidinas
Lípidos
Aminoácidos
Vitaminas y coenzimas
Sáles
Factores de crecimiento
Específicos de cada tipo celular
Defensa
Catabolismo
Infecciones
Crecimiento in vivo
Control fisiológico
Control fisiológico
Hemoglobina
Control fisiológico
Control fisiológico
Matriz extracelular de
tejidos
Suero
Suero
Suero
Suero
Suero
Suero
circulante
circulante
circulante
circulante
circulante
circulante
100% de suero
Suero circulante
Anticuerpos y sistema
inmune
Crecimiento in vitro
Incubador de atmósfera controlada
Tampones, indicadores y %CO2
Humedad 100%
Ventilación directa
Termostato
Agentes reductores
Plásticos no tóxicos
Medio de cultivo
Cambio de medio
Cambio de medio
Cambio de medio + detergentes
Cambio de medio
Cambio de medio
Cambio de medio + EDTA
Suero
2-20% suero/factores purificados
Antibioticos y suero
Cambio de medio
Antibioticos + fungicidas
Sustrato celular de crecimiento
Normalmente es un plástico especial con carga positiva. Ha de tener buena adherencia
y no ser tóxico. A veces el sustrato debe ser previamente tratado con moléculas de
adhesión (fibronectina, laminina, poli-lisina), por ejemplo para cultivar neuronas. Casi
todos los tejidos normales crecen en monocapa en este tipo de sustrato.
Requerimientos nutritivos
Se requiere un sustrato metabólico-energético. Generalmente se utilizan carbohidratos
simples: glucosa, fructosa, galactosa, manosa y maltosa. Otras fuentes de energía
pueden ser los cetoácidos y ácidos carbóxílicos como citrato, oxalacetato, malonato,
glutarato y piruvato (0.08 a 10 mM).
Es necesario añadir aminoácidos esenciales al medio de cultivo, que deberán
incluir al menos: arginina, cisteina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina,
treonina, triptófano, fenilalanina, tirosina, valina y especialmente glutamina, ya que es
un elemento limitante porque se degrada espontáneamente y muy rápido, y en su
ausencia las células no crecen. También puede ser necesario utilizar algunos
aminoácidos no esenciales, importantes para determinados tipos celulares como
aspártico, glutámico, glicina, prolina y serina (0.01-4 mM).
En el medio debe existir además un suficiente cantidad de purinas y pirimidinas,
tanto en forma de bases (todas incluso uracilo), como también nucleósidos y
nucleótidos (AMP, ATP, UTP, 5metil-CTP). Son imprescindibles para las células que en
cultivo está en continua división y proliferación.
Es también importante la cantidad y calidad de los lípidos en el cultivo. Debe
haber un buen aporte de fosfolípidos, colesterol (0.0003-0.001 mM) y ácidos grasos
esenciales (linoleico, linolénico, oleico, araquidónico). Los medios de cultivo se deben de
complementar con vitaminas, que incluirán al menos ácido fólico, nicotinamida, ácido
pantoténico, colina, piridoxal, riboflavina, tiamina, piridoxina, coenzima A, y ácido
ascórbico; así como sales y metales. Estos últimos se conocen como oligoelementos o
elementos traza, e incluyen además de hierro, zinc, manganeso, selenio y cobalto, en
mínimas cantidades.
Factores de Crecimiento y hormonas
Los cultivos necesitan para su adecuada salud factores de crecimiento y
hormonas. Casi todos están en bajas concentraciones, pero suficientes, en el suero
(10-12/10-11 M). De hecho la principal fuente de estos factores son los sueros animales,
siendo los más utilizados foetal calf serum (FCS), foetal bovine serum (FBS), horse
serum (HS), etc. Contienen cantidades suficientes de factores de crecimiento y pocos
anticuerpos, y además son más baratos que producir cada factor/hormona por
separado. Se pude utilizar también suero del propio animal del que se obtienen las
células (rata, ratón). De ellos depende el control de la mayoría de las funciones
celulares. Por lo que el suplemento del medio con distintos tipos de sueros será
suficiente para cumplir con las necesidades de las células.
Defensa tóxica y antimicrobiana
Las células en cultivo carecen de elementos de defensa específica, por lo que es
necesario tomar medidas para prevenir infecciones en el cultivo. Los principales
organismos contaminantes por orden de frecuencia son hongos, bacterias, levaduras,
virus y micoplasmas. Así, resulta imprescindible realizar el cultivo en estrictas
condiciones de esterilidad. Las medidas más habituales y eficaces son las siguientes:
• uso de habitaciones de trabajo acondicionadas especialmente: Laboratorio de
cultivos celulares (aire filtrado, iluminación ultravioleta, presión positiva, etc.)
• uso de campanas de aire filtrado con flujo laminar positivo y protegidas de la
respiración del experimentador.
• material estéril de un solo uso, o esterilizable mediante autoclave, radiación
gamma o UV.
• medios de cultivo esterilizados por filtración.
• limpieza constante de cámaras de incubación y el material no fungible
• estricto protocolo experimental.
• uso de Antibióticos y fungicidas. Estos últimos pueden ser prescindibles.
Por otra parte, los productos finales del metabolismo celular son tóxicos, y
diversos componentes del suero, plástico, enzimas, etc. y en cultivo, no existen
mecanismos detoxificadores, por lo que se hace necesario un cambio frecuente de
medio (encarece mucho la técnica).
Medios de cultivos
En los principios históricos de los cultivos las células se incubaban directamente en
suero de los propios animales, porque cubría teóricamente, todas las necesidades. Sin
embargo este método falla frecuentemente, y los sueros varían en composición entre
animales. Composición que además es desconocida en gran parte. Se ideó entonces
una alternativa: los medios sintéticos definidos, de los que existen más de cien y
requieren ser complementados con hormonas y factores de crecimiento para evitar el
suero. En este sentido fue muy importante la aportación de Eagle y Dulbecco, que a
mediados del siglo XX definieron lo que conocemos hoy como medios básicos,
posteriormente adaptados y modificados. Actualmente se utilizan combinaciones de
medio + suero en un porcentaje variable (2-15%), que resultan específicas para cada
tipo celular.
Elección del medio de cultivo
Es un proceso completamente empírico, basado en la experiencia previa, y las
características de la célula a cultivar. Para líneas celulares, puede ser un elemento
limitante, y el éxito vendrá determinado por que se mantengan constantes las
condiciones a lo largo del tiempo. En cultivos primarios diferenciados, puede ser
crítico, y cambia completamente las respuestas experimentales obtenidas, por lo que
esta elección es muy importante. En ella se debe tener en cuenta que las condiciones
ideales de cultivo implican un conocimiento completo y pormenorizado de la
composición del medio y ausencia de suero, como factor de variabilidad. Pero en
realidad no siempre se conoce la composición de medios estándares, o se conoce solo
con cierto grado de aproximación, y el suero resulta imprescindible. La presencia de
suero es un factor de variabilidad aleatoria, ya que varía de un lote al siguiente, y es
además una mezcla extraordinariamente compleja y en parte desconocida.
Suero
La utilización de sueros en los medios de cultivo tiene una serie de ventajas y
desventajas que se resumen en la tabla 51.3.
Complementos necesarios en el medio libre de suero
• elementos traza y oligoelementos: Mn, Se, Ni, Cu, Zn
• vitaminas: ac. ascórbico, tocoferoles, acido fólico, Vit. B6
• lípidos: acetil CoA, colesterol, FFA.
• glucosa
• glutamina y otros aa: TRP, PHE, TYR, LEU, ILE
• proteínas: albúmina, transferrina.
• hormonas y factores de crecimiento: EGF, FGF-2, Ins, IGF-1, PDGF, TGF
• sustratos de adhesión: colágeno, fibronectina, laminina, poli-lisina.
CULTIVO DE ADENOHIPÓFISIS
La característica principal de este tipo de cultivo es que se trata de células disociadas
del tejido original mecánica-enzimáticamente, y sembradas en un plato con medio de
cultivo. Las técnicas de cultivo que se pueden emplear en esta práctica son:
• en monocapa.
• en suspensión (y perfusión).
La elección de una de ellas dependerá del tipo de experimento que se va a realizar.
Nosotros emplearemos el cultivo en monocapa.
Tabla 51.3. Aspectos a considerar sobre la utilización de los sueros como complemento de los medios de
cultivo de células eucariotas
Funciones del suero en el cultivo
Provee de nutrientes básicos
Desventajas de usar suero en los cultivos
Principal fuente de hormonas y factores de
crecimiento
Principal fuente de oligoelementos
Facilita la fijación al sustrato
No es el fluido fisiológico con el que
habitualmente están en contacto las células.
Diferente del líquido extracelular.
Es potencialmente citotóxico.
Contiene: inhibidores del crecimiento,
toxinas bacterianas o micoplasmas,
Composición compleja y variable
Suministra proteínas transportadoras
Difícil de esterilizar por filtración
Protege las células contra daño mecánico: aumenta Contiene enzimas y otras proteínas que
viscosidad
pueden alterar los resultados experimentales
Suministra inhibidores de proteasas: anti-tripsina. Hay restricciones internacionales en el
suministro.
Tampona el pH
Ventajas del medio libre/bajo en suero
Ventajas de la utilización de suero
Mejora la reproductibilidad, evita variaciones lote a
lote
Facilita la estandarización de técnicas en distintos
laboratorios
Abarata el coste, a veces
Estabiliza el cultivo en varias formas:
Facilita la extracción de productos del cultivo
Aporta factores reguladores de la función
celular.
El crecimiento celular es menor o incluso
nulo en su ausencia
Reduce la interferencia de proteínas en los
bioensayos
Evita la toxicidad del suero
Tampona el pH,
Facilita transporte de sustancias,
Evita la degradación de proteínas por proteasas del
suero
Evita el crecimiento de los fibroblastos en cultivos
primarios
Permite cultivos selectivos de tipos celulares
diferenciados, en poblaciones heterogéneas en
cultivo primario
Método
Para trabajar con cultivos celulares es muy importante tener todo el material estéril,
autoclavar todas las disoluciones que se puedan y las que no, filtrarlas con filtros de
0.22mm. Durante la realización del cultivo es importante respetar escrupulosamente
el protocolo para evitar cualquier tipo de contaminación.
Medio de cultivo
•
•
•
DMEM
antibióticos: Ampicilina 20mg/mL y estreptomicina (6mg/mL).
FCS o suero de rata filtrado al 10% o ambos al 5%.
Protocolo del cultivo
Extracción de la adenohipófisis de la rata. Disponer cada una en una placa petri con 2
mL de EBSS. Trocear los tejidos con una cuchilla estéril hasta que queden lo más
pequeños posibles.
Dispersión y siembra
• introducir en tubos de tapa verde con EBSS.
• añadir 200 mL de tripsina al 1% (la tripsina deberá estar al 0.1%) a los tubos
con la adenohipófisis.
•
•
•
•
•
•
•
agitar vigorosamente con micropipeta.
incubar 10 minutos a 37ºC, 5% CO2. Agitar vigorosamente otra vez, para
ayudar en la disgregación (dispersión mecánica-enzimática). Este paso se
repetirá varias veces más.
centrifugar a 250 g 12 minutos a temperatura ambiente.
retirar el sobrenadante y añadir 2 mL de DMEM.
sembrar las células en multipocillos con 1 mL de medio de cultivo.
mantener en incubador a 37ºC, 5% CO2 y 100% de humedad durante 4 días.
al 5º día se retirará el medio y se almacena a -20ºC hasta su cuantificación
Valoración del aspecto del cultivo
• densidad de células hipofisarias,
• viabilidad con azul trypan
• aspecto de las células, contaminación, etc.
BIBLIOGRAFÍA
Freshney RI 1994 Animal cell culture. A practical approach. Oxford University Press.
Mather J, Barnes, D 1998 Animal Cell Culture Methods. Academic Press.
CAPÍTULO 52
O R G A N IZ A C IÓ N H IS T O L Ó G IC A D E L
S IS T E M A E N D O C R IN O : T É C N IC A S D E
E S T U D IO
3
2
+"
La anatomía microscópica de los órganos endocrinos responde a la función que le es
inherente, la producción hormonal. La organización histológica básica del sistema
endocrino es ampliamente conocida, y ha sido fundamentalmente estudiada con el
microscopio de luz. Sin embargo, el conocimiento de las características
ultrastructurales que distinguen las células endocrinas en los distintos órganos de
este sistema requiere del empleo del microscopio electrónico. Este instrumento
permite una descripción precisa de los componentes del interior celular y de las
interacciones entre los distintos tipos celulares en un órgano endocrino.
MICROSCOPÍA Y TÉCNICAS ASOCIADAS.
El microscopio óptico es capaz de proporcionar una imagen amplificada en base al
comportamiento de la luz al atravesar lentes pulidas. El microscopio óptico más
ampliamente utilizado es el microscopio de campo claro. Las modificaciones en el
diseño de la óptica de este microscopio permiten configurar distintos tipos de
microscopios (microscopio de fluorescencia, de contraste de fases, confocal, etc.). El
procedimiento experimental rutinario para observar tejidos y órganos con este tipo de
microscopios requiere
• la fijación de la muestra, que permite conservar sin modificaciones los
componentes tisulares
• su inclusión en parafina, necesaria para dotarla de consistencia y permitir
su seccionado posterior
• su reducción a secciones de unas pocas micras de espesor, mediante el
empleo de micrótomos. Estas secciones pueden ser atravesadas por las
ondas luminosas
• la tinción de las secciones.
Un ejemplo de la aplicación de las técnicas histológicas y de la observación del
sistema endocrino con el microscopio óptico se muestra en la figura 52.1
(
.
.
.
.
.
.
Figura 52.1. Sistema endocrino. A. Detalle del páncreas, mostrando los islotes de Langerhans (L). B.
Detalle de la hipófisis, mostrando los lóbulos que le caracterizan: anterior (LA), medio (LM) y posterior (LP)
FUNDAMENTOS DE MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA.
El microscopio electrónico de transmisión es, en muchos aspectos, similar al
microscopio óptico. En ambos casos existe un sistema emisor de radiación, que
converge sobre la muestra biológica por medio de una lente condensadora. La luz
transmitida pasa a través de una serie de lentes intermediarias que forman una
imagen magnificada. En ambos tipos de microscopios, la imagen puede impresionar
una emulsión fotográfica, de manera que se pueden obtener fotografías de aquello que
se observa.
En la figura 52.2 se comparan el microscopio óptico y electrónico. En microscopia
óptica la luz de una bombilla incide sobre un condensador que la proyecta en la
muestra a observar. Sobre la muestra se encuentra el tubo del microscopio que
contiene la lente objetivo y la lente ocular, que determinan la ampliación de la
imagen. En el caso del microscopio óptico las lentes son cristales convexos, que
forman imágenes por refracción de la luz que los atraviesa.
(
8: 7 :
: 8Z
O D D
:7 D :
87
: 7D
O7D D
:7 : D 8
:7 :
D7 : 7
D
8:
:
D L:
:
7 :
ED
8:
D7 : 7
D
7
8: 7 :
:7 :
D6 :
D
: 8Z
Figura 52.2. Comparación de los microscopios óptico (A) y electrónico (B). En el microscopio óptico las
lentes son cristales pulidos, mientras que en el microscopio electrónico son bovinas electromagnéticas. La
fuente de luz difiere en los dos tipos de microscopios: es un haz de luz en el microscopio óptico, y un haz de
electrones generado por calentamiento de un filamento de tungsteno en el microscopio electrónico.
En microscopia electrónica de transmisión, la organización del sistema óptico es
invertida al del microscopio óptico. Todo el sistema se encuentra en el interior de una
columna de grandes dimensiones, de manera que no pueden distinguirse los distintos
elementos que componen el sistema. En el microscopio electrónico la fuente de luz se
sitúa en la parte superior del instrumento y emite electrones, que se mueven en el
interior de la columna en condiciones de alto vacío. Los electrones se enfocan sobre
una muestra dispuesta dentro de la columna del microscopio. Por debajo de la
muestra, hay lentes que magnifican la imagen del objeto, y una lente que proyecta la
imagen sobre una pantalla fluorescente. En el microscopio electrónico, las lentes son
bovinas electromagnéticas capaces de desviar la trayectoria del haz de electrones, del
mismo modo que hacen los cristales pulidos cuando se atraviesan por un haz
luminoso.
Además de amplificar, los microscopios poseen capacidad para resolver la imagen
de un objeto. La resolución de un instrumento óptico determina su capacidad para
distinguir con nitidez las diferencias entre los puntos que componen un objeto. La
capacidad de resolución del microscopio electrónico es mayor que la del microscopio
óptico. Esta diferencia se debe a que la longitud de onda del haz de electrones
utilizado como fuente de luz en microscopia electrónica es considerablemente menor
que la longitud de onda de la luz visible empleada en microscopia óptica.
PREPARACION DE MUESTRAS EN MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA
DE TRANSMISIÓN
La preparación de muestras a observar con un microscopio electrónico de transmisión
se ve afectada por las características propias de este instrumento. La capacidad de
resolver detalles celulares muy pequeños en el microscopio electrónico hace que las
posibles alteraciones del tejido debidas a la fijación o inclusión de la muestra, tengan
mucha trascendencia en la calidad de la imagen. Por otro lado, las secciones que se
observan con el microscopio electrónico de transmisión son mucho más finas que las
utilizadas en microscopia óptica, ya que los electrones poseen una capacidad de
penetración mucho menor que la de las ondas luminosas. En principio, los electrones
acelerados a 100 kV pueden atravesar secciones de entre 10-100 nm de espesor,
siendo el espesor adecuado para la observación de muestras de alrededor de 60 nm.
En figura 52.3 se muestran las etapas esenciales que deben seguirse en la
preparación de muestras para microscopia electrónica de transmisión.
Fijación en microscopía electrónica de transmisión
La fijación química aplicada a muestras biológicas de pequeño tamaño, es la más
ampliamente utilizada para preservar el tejido. Normalmente, la fijación se lleva a
cabo en dos etapas. Primeramente se usa una mezcla tamponada de
paraformaldehido (PA)-glutaraldehido (GA) y a continuación se emplea el tetróxido de
osmio (OsO4), que además de fijar, introduce átomos pesados en la muestra que
facilitan su observación posterior.
Inclusión de microscopía electrónica
La deshidratación de la muestra precede al proceso de inclusión. La deshidratación
se realiza después de lavar las muestras en tampón con el fin de eliminar cualquier
resto de fijador, y sometiendo a la muestra a baños de alcohol o acetona en gradación
creciente.
La muestra totalmente deshidratada se incluye en una resina que le proporciona
consistencia. Las resinas más utilizadas son la Araldita, el Epon o el Spurr. La
inclusión con estas resinas, de consistencia viscosa requiere su mezcla con un
componente acelerador, flexibilizador y endurecedor. En una primera etapa, estos
componentes infiltran la muestra y posteriormente se provoca su polimerización por
acción del calor. Si una resina polimeriza sin aditivos, el bloque final resulta
inadecuado para seccionar y presentan escasa estabilidad cuando se bombardea por
los electrones
Tallado del bloque, preparación de cuchillas y recogida del material
seccionado
El tallado del bloque permite eliminar la mayor cantidad posible de resina o tejido que
no interese observar. Esta operación favorece la realización de secciones y su manejo,
y tiene como principal objetivo adecuar el tamaño de la sección al del portamuestras
(rejillas) utilizado en microscopia electrónica de transmisión. El tallado se realiza con
un instrumento específico, el piramidatomo, que reduce progresivamente los
márgenes del bloque polimerizado, reduciendo a una pirámide la superficie de corte.
El seccionado del bloque se realiza en un ultramicrótomo, cuyo diseño se muestra
en la figura 52.4. En el ultramicrótomo se corta material de consistencia muy dura,
que requiere cuchillas específicas. Se emplean cuchillas con filo de vidrio o con filo de
diamante. Las primeras se confeccionan a partir de una barra de vidrio, que se corta
en una maquina de hacer cuchillas.
En un ultramicrótomo, la pieza a seccionar se sitúa en un soporte localizado en el
frontal del ultramicrótomo, y la cuchilla para cortar, se dispone en su base. En el
ultramicrótomo también se incluye:
• un sistema de magnificación e iluminación para la observación del proceso
de corte.
• mecanismos para la orientación precisa del bloque y la cuchilla.
• el control de la velocidad de corte, y
• la retracción del brazo o de la cuchilla, que provoca la separación del
bloque y de la cuchilla durante el proceso de corte.
Con un ultramicrótomo se pueden realizar dos tipos de secciones: semifinas y
ultrafinas. Las secciones semifinas se recogen sobre portaobjetos de vidrio, y se tiñen
con azul de metileno o azul de toluidina. Las secciones ultrafinas son las destinadas a
observar en el microscopio electrónico y se recogen, sobre soportes especiales, las
rejillas, que requieren el recubrimiento por una membrana muy fina, en la que se
utiliza formvar al 0,2%.
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Figura 52.4. Componentes del ultramicrótomo
Contraste del material biológico.
La materia biológica está constituida por átomos (carbono, hidrógeno, nitrógeno,
fósforo) que destacan por su bajo número atómico. Estos átomos dispersan pocos
electrones y proporcionan imágenes con muy bajo contraste. Es necesario asociar
átomos pesados al material biológico para incrementar el contraste de la muestra. El
osmio, las sales de uranilo y el plomo cumplen esta función. El osmio se aplica en el
proceso de fijación, las sales de uranilo se aplican durante el proceso de
deshidratación o sobre las secciones depositadas en rejillas y el plomo se aplica en
forma de citrato de plomo sobre las secciones del material biológico.
BIBLIOGRAFIA
Bozzola JJ, Russell LD 1999 Electron microscopy: principles and techniques for biologists. Jones and
Bartlett Publishers.
Bradbury S, Bracegirdle B 1998 Introduction to Light Microscopy. BIOS Scientific Publishers.
Fawcett DW 1981 The Cell. W. B. Saunders Company.
Hayat MA 1981 Fixation for electron microscopy. Academic Press.
Hayat MA 1989 Principles and Techniques of Electron Microscopy: Biological Applications. CRC Press.
Hunter EE 1993 Practical Electron Microscopy: A Beginner’s Illustrated Guide. Cambridge University
Press.
Kiernan JA 1990 Histological & Histochemical Methods: Theory & Practice. Pergamon Press.
CAPÍTULO 53
M E T O D O L O G ÍA S E N E L L A B O R A T O R IO
C L ÍN IC O :
E L IN M U N O E N S A Y O
El inmunoensayo es una técnica analítica que se basa en la reacción de conjugación
antígeno-anticuerpo (Ag-Ac). Su gran sensibilidad y especificidad permite la
cuantificación de compuestos presentes en líquidos orgánicos en concentración
reducida, del orden de ng/ml o pg/ml. El desarrollo del inmunoensayo ha tenido gran
impacto en el campo de la química clínica y de la endocrinología.
TIPOS DE INMUNOENSAYO
Inmunoensayo competitivo.
El antígeno de la muestra y el antígeno marcado (Ag*) se ponen en contacto con un
anticuerpo específico en concentración limitante, compitiendo por los sitios de unión
del Ac (figura 53.1). Cuanto más Ag haya en la muestra, menos Ag* se unirá al Ac, por
lo que la medida de la marca de la fracción ligada es inversamente proporcional a la
concentración de analito:
Ag + Ag* + Ac
Ka
Kd
Ag-Ac + Ag*-Ac + Ag + Ag*
Siendo Ag el antígeno frío (analito), Ag* el antígeno marcado (cantidad constante),
Ac el anticuerpo específico en concentración limitante, Ka la constante de asociación
y Kd la constante de disociación.
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Figura 53.1. Inmunoensayo competitivo
Inmunoensayo no competitivo (tipo sándwich).
Se marca el Ac que, además, se añade en exceso al medio de reacción.
Ag + Ac* + Ac
Ac-Ag-Ac* + Ac*
El Ag de la muestra reacciona con dos Ac diferentes que se fijan a distintas partes
del Ag (doble reconocimiento y por lo tanto mayor sensibilidad) (figura 53.2). Uno de
los Ac generalmente está en soporte sólido para facilitar la separación de la fracción
ligada, y el otro Ac lleva la marca.
Los inmunoensayos tipo sándwich son más sensibles que los competitivos debido
al doble reconocimiento y la medida de la marca de la fracción ligada es directamente
proporcional a la concentración de analito. El principal inconveniente de un ensayo
inmunométrico tipo sándwich es el posible efecto Hook a elevadas concentraciones de
analito; consiste en que a medida que aumenta la concentración del analito se
produce una caída paradójica de la radiactividad fijada.
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Figura 53.2. Inmunoensayo no competitivo (tipo sándwich)
TIPOS DE INMUNOENSAYO SEGÚN LA MARCA UTILIZADA
En la tabla 53.1 se recogen los distintos tipos de inmunoensayo dependiendo de la
marca utilizada. El objetivo de este curso es estudiar con detenimiento los
inmunoensayos que utilizan como marca un isótopo radioactivo, tanto los
competitivos (radioinmunoanálisis) como los no competitivos ó tipo sándwich (IRMA).
Tabla 53.1. Tipos de inmunoensayo dependiendo de la marca utilizada
Marca utilizada
Inmunoensayo
Isótopo radioactivo
Enzima
Partícula fluorescente
Quimioluminiscente
Radioinmunoensayo / IRMA
Enzimoinmunoanálsis
Fluoruroinmunoanálisis
Ensayo Inmunoquimioluminiscente
RADIOINMUNOANÁLISIS
El radioinmunoanálisis (RIA) ha sido sin lugar a dudas uno de los descubrimientos
que más ha contribuido al progreso de la endocrinología. Técnica introducida por
Rosalind Yalow y Solomon Berson en 1956, y publicada en 1960 con relación a la
medida de los niveles circulantes de insulina en plasma humano. Su descubrimiento
fue un hecho fortuito, al intentar determinar si pacientes diabéticos destruían más
rápida o lentamente la insulina que les era suministrada. Inyectaron vía iv insulina
marcada con un radioisótopo para determinar el ritmo de degradación y eliminación
de la hormona. Observaron que la insulina permanecía en el plasma un tiempo
mucho mayor que en sujetos normales, debido a la presencia en plasma de
anticuerpos antiinsulina, que se unían a la hormona en circulación impidiendo el
paso de las moléculas a través de las paredes capilares. Con los resultados de estas
investigaciones se demostró que la reacción antígeno-anticuerpo podía servir de base
para medir sustancias circulantes en plasma.
El RIA es un ensayo de unión competitiva que combina la especificidad de una
inmunoreacción (complejo Ag-Ac) con la sensibilidad de un método radioquímico. El
Ac se encuentra en concentración limitante.
Isotopos usados en RIA
La vida media de un isótopo es el tiempo que tarda el núcleo original en desintegrarse
a la mitad. En la tabla 53.2 se indica la vida media y el tipo de emisión de los
principales isótopos.
Tabla 53.2. Isótopos usados en RIA
Isótopo
Iodo 131
Iodo 125
Tritio
Cobalto 57
Carbono 14
Vida media
8 días
60 días
12 años
270 días
5736 años
Tipo de
emisión
β
γ
β
γ
β
Creación de una curva estándar.
Se realiza con estándares de concentraciones conocidas y crecientes que se ponen en
contacto con la misma cantidad de Ag* y Ac que la muestra a analizar. A medida que
aumentamos la concentración de Ag estándar menos cantidad de Ag marcado se une
al Ac, por lo que disminuye la radioactividad. (figura 53.3A).
Parámetros de una curva estándar.
Ligado inespecífico (NSB)
Es la cantidad de Ag marcado que se une a otra sustancia en ausencia de Ac. Es el
ligado del estándar de concentración cero en ausencia de Ac y se expresa como
%NSB/AT siendo AT la actividad total. En general es debido a que es muy difícil
conseguir una perfecta separación entre la fracción ligada y libre
Ligado máximo (Bo)
Es la cantidad de Ag marcado que se une al Ac en ausencia de Ag frío. Es el ligado del
estándar de concentración cero y se expresa como %Bo/AT. En RIA se utilizan Ac con
un título tal que liguen aproximadamente alrededor del 50% del Ag marcado presente
con un rango óptimo de unión de entre 30-60%. (figura 53.3B)
Componentes básicos del RIA
Anticuerpo.
Es una proteína del suero producida por la serie linfoide, que pertenece a la familia de
las inmunoglobulinas y que es sintetizada en respuesta a una sustancia ajena (Ag).
Tiene la capacidad de reacción con el Ag o configuración antigénica responsable de su
producción. Podemos distinguir:
• Anticuerpos policlonales; sintetizados por múltiples poblaciones de células
productoras de Ac y, por tanto, con ligeras diferencias en sus afinidades y
especificidades por el Ag.
• Anticuerpos monoclonales; sintetizados por una población de células
idénticas (clon) que, por tanto producen Ac exactamente iguales frente a
un Ag. Están dotados de mayor especificidad.
Antígeno.
Es cualquier sustancia capaz de provocar la producción de anticuerpos. El grupo
químico reconocido por el Ac se denomina determinante antigénico o epitopo. Es el
analito que va a ser medido
Antígeno marcado.
Es un analito esencialmente idéntico al Ag que va a ser medido, y que está marcado
con uno o más átomos de un determinado radionucleido
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Figura 53.3. A) Curva estándar. B) Ligado máximo
Valoración de un anticuerpo.
Título del anticuerpo.
Es aquella dilución del anticuerpo que liga el 50% del Ag marcado bajo unas
condiciones determinadas (figura 53.4). Se calcula haciendo diluciones seriadas del
Ac e incubándolas con una cantidad fija de Ag marcado, manteniendo constante el
volumen de tampón, la T y el tiempo de incubación; después de la incubación se
separan las fases libre y ligada y se realiza el contaje. Se representa el porcentaje de
ligado (%B/Bo) frente a las diluciones del Ac y se elige aquella dilución que ligue entre
el 30-50% o bien un cociente (B/F) de 0.7 a 1.5.
Afinidad del anticuerpo
Es la fuerza con la que el Ac liga al Ag y normalmente se expresa como constante de
asociación. Se define la constante de afinidad como la inversa de la concentración
molar de Ag que liga o satura el 50% del Ac, y puede calcularse por la gráfica de
Scatchard o por la hipérbola de Michaelis-Menten (figura 53.4).
1
Kafinidad = ----[Ag]
La avidez con la que el Ac liga al Ag varía directamente con la constante de
afinidad del Ac.
Especificidad anticuerpo
Es la capacidad de un Ac de distinguir entre varios Ag de estructuras similares. Se
prueba mediante estudios de reacción cruzada con otros Ag de estructura química
parecida o de similar reactividad inmunológica (figura 53.4). En el caso de las
glicoproteinas TSH, LH, FSH y HCG que tienen una subunidad α común pero se
diferencian en la subunidad β, es necesario elegir un Ac específico frente a esa
subunidad β y confirmar que no existe reacción cruzada con las otras tres hormonas
Tipos de emisiones radioactivas
•
α: partícula pesada que consiste en un núcleo de helio con carga doble.
Son raramente usadas en RIA
•
β: partícula procedente del núcleo, que tiene la misma carga y masa que
un electrón. El tritio es el más usado en RIA
γ: radiacción electromagnética similar a los rayos X y se origina cuando las
partículas del nucleo cambian de estado energético. Se usan
fundamentalmente en RIA el 125I y el 57Co
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Figura 53.4 Valoración de un anticuerpo (título, afinidad y especificidad)
Tipos de radioinmunoensayo
Métodos de Equilibrio.
Se realiza una sola incubación en la que se incuban conjuntamente los Ag frío y
marcado con el Ac, compitiendo ambos por los sitios de unión de éste.
Métodos de no equilibrio
• método secuencial: Se realiza en dos pasos. Primero se incuba el Ag frío
con el Ac en exceso, y después se añade después el Ag* para completar la
saturación del Ac. Se consigue mayor sensibilidad
• método de desplazamiento: Se incuba el Ag* con el Ac y posteriormente se
añade el Ag frío que desplaza al Ag* del complejo
Métodos de separación de la fracción libre y ligada.
El método de separación ideal será aquel que:
• consiga una completa separación de las fracciones ligada y libre
• no esté influenciado por el suero u otras sustancias no específicas
• sea reproductible, sencillo, barato y técnicamente rápido
• no interfiera con la reacción Ag-Ac
Métodos de adsorción de antígeno libre
Los principales métodos de adsorción del antígeno libre son los que utilizan charcoal
activo, charcoal revestido de dextrano, silicatos (talco, fluorisil) y resinas de
Intercambio iónico
Los métodos de charcoal activado y charcoal recubierto con dextrano son métodos
simples, rápidos y baratos. Consisten en la adsorción del Ag libre en la superficie
porosa del carbón vegetal finamente pulverizado. La adsorción es dependiente del pH,
temperatura y tiempo de contacto. La separación de ambas fases se produce por
centrifugación. La fracción libre es adsorbida por el charcoal y la ligada queda en el
sobrenadante tras la centrifugación. Cuando medimos emisores β este método es muy
útil porque el sobrenadante puede ser añadido directamente en los frascos de medida
con el líquido de centelleo. Al ser un proceso puramente físico de adsorción, no es
selectivo y puede precipitar el complejo Ag-Ac. Se evita tratando el charcoal en su
superficie con un polímero como el dextrano que inhibe alguna de sus zonas activas.
Se usa con éxito cuando la fracción libre y ligada tienen diferencias grandes de
tamaño y carga.
Según el PM del dextrano que lo recubre tendremos:
• dextran 10, de PM 10000, adsorbe moléculas pequeñas como la angiotensina.
• dextran 80, de PM 80000, adsorbe moléculas de tamaño medio como la
insulina.
• dextran 250, de PM 250000, adsorbe moléculas como la hormona de
crecimiento.
Métodos de precipitación del complejo Ag-Ac
Los métodos de precipitación más utilizados son sales inorgánicas (SO4NH4 - SO4Na2),
polietilenglicol (PEG), etanol, los métodos de doble anticuerpo y el método de la
proteína A
La precipitación del complejo Ag-Ac por sales inorgánicas o por solventes
orgánicos utiliza sales neutras o solventes orgánicos como etanol, PEG y sulfatos
orgánicos. A elevadas concentraciones estos compuestos que son hidrofílicos atrapan
las moléculas de agua de la solución, insolubilizando el complejo que precipita. La
separación es sensible a variaciones en la molaridad de la sal y de los solventes. Las
concentraciones óptimas de estos agentes son: 40-50% de sulfato amónico, 12-20%
de PEG y 30-50% de etanol. Es un método muy dependiente de la concentración de
proteínas de las muestras a medir y puede dar falsos resultados en casos de
disproteinemias como la enfermedad de Waldenstrom o en sueros de pacientes
dializados. Esto se compensa añadiendo suero exento a todas las muestras antes de
la separación con PEG
El método del doble anticuerpo es la técnica de separación de las de mayor éxito
en RIA. Se precipita el complejo Ag*-Ac con un segundo Ac dirigido contra el primero,
que produce un complejo insoluble Ag*-Ac1-Ac2. Para optimizar la precipitación del
complejo final e incrementar la masa del precipitado, se añade suero normal de las
especies del Ac1.
Existen diversas variantes del método del doble anticuerpo como son las técnicas
de postprecipitación y las técnicas de preprecipitación. Las téccnicas de
postprecipitación utilizan una doble incubación:
• doble anticuerpo en fase sólida: se añade al complejo Ag*-Ac1 un Ac2 unido a
una matriz en fase sólida de gran PM (celulosa o sefarosa). Requiere agitación
continua por lo que es lento, pero separa muy bien.
• doble anticuerpo + PEG. Acorta el tiempo de incubación
Las técnicas de preprecipitación utilizan una sola incubación. En este caso, el
segundo Ac está unido a una fase sólida
El método de la proteina A es un procedimiento similar al del doble anticuerpo. Es
un método tan sensible como el del doble anticuerpo. La proteina A es una proteína
que está adosada a la pared celular de la bacteria Stafilococus aureus y que presenta
cuatro lugares de recepción específicos para la región Fc de la IgG humana, formando
complejos estables. Cada bacteria tiene aproximadamente 80.000 proteínas A y cada
una de ellas 4 lugares de recepción por lo que tendremos en cada bacteria cerca de
320.000 sitios de unión.
Métodos de separación en fase sólida
El radioinmunoensayo en fase sólida permite una simple separación entre las fases
ligada y libre, ya que el Ac es adsorbido o ligado químicamente a una matriz sólida
insoluble, con lo que la separación de las fases ligada y libre no requiere
centrifugación. Los sistemas más utilizados son los tubos revestidos de anticuerpo
(tubos coated) y los anticuerpos adsorbidos a esferas o discos.
Los tubos revestidos de anticuerpo son tubos de polipropileno o poliestireno que
se exponen a una apropiada dilución de anticuerpo durante unas horas, se lavan y se
utilizan para el RIA. El anticuerpo se adhiere a la superficie del plástico debido a las
interacciones no covalentes, no específicas e hidrofóbicas. Esta unión no debe
interferir en la reacción primaria Ag-Ac
Las condiciones óptimas de adsorción del Ac a las paredes del tubo son:
• pH: Las interacciones hidrofóbicas ocurren cuando la carga neta de la
molécula es 0, para la IgG se da a pH entre 8.5-10.
• fuerza iónica: Las interacciones hidrofóbicas son promovidas por
concentraciones de sales capaces de neutralizar las proteínas cargadas.
• temperatura: A mayor temperatura mayor velocidad de difusión aumentando
la probabilidad de que las moléculas de proteínas entren en contacto con la
superficie de la fase sólida.
• concentración de proteína.
• almacenamiento de los tubos: debe ser a 4ºC.
• tratamiento previo de los tubos: los tubos de plástico pueden tratarse con
glutaraldehido para unir covalentemente los Ac a las paredes.
• tiempo: Generalmente es un proceso rápido si se usan niveles saturantes de
proteínas.
Métodos adicionales
• filtración en Gel. Debido a que las moléculas del complejo Ag-Ac son de mayor
tamaño que los Ag libres, podemos separarlos utilizando filtración en gel con
resinas y dextranos (Sephadex). Estas columnas cromatográficas separan
mezclas de moléculas dependiendo de su peso molecular. La fracción ligada
atraviesa rápidamente la columna, sin embargo la libre queda atrapada en los
poros microscópicos del gel, siendo inhibido su flujo.
• electroforesis
• gel de poliacrilamida
Factores que influyen en el RIA
•
•
•
•
pH: los pH extremos disocian el complejo Ag-Ac.
fuerza iónica: ciertas concentraciones de sales pueden inhibir la reacción AgAc, Por ello el buffer debe tener la misma concentración salina que los
problemas.
temperatura: La reacción Ag-Ac es dependiente de temperatura, generalmente
se obtienen mayores ligados si las muestras se incuban a 4ºC y se realiza la
separación de fases a esa temperatura.
anticoagulantes: Pueden inhibir la reacción Ag-Ac y la separación de las fases
libre y ligada.
Criterios de validez del RIA
Precisión
Grado en que una serie de medidas de una misma muestra difieren de la media. Se
expresa como CV, y debe estudiarse a diferentes niveles de la curva.
• reproductibilidad intraensayo: se acepta 5-10%
• reproductibilidad interensayo: se acepta 5-15%
Exactitud
Grado en que una cantidad medida corresponde con la cantidad presente en la
muestra. Se hacen dos estudios de exactitud:
• recuperación: debe evaluarse en los rangos críticos del ensayo: bajo, medio
y alto. A un suero libre de sustancia o de concentración conocida se le
añaden concentraciones crecientes de sustancia pura, realizándose el RIA
y calculando la dosis esperada.
% recuperación = % dosis observada / % dosis esperada
•
paralelismo: la conducta inmunoquímica de estándares y muestras debe
ser idéntica, aunque puedan ser distintos estructuralmente. Se hacen
diluciones seriadas de la muestra, se realiza el ensayo RIA. Si las dos
curvas son idénticas o paralelas indica que el anticuerpo reconoce
inmunologicamente la misma estructura tanto para la muestra
desconocida que para el estándar. Si no hay paralelismo indica presencia
de sustancias que producen reactividad cruzada, lo que obliga a pasos
previos de purificación
Especificidad
Capacidad de discriminar entre dos estructuras similares. Los estudios de
especificidad dependen de la sustancia a medir y de su rango de concentración y se
hacen calculando el porcentaje de reacción cruzada con otras sustancias o
fragmentos. La actividad inmunológica de hormonas y precursores es semejante pero
no refleja la actividad biológica y por lo tanto puede no reflejar en vivo la función de la
glándula y alterar la interpretación clínica de los resultados. Para mejorar la
especificidad de un RIA es importante:
• purificar la muestra previamente al ensayo por extracción con solventes,
cromatografía etc.
• bloquear los anticuerpos menos específicos con una sustancia incluida en
el antisuero que produzca reactividad cruzada
Sensibilidad
La sensibilidad analítica es la más pequeña cantidad de Ag no marcado que puede ser
distinguida del estándar 0. Es el límite de detección del ensayo y se determina
calculando la precisión del estándar 0, se procesa 20 veces y se calcula la media y
tres desviaciones estándar (DE) de las cuentas por minuto (cpm) del estándar de
concentración 0. La sensibilidad depende de:
• la afinidad del Ac por el Ag, ya que la mínima concentración de Ag
detectable se aproxima al recíproco de la constante de afinidad.
• la actividad específica del Ag marcado.
• el volumen medio de incubación, el pH del medio y la Tª de incubación.
• la precisión del análisis.
• la realización de análisis en dos etapas.
• La sensibilidad funcional es la menor concentración que un ensayo es
capaz de detectar con un coeficiente de variación interensayo del 20%.
Tratamiento de datos
Realizado el proceso del RIA y la separación de las fases ligada y libre, se procede al
contaje isotópico. En la mayor parte de los ensayos se cuenta la fracción ligada en
cpm y se dispone de una variedad de respuestas para la conversión de datos:
B
= cpm de la fracción ligada
F
= cpm de la fracción libre
Bo
= cpm del estándar de concentración 0 (St 0)
AT
= cpm totales (AT =B+F)
%B/AT = (cpm muestra - cpm NSB) / AT
%B/Bo = (cpm muestra - cpm NSB) / (cpm St 0 - cpm NSB)
%B/F = porcentaje de cuentas de la fracción libre
Métodos manuales de ajuste curva RIA
Curva hiperbólica
Se representa en el eje de ordenadas %B/AT, %B/Bo, ó %B/F, y en el eje de abscisas
la concentración de Ag, siendo lineales las dos escalas. El método es sencillo pero el
error humano al dibujar la curva impide cualquier estadística de control de calidad.
Curva sigmoidal
Se representa en el eje de ordenadas %B/AT, %B/Bo, o %B/F y en el eje de abscisas
el logaritmo de la concentración de Ag. El uso de la escala logarítmica produce un
enderezamiento de la curva hiperbólica obteniéndose una curva sigmoidal. La
principal ventaja es el mejor ajuste ya que la porción central es casi lineal, pero tiene
el mismo inconveniente de la anterior.
Curva recíproca
Intenta linearizar las dos anteriores representando en el eje de las ordenadas los
recíprocos de %B/AT, %B/Bo, o %B/F, frente a las concentraciones de Ag en escala
lineal. El método es sencillo, rápido y lineal pero sólo debería utilizarse para un RIA
en que los sitios de unión al Ac están saturados.
Procesamiento de datos por ordenador
Los contadores de centelleo llevan incorporados un software para el procesamiento de
los datos. Aporta grandes ventajas como velocidad, mejora en la exactitud y precisión,
control de calidad adicional y además un análisis de la curva estándar a través de:
• pendiente, coeficiente correlación y dosis estimada al 20, 50 y 80%.
• precisión de duplicados.
• límite de confianza del 95%.
• no estimación de puntos fuera de la curva durante el trazado.
• comparación con curvas previas a través de la pendiente y cortes.
• estimación de la mínima dosis estimada.
• Hay muchos métodos de conversión de datos RIA, pero los más utilizados
son:
Linealización logit-log.
Es el método de ajuste más utilizado en la actualidad. Se representa en el eje de
ordenadas el logit de B/Bo y en el eje de abscisas el logaritmo de la concentración de
Ag. El logit es una fórmula matemática que se expresa como:
B/Bo
logit B/Bo = log ---------1-(B/Bo)
Hay que tener en cuenta que aumenta los errores en los extremos de la curva.
Debe usarse el weighting, que es una técnica matemática que concede más
importancia a los buenos duplicados que a los malos, tendiendo a minimizar el efecto
de los datos con amplia dispersión durante el cálculo de la regresión lineal.
Curva de ajuste Spline.
En este modelo de ajuste la curva no es obligada a atravesar los puntos de la curva
como en el logit-log y proporciona un buen ajuste para curvas de forma irregular.
Modelo cuatro parametros logísticos.
Es un modelo más versátil que el logit-log (dos parámetros), y que necesita cuatro
parámetros para dibujar la curva:
a-d
Y = ---------- - d
1+(x/c)b
Siendo x la dosis o concentración, a el factor de respuesta cuando x = 0, b el
factor de pendiente, c el corte al 50% y d una aproximación a los NSB. Este modelo
tiene una gran aplicabilidad para un gran número de procesos RIA y el corte al 50%
es útil para el cálculo de datos de la reactividad cruzada.
FUNDAMENTO DEL CONTADOR GAMMA
Utiliza un cristal de ioduro sódico activado con trazas de talio, el diámetro del cristal
es normalmente entre 5 y 7.5 cm. Cuando el cristal sólido absorbe la radiación
ionizante se produce un pulso de luz de corta duración. El número de pulsos de luz es
una medida de la frecuencia de la desintegración isotópica (desintegraciones por
minuto, dpm). El cristal convierte la radiación gamma emitida por el isótopo en luz
visible con una longitud de onda de 410 nm, algo de esta luz incide en el cátodo de un
tubo fotomultiplicador y causa emisión de electrones que son amplificados por un
factor de 105 a 108. Los flashes de luz se cuentan en cpm.
Control calidad contador γ
Fondo
El contaje de un tubo vacío debe dar menos de 70 cpm. Un contaje de fondo alto
indicaría contaminación de la fuente por isótopos, vial o tubo contaminado, situación
inapropiada del contador ó posibles fallos en el componente electrónico
Precisión
El contador debe ser reproducible y para ello el CV de una muestra contada 20 veces
debe ser menor del 1%
Eficacia
La eficacia se controla mediante el contaje de una fuente de radioactividad de unas
dpm conocidas.
% de eficiencia = (cpm/dpm) x 100
Para el
125I
la eficacia debe ser del 80-90% y para el tritio del 35-45%.
ENSAYO INMUNORADIOMÉTRICO (IRMA)
Ensayo no competitivo o tipo sándwich, más sensible y preciso que el RIA. El Antígeno
(Ag) de la muestra reacciona con dos Anticuerpos (Ac) diferentes que se fijan a
distintas partes del Ag (doble reconocimiento y por lo tanto mayor sensibilidad). Uno
de los Ac generalmente en soporte sólido para facilitar la separación de la fracción
ligada, y el otro Ac marcado con un isótopo radioactivo (generalmente 125I) que
además se añade en exceso al medio de reacción.
La radiactividad de la fracción
ligada es directamente proporcional a la
concentración del analito en la muestra (figura 53.5A). El principal inconveniente de
un ensayo inmunométrico tipo sándwich es el ya mencionado efecto Hook (figura
53.5B).
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Figura 53.5 A) Curva de calibrado para un IRMA. B) Efecto Hook en un IRMA.
BIBLIOGRAFIA
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CAPÍTULO 54
IN T R O D U C C IÓ N A L A
E L E C T R O F IS IO L O G ÍA D E L A S C É L U L A S
E N D O C R IN A S
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3
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La relación entre la electrofisiología y las células endocrinas puede parecer poco obvia
a primera vista, al hablar de electrofisiología suele venir a la mente el sistema
nervioso y, a continuación, el potencial de acción neuronal. Sin embargo, no sólo las
neuronas son células excitables, un ejemplo de esto son las células musculares y las
células endocrinas.
En realidad, la mayor parte de las células de un organismo, sino todas, mantienen
una diferencia de potencial entre el interior y el exterior de sus membranas llamado
potencial de membrana. Cuando esta diferencia permanece más o menos estable se le
llama también potencial de reposo. Se considera que una célula es excitable cuando
la diferencia de potencial a ambos lados de la membrana es capaz de cambiar de una
forma brusca y rápida; el ejemplo más claro sería la producción de un potencial de
acción. Las técnicas electrofisiológicas se desarrollaron en principio para estudiar
estos cambios del potencial de membrana, sin embargo, con el tiempo hemos visto
que su utilidad va mucho más allá, como se verá a lo largo de este capítulo. Es
pertinente recordar aquí que las células endocrinas son capaces de producir
potenciales de acción y que, tanto los potenciales de acción, como el potencial de
reposo son fruto, entre otras cosas, de los canales iónicos presentes en las
membranas celulares.
TÉCNICAS ELECTROFISIOLÓGICAS.
El hecho de que las células mantengan una diferencia de potencial a ambos lados de
la membrana significa que son capaces de generar y almacenar electricidad, es decir,
las convierte en pequeñas pilas. El estudio de esta “electricidad animal” se remonta a
finales del siglo XVIII y principios del XIX, cuando Galvani, Volta y Mateucci
demostraron que los músculos de rana eran capaces de generar electricidad. Un salto
espectacular tuvo lugar en los años 40-50 del siglo XX, cuando Hodgkin y Huxley
(1952) desarrollaron la hipótesis que explicaba el mecanismo de la producción del
potencial de acción utilizando la técnica de fijación de voltaje (voltage-clamp, ver más
adelante). Dicha hipótesis ya intuía la presencia de poros en la membrana y todavía
hoy nos sirve para entender dicho mecanismo. La demostración inequívoca de que los
iones atraviesan la membrana a través de canales iónicos se produjo a principios de
los años 80, cuando el grupo de Neher y Sakmann desarrolló una nueva técnica
electrofisiológica llamada patch-clamp que permite registrar la corriente iónica que
pasa a través de un canal iónico individual.
Entre otras cosas, las técnicas electrofisiológicas permiten el estudio de los
cambios de voltaje que suceden en las membranas celulares (modo de fijación de
corriente, current-clamp), el estudio de las corrientes iónicas que generan dichos
cambios de voltaje (modo de fijación de voltaje, voltage-clamp) o el estudio de la
dinámica de las secreción de hormonas (midiendo la capacidad de la membrana). Para
el estudio de células endocrinas se suelen utilizar principalmente tres técnicas
electrofisiológicas, la de registro intracelular, la de patch-clamp y la técnica de la
medida de la capacidad.
Registro intracelular y fijación de voltaje
Esta técnica consiste en la introducción de un electrodo de registro en el interior de la
célula mientras se mantiene otro electrodo de referencia en el exterior. La principal
dificultad de esta técnica deriva del pequeño tamaño de las células. Por eso los
primeros registros intracelulares se realizaron en realidad en axones gigantes de
invertebrados (como el calamar), cuyo diámetro (aproximadamente de 1 mm) permitía
al experimentador introducir uno o dos alambres de plata en su interior (figura
54.1A).
Asociado al registro intracelular apareció la llamada técnica de fijación de voltaje
(voltage-clamp) que fue desarrollada por Cole y utilizada más tarde por el grupo de
Hodgkin y Huxley para estudiar la membrana del axón gigante de calamar. Esta
técnica permitió registrar la corriente iónica que atraviesa la membrana. Se llama de
fijación porque para poder registrar la corriente que fluye a través de la membrana de
un modo que sea repetible e interpretable, se debe hacer a voltajes concretos (fijados).
Para ello el experimentador necesita una herramienta que le permita fijar la
membrana al valor o valores deseados de manera instantánea, sin esta fijación el
potencial de membrana estaría variando continuamente y sería imposible interpretar
los resultados. Combinando esta técnica con un poco de farmacología y experimentos
de sustitución iónica, Hodgkin y Huxley descubrieron la base iónica del potencial de
acción: una corriente inicial de entrada de sodio y una posterior corriente de salida de
potasio. Las técnicas de registro intracelular y fijación de voltaje se han depurado
mucho y pueden en la actualidad realizarse insertando dentro de la célula un único
electrodo de vidrio muy fino (figura 54.1B). Esto significa que puede ser utilizada en
células de pequeño tamaño; por ejemplo, en las endocrinas. El desarrollo de los
electrodos de vidrio contribuyó mucho a esta evolución. Éstos se fabrican a partir de
capilares de vidrio y el elemento conductor es la solución iónica concentrada con que
son rellenados (ej. ClK 3M).
Técnica de patch-clamp
La técnica de patch-clamp fue en principio desarrollada para tratar de descubrir si las
corrientes que atravesaban la membrana, que ya podían registrarse con las técnicas
anteriores, lo hacían a través de canales como sugería el modelo de Hodgkin y Huxley.
Por lo tanto se buscaba registrar la corriente que pasaba a través de uno solo de esos
posibles canales. En 1976, Neher y Sakmann aplicaron una pipeta que contenía ACh
contra la membrana de una célula muscular y observaron saltos discretos en la
amplitud de la corriente que achacaron a la apertura de canales individuales (figura
54.2, cell-attached). En principio los registros eran muy “ruidosos” (con muchas
interferencias) y su obtención difícil, pero una pequeña mejora técnica los hizo
impresionantes. Esta mejora consistía en pulir los electrodos de vidrio (para no dañar
la membrana celular) y aplicar una pequeña succión a la pipeta una vez que estaba
tocando la membrana, para conseguir que el contacto del vidrio con la membrana
fuese lo más íntimo posible. Este “sello” debe alcanzar resistencias que rondan los
Gigaohmios gigaohmios (giga-seal). Una ligera modificación permitió después hacer
también un registro intracelular muy mejorado respecto al registro intracelular clásico
(figuras 54.1C y 54.2, whole-cell). Una vez conseguido un buen sello, pequeños
cambios permiten el estudio de diferentes aspectos de la membrana celular, las
variantes (modalidades) más utilizadas son las siguientes.
(
Figura 54.1. Evolución de la
técnica de registro
intracelular. A) Los primeros
registros se realizaron con
electrodos de alambre en
axones gigantes. B) Los
electrodos de vidrio
permitieron registrar células
más pequeñas. C) Con la
técnica de patch-clamp se
puede registrar cualquier tipo
celular, independientemente
de su tamaño. D) La
modalidad de “sello
perforado” evita la diálisis del
citoplasma.
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E
4
Cell-attached (pegado a la célula)
Esta técnica consiste en acercar la punta de un electrodo de vidrio a la membrana
celular y hacer un buen sello (figura 54.2). En esta configuración se pretende registrar
la corriente a través de los canales situados dentro del diámetro interno de la punta
de la pipeta. Dependiendo del tamaño de la pipeta y de la densidad de canales en la
membrana unas veces habrá un solo canal y otras veces varios. En realidad la técnica
de patch-clamp se desarrolló para hacer este tipo de registro y todas las demás
modalidades parten de esta posición inicial.
Whole-cell (célula entera)
Una vez hecho el sello, una succión corta pero brusca rompe el trozo de membrana
que está debajo de la punta del electrodo, permitiendo así el acceso al interior celular
(figuras 54.1C y 54.2). Eso permite registrar la corriente iónica que pasa a través de
toda la membrana y también fijar el voltaje de la misma al valor deseado. Es el
equivalente al registro intracelular y por lo tanto también permite estudiar el potencial
de reposo y los potenciales de acción. Esta es tal vez la modalidad más ampliamente
utilizada en el estudio de las células endocrinas. Además, se puede introducir un
quelante de calcio (indo1 ó fura2) en la solución de pipeta, lo que permite la medida
simultánea de la actividad eléctrica y de la concentración de calcio intracelular con la
ayuda de un microscopio y unos tubos fotomultiplicadores. Esta asociación resultó
determinante por ejemplo en el estudio del papel del calcio y el potencial de acción en
la secreción hormonal.
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Figura 54.2. Modalidades de la técnica de patch-clamp. Utilizando la modalidad de cell-attached se puede
registrar la corriente que pasa a través de un solo canal iónico mientras la membrana celular permanece
intacta. La modalidad de whole-cell permite el registro de la corriente que pasa a través de toda la
membrana (equivalente al registro intracelular). Las modalidades inside-out y outside-out posibilitan el
estudio del efecto de la aplicación de moduladores de los canales iónicos por la cara interna o externa