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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN ACTUALIZACIÓN DEL DIAGNÓSTICO POR EL LABORATORIO CLÍNICO Y MONITOREO DE LA DIABETES MELLITUS T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO PRESENTA: GUADALUPE SALGADO DUARTE ASESOR: Dr. ANDRÉS ROMERO ROJAS CUAUTITLÁN IZCALLI, EDO. DE MÉX. 2012 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 1 DEDICATORIAS Principalmente a DIOS ya que ha sido mi impulso en todo momento, y que gracias a él tengo una gran familia que siempre me ha apoyado. A mi mami, Josefina Duarte Díaz que con todo su amor me enseño a no darme por vencida, a ser fuerte y salir adelante sin depender de nadie, por ser padre y madre a la vez, por darme la motivación para seguir con mis estudios universitarios y realizarme como profesionista. Sin su apoyo moral y económico no lo hubiera hecho realidad, gracias a ella pude lograr la mayor meta de mi vida. A mí papi Alberto Salgado Hernández, que aunque no está conmigo presente siempre fue mi motivación. A mi hermana Patricia Salgado Duarte pues nunca dejo de creer en mi, gracias por todo tu apoyo y tu comprensión, por todas esas veces que cuando estaba derrotada me levantaste, porque en tu boca nunca hubo un no como respuesta y por el solo hecho de ser mi hermana y quererme como yo te quiero. A mis hermanos José Alberto Salgado Duarte y Víctor Manuel Salgado Duarte por su apoyo incondicional en todo momento. Al amor de mi vida por aguantarme en mis días de locura, porque con amor siempre encontró las palabras correctas para hacerme sentir como una princesa. Te Amo Alen. A todos y cada uno de mis amigos y compañeros de la FES-C, en especial a los “aguas” por alegrar cada día de mi vida escolar. A todos mis maestros de la FES-C por haber compartido todos sus conocimientos y formar profesionistas con ética. A mis amigos del CUD por preocuparse y siempre estar pendientes de mí. A mí jurado por todos sus comentarios y observaciones constructivas para la realización de este trabajo. Al Dr. Sergio Alba por darse el tiempo para revisar este trabajo y dar sus comentarios constructivos. A mi asesor y amigo Dr. Andrés Romero Rojas por toda su paciencia y su apoyo en mi preparación profesional. 2 ÍNDICE I. ÍNDICE TEMÁTICO ............................................................................................. 3 II. ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................... 7 III. ÍNDICE DE CUADROS ...................................................................................... 8 IV. ABREVIATURAS .............................................................................................. 9 V. GLOSARIO ....................................................................................................... 10 VI. OBJETIVOS .................................................................................................... 13 VII.CONTENIDO TEMÁTICO ............................................................................... 14 VIII. CONCLUSIONES .......................................................................................... 79 IX. REFERENCIAS ............................................................................................... 80 3 I. ÍNDICE TEMÁTICO 1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 14 1.1 Epidemiología .............................................................................................. 14 1.2. Datos estadísticos ...................................................................................... 16 1.3 Prevalencia de diabetes mellitus tipo 1 ....................................................... 16 2. METABOLISMO DE LA GLUCOSA ................................................................. 19 2.1 Metabolismo ................................................................................................. 19 2.1.1. Glucólisis .............................................................................................. 20 2.1.2. Ciclo de Krebs ...................................................................................... 23 2.1.3.Cadena respiratoria de electrones ......................................................... 25 2.2 Vías alternas ................................................................................................ 27 2.2.1. Grasas .................................................................................................. 28 2.2.2. Proteínas .............................................................................................. 29 2.2.3. Gluconeogénesis .................................................................................. 30 3. GLUCOSA EN EL ORGANISMO ..................................................................... 32 3.1. Transportadores de glucosa (GLUT) .......................................................... 33 3.1.1. GLUT 1 ................................................................................................ 34 3.1.2. GLUT 2 ................................................................................................ 34 3.1. 3.GLUT 3 ................................................................................................ 35 3.1.4. GLUT 4 ................................................................................................ 35 3.1.5. GLUT 5 ................................................................................................ 36 3.1.6. GLUT 6 ................................................................................................ 36 3.1.7. GLUT 7 ................................................................................................ 37 3.1.8. GLUT 8 ................................................................................................ 37 3.1.9. GLUT 9 ................................................................................................ 37 3.1.10. GLUT 10 ............................................................................................ 37 4 3.1.11. GLUT 11 ............................................................................................ 37 3.1.12. GLUT 12 ............................................................................................ 38 3.1.13. GLUT 13 ............................................................................................ 38 3.2. Transportadores de Sodio – Glucosa (SGLT) ............................................ 38 3.2.1. SGLT 1 ................................................................................................ 38 3.2.2. SGLT 2 ................................................................................................. 39 3.2.3. SGLT 3 ................................................................................................. 39 4. INSULINA .........................................................................................................40 4.1. El páncreas ................................................................................................. 40 4.2. Producción de insulina ................................................................................ 42 4.3. Regulación de la secreción de insulina ....................................................... 43 4.4. Mecanismo de acción de la insulina ............................................................ 45 4.5. Acciones de la insulina ................................................................................ 47 4.6. Glucagón ..................................................................................................... 47 4.7. Somatostatina ............................................................................................. 48 4.8. Polipéptido pancreático ............................................................................... 48 5. DIABETES MELLITUS ..................................................................................... 49 5.1. Diabetes Mellitus Tipo 1 .............................................................................. 49 5.1.1. Mecanismos de destrucción de células ............................................. 50 5.1.1.1. Linfocitos T .................................................................................. 50 5.1.1.2. Citocinas ...................................................................................... 50 5.1.1.3. Autoanticuerpos ........................................................................... 50 5.1.2. Signos y síntomas ................................................................................ 51 5.2. Diabetes Mellitus Tipo 2 .............................................................................. 52 5.2.1. Resistencia a la insulina ....................................................................... 53 5.2.1.1. Mecanismos que conducen a la resistencia ............................... 53 5 5.2.1.1.1. Ácidos grasos libres ............................................................. 53 5.2.1.1.2. Adipocinas ............................................................................ 54 5.2.2. Disfunción de las células ................................................................... 54 5.2.2.1. Manifestación de la disfunción .................................................... 55 5.2.2.1.1. Disfunción cualitativa ............................................................ 55 5.2.2.1.2. Disfunción cuantitativa .......................................................... 55 5.2.3. Signos y síntomas ................................................................................ 55 5.3 Diabetes gestacional .................................................................................... 57 6. TECNICAS DE LABORATORIO PARA EL DIAGNÓSTICO Y CONTROL ...... 58 6.1. Glucosa en ayunas ..................................................................................... 59 6.1.1 Fundamento de la técnica ..................................................................... 59 6.1.2 Procedimiento de la técnica .................................................................. 60 6.2. Prueba de oral de tolerancia a la glucosa .................................................. 61 6.2.1 Toma de muestras y carga de glucosa .................................................. 61 6.2.2 Consideraciones de la prueba .............................................................. 62 6.2.3 Glucosa postprandial ............................................................................. 62 6.3. Glucosa en orina ......................................................................................... 63 6.3.1 Tiras reactivas ....................................................................................... 63 6.3.2 Tabletas de Clinitest .............................................................................. 64 6.3.2.1. Procedimiento de la técnica ......................................................... 64 6.4. Proteínas glicosiladas ................................................................................. 64 6.4.1. Fructosamina ........................................................................................ 65 6.4.1.1. Procedimiento de la técnica ............................................................ 65 6.4.2. Hemoglobina ......................................................................................... 66 6.4.2.1. Procedimiento de la técnica ........................................................... 67 6 6.5. Excreción urinaria de albumina ................................................................... 69 6.5.1. Procedimiento de la técnica ................................................................. 70 6.6 Cetonuria ...................................................................................................... 71 6.6.1. Tiras reactivas ...................................................................................... 72 7. TRATAMIENTO ................................................................................................ 73 7.1. Dieta ............................................................................................................ 73 7.2. Ejercicio....................................................................................................... 74 7.3. Fármacos .................................................................................................... 74 7.3.1. Secretagogos ........................................................................................ 74 7.3.2. Potenciadores de insulina ..................................................................... 74 7.3.2.1. Biguanidas ...................................................................................... 74 7.3.2.2. Tiazolidinedionas ............................................................................ 75 7.3.3. Inhibidores de la absorción intestinal .................................................... 75 7.3.4. Insulinas................................................................................................ 76 7.4 Cuidados para diabetes mellitus tipo 1 ....................................................... 76 7.5 Cuidados para diabetes mellitus tipo 2 ....................................................... 77 7.6. Prevención .................................................................................................. 77 7.6.1. Ejercicio ................................................................................................ 77 7.6.2. Alimentación ......................................................................................... 78 7.6.3. Decisión ................................................................................................ 78 7 II. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Fases de desarrollo de la Diabetes mellitus tipo 1 ........................... 17 Figura 2. Esquema para el Diagnóstico de Diabetes Mellitus ......................... 18 Figura 3. Estructura química lineal de la glucosa ............................................ 19 Figura 4. Esquema de la vía metabólica de la Glucólisis ................................ 22 Figura 5. Esquema del Ciclo de Krebs ............................................................. 24 Figura 6. Esquema de la Cadena Respiratoria de Electrones y la Fosforilación Oxidativa ....................................................................................... 26 Figura 7. Vías para el catabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas dietéticas. Formación de ATP ............................................................................ 27 Figura 8. Metabolismode Grasas ...................................................................... 28 Figura 9. Metabolismo de Proteínas .................................................................. 29 Figura 10. Ciclo del Ácido Láctico (Ciclo de Cori) y Ciclo de la Glucosa- alanina .................................................................................................................. 31 Figura 11. Mecanismo propuesto para el ingreso de la glucosa a la célula .. 33 Figura 12. Representación esquemática de la estructura del SGLT 1 ............ 39 Figura 13. Páncreas y sus partes ....................................................................... 40 Figura 14. Distribución de los islotes de Langerhans...................................... 42 Figura 15. Esquema de la secreción de insulina en las células pancreáticas β estimuladas por la glucosa ................................................................................ 44 Figura 16. Estructura del receptor de insulina ................................................. 45 Figura 17. Esquema del mecanismo de acción de la insulina ......................... 46 Figura 18. Signos y Síntomas comunes de Diabetes Mellitus ........................ 56 8 III. ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1. Tasa de mortalidad por Diabetes Mellitus en la República Mexicana .............................................................................................................. 15 Cuadro 2. Acciones y efectos de la Insulina .................................................... 47 Cuadro 3. Termómetro del diabético en tratamiento ....................................... 68 Cuadro 4. Tabla comparativa entre glucosa, fructosamina y hemoglobina... 69 Cuadro 5. Eficacia comparativa de hipoglucemiantes orales ......................... 73 9 IV. ABREVIATURAS ADA: Asociación Americana de Diabetes ADP: Adenosín difosfato AGL: Ácidos grasos libres ADN: Ácido desoxirribonucleico ATP: Adenosin trifosfato CD4+: Conjunto de diferenciación 4+ CD8+: Conjunto de diferenciación 8+ DMF: desoximorfoli-nofructosa ECDCDM: Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus (Comité de expertos en el diagnóstico y clasificación de Diabetes) EDTA: Ácido etilendiaminotetraacético ELISA: Enzyme Linked Immunoabsorbent Assay" (Ensayo inmunoenzimático ligado a enzimas) ENEC: Encuesta Nacional de Enfermedades Crónicas FAD: Flavín adenín dinucleótido oxidado FADH2: Flavín adenín dinucleótido reducido GAD: Descarboxilasa del ácido glutámico GLUT: Transportador de glucosa GOD: Glucosa oxidasa Grb2: Growth factor receptor binding protein 2 (Factor de crecimiento receptor de la proteína de unión 2) GTP: Guanosín trifosfato HbA1c: Hemoglobina Glicosilada ICA: Anti-islote IL-1: Inter Lucina 1 IMSS: Instituto Mexicano del Seguro Social INF : Interferón gamma IRMM: Institute for Reference Materials and Measurements (Instituto de Materiales y Medidas de Referencia) IRS: Sustrato receptor de insulina NAD: Nicotinamida adenin dinucleótido oxidado NADH: Nicotinamida adenin dinucleótido reducido NBT: Azul de nitrotetrazolio NPH: Neutral Protamina Hagedorn OMS: Organización Mundial de la Salud POD: Peroxidasa PP: Polipéptido SGLT: Trasportadores de glucosa –sodio SHC: Hormona del colágeno TNF: Factor de necrosis tumoral OGTT: Prueba Oral de Tolerancia a la Glucosa VIP: Polipéptido intestinal vasoactivo 10 V. GLOSARIO Acantosis nigricans: Es una enfermedad de la piel, caracterizada por la presencia de lesiones de color gris - parduzco y engrosadas, que dan un aspecto verrucoso y superficie aterciopelada, en los pliegues cutáneos perianales y de las axilas. Aglutinación: Unión de dos o más partículas con una sustancia de manera que se forme una masa compacta Albúmina: Es una proteína que se encuentra en gran proporción en el plasma sanguíneo, siendo la principal proteína de la sangre y una de las más abundantes en el ser humano, es sintetizada en el hígado. Catabolismo: Consiste en la transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento adecuado de la energía química desprendida en forma de enlaces de alta energía en moléculas de ATP. Cetoácidos: Los cetoácidos son ácidos orgánicos que contienen un grupo funcional cetona y un grupo carboxílico. Coenzima: Sustancia orgánica no proteica que activa la acción de una enzima. Depleción: Pérdida de sal del organismo por eliminación exagerada de líquidos corporales por transpiración, diarrea, vómitos o micción, sin la correspondiente reposición. Dieta: El término viene del griego díaita, que significa "forma de vida", la dieta es el conjunto de alimentos que cada persona consume en un día Equilibrio hidroelectrolítico: Mantener el equilibrio adecuado de electrolitos, estos electrolitos son minerales en el cuerpo que tienen una carga eléctrica. Se encuentran en la sangre, la orina y los líquidos del cuerpo. Hemolizado: Un suero está hemolizado cuando los hematíes se han roto, vertiendo al torrente sanguíneo su contenido (potasio y hemoglobina). Hiperfiltración glomerular: Aumento patológico de filtrado glomerular que según la teoría defendida por Brenner explicaría la progresión de la insuficiencia renal y el daño estructural glomerular en pacientes con reducción del número de nefronas funcionantes. http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_sangu%C3%ADneo http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_sangu%C3%ADneo http://es.wikipedia.org/wiki/Sangre http://es.wikipedia.org/wiki/H%C3%ADgado http://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9cula http://es.mimi.hu/medicina/transpiracion.html http://es.mimi.hu/medicina/vomito.html http://es.mimi.hu/medicina/miccion.html http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/minerals.html 11 Equimolar: Situación en la que dos o más sustancias que se encuentran presentes en la misma cantidad de moles. Fluctuaciones: Oscilar, crecer y disminuir alternativamente. Hiperosmolar: Aumento de la osmolaridad en los fluidos corporales, la osmolaridad se utiliza usan para expresar la concentración de solutos totales u osmoles de una solución. Hipoxia: Estado en la cual el cuerpo completo, o una región del cuerpo, se ve privado del suministro adecuado de oxígeno. Idiopático: Adjetivo usado primariamente en medicina, que significa de irrupción espontánea o de causa obscura o desconocida. Liofilizado: Proceso en el que se congela el producto y posteriormente se introduce en una cámara de vacío, para realizar la separación del agua por sublimación. Lipólisis: Proceso metabólico mediante el cual los lípidos del organismo son transformados para producir ácidos grasos y glicerol, con el fin de cubrir las necesidades energéticas Postprandial: Es la situación en la que se encuentra el organismo después de la ingestión de un nutriente determinado, es decir, después de haber ingerido alimentos . Shock hiperglucémico: es una afección que presenta niveles extremadamente altos de glucosa en la sangre, falta extrema de agua (deshidratación) y por consecuencia disminución de la conciencia. Transaminación: Reacción catalizada por una aminotransferasa, en la que el grupo alfa-amino de un aminoácido es trasferido al grupo carbonilo de un alfaoxoácido. Trisqueliones de clatrina: La clatrina es una proteína formada por tres cadenas pesadas y tres cadenas ligeras dispuesta en forma de trisquelion. Alzheimer: enfermedad neurodegenerativa, que se manifiesta como deterioro cognitivo y trastornos conductuales. Se caracteriza en su forma típica por una pérdida progresiva de la memoria y de otras capacidades mentales, a medida que las neuronasmueren y diferentes zonas del cerebro se atrofian http://es.mimi.hu/medicina/concentracion.html http://es.mimi.hu/medicina/soluto.html http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno_diat%C3%B3mico http://es.wikipedia.org/wiki/Medicina http://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADpido http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_graso http://es.wikipedia.org/wiki/Glicerol http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/000982.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna http://es.wikipedia.org/wiki/Trisquel http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_neurodegenerativa http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_(proceso) http://es.wikipedia.org/wiki/Neurona 12 Artritis reumatoide: enfermedad sistémica autoinmune, caracterizada por provocar inflamación crónica principalmente de las articulaciones, que produce destrucción progresiva con distintos grados de deformidad e incapacidad funcional. Hipertensión: enfermedad crónica caracterizada por un incremento continuo de las cifras de presión sanguínea en las arterias. Cáncer: conjunto de enfermedades en las cuales el organismo produce células anormales derivadas de los propios tejidos, más o menos parecidas a las originales de las que proceden, y que pueden comportarse de diferentes modos, pero que en general tienden a llevar a la muerte al sujeto portador de donde proceden sin el tratamiento adecuado Osteoporosis: enfermedad que disminuye la cantidad de minerales en el hueso, perdiendo fuerza la parte de hueso trabecular y reduciéndose la zona cortical por un defecto en la absorción del calcio producido al parecer por falta de manganeso. Péptido C: subproducto que se crea cuando se produce la hormona insulina. Ácinos pancreáticos: Unidades estructurales y funcionales del Páncreas Exocrino, se presentan como un racimo de uva, su función es producir el jugo pancreático, rico en enzimas digestivas, los ácinos poseen conductos de secreción propia. Quimo: Masa pastosa compuesta por los alimentos digeridos, es decir, el bolo alimenticio. Es semisólida y de consistencia ácida y se forma por los movimientos de contracción que poseen las paredes musculares del estómago, y por la acción proteolítica de la pepsina y del ácido clorhídrico. http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_autoinmune http://es.wikipedia.org/wiki/Inflamaci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Articulaci%C3%B3n_(anatom%C3%ADa) http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_cr%C3%B3nica http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sangu%C3%ADnea http://es.wikipedia.org/wiki/Arteria http://es.wikipedia.org/wiki/Neoplasia http://es.wikipedia.org/wiki/Mineral http://es.wikipedia.org/wiki/Hueso http://es.wikipedia.org/wiki/Calcio http://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%B3mago http://es.wikipedia.org/wiki/Pepsina http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clorh%C3%ADdrico 13 VI. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Hacer una revisión bibliográfica actualizada sobre el tema de la diabetes con el fin de desarrollar en un futuro un curso en línea, que sirva como actualización y apoyo para el diagnóstico médico de la Diabetes Mellitus, basándose en las normas establecidas por la OMS. OBJETIVOS PARTICULARES: 1. Describir en forma didáctica y actualizada los principios generales del metabolismo de la glucosa. 2. Establecer los principales elementos de la patogenia del proceso diabético y la clasificación actual de esta enfermedad. 3. Determinar clara y didácticamente los procedimientos actuales para el diagnóstico y monitoreo de la Diabetes Mellitus. En el presente trabajo se muestra en forma didáctica, lo que es la diabetes mellitus, al igual que las vías metabólicas que llevan a cabo procesos para la utilización de la glucosa y como llega ésta al organismo, se mostrará al páncreas como órgano y como se lleva a cabo la producción de insulina así como los tipos, signos, síntomas, tratamiento y formas de prevención de esta enfermedad. Pero lo más relevante es que se darán a conocer todos los métodos establecidos por la OMS para llevar a cabo un correcto diagnóstico de diabetes mellitus, ya que ellos nos proporcionarán la información necesaria para detectar esta enfermedad y monitorear su tratamiento en el paciente. 14 VII. CONTENIDO TEMÁTICO 1. INTRODUCCIÓN Existen a nivel mundial, una gran variedad de enfermedades reconocidas como degenerativas, que afectan a la mayoría de la población sin importar, raza, sexo, edad o posición económica. Por ejemplo: el Alzheimer, la artritis reumatoide, la hipertensión, el cáncer, la osteoporosis y la diabetes, por mencionar algunas. Estas enfermedades se caracterizan por seguir un proceso en el cual un órgano o tejido va perdiendo sus características propias más importantes, debido a la disminución en su actividad, avanzan progresivamente hasta que terminan con la vida de la persona sin que exista en la mayoría de los casos una cura, solo pueden ser controladas hasta cierto punto. La diabetes es una enfermedad degenerativa conocida desde años atrás, sin embargo en la actualidad tiene un papel muy importante debido a la gran incidencia que presenta, por lo cual es conocida por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como una amenaza de índole mundial. Lo que es realmente sorprendente, es que es la epidemia de una enfermedad no contagiosa. (1 ,29) 1.1. Epidemiología Según información estadística en 1995 existían 135 millones de pacientes diabéticos en todo el mundo, por lo que se esperan alrededor de 300 millones para el año 2025. Entre 1995 y 2025 se ha estimado que habrá un incremento de un 5% en la prevalencia. La prevalencia más alta del mundo se observa en el Medio Oriente, el incremento global esperado en estos países para el 2025 es de 38%. En Latinoamérica y el Caribe la prevalencia global es de 5.7%, para el año 2025 se espera 8.1%. La prevalencia más alta se encuentra en Uruguay 8.1%. El país latinoamericano con mayor incremento en la prevalencia es México (7.7 % en el año 1995 y 12.3 % para el año 2025) y en el mundo es India. (11) 15 En México en 1922 el 11.8% de las defunciones correspondió a enfermedades crónico degenerativas, en 1992 llegaron al 55%. Entre todas las enfermedades degenerativas la diabetes mellitus muestra el ascenso mas importante en los últimos años, en 1922 se registraron 368 defunciones por esta causa, en 1992, se observaron más de 29,000 fallecimientos y ocupo el 4° lugar de mortalidad. De acuerdo a la Encuesta Nacional de Enfermedades Crónicas (ENEC, 2001) (2), alrededor de tres millones de personas entre los 20 y 69 años padecen Diabetes Mellitus. La mayor parte de ellas mueren antes de los 60 años o presentan alguna discapacidad antes de esa edad. Los pacientes diabéticos en México viven 20 años en promedio con la enfermedad. Anualmente se registran 210 mil personas diabéticas más y fallecen 30 mil aproximadamente. Por cada diabético que muere se detectan siete nuevos casos de enfermedad. La diabetes es la principal causa de demanda de consulta externa en instituciones públicas y privadas y uno de los principales motivos para la hospitalización. La esperanza de vida de un individuo diabético es de dos tercios de la esperada; los pacientes con complicaciones crónicas tienen el doble de posibilidades de morir que la población general. (2) Cuadro 1. Tasas de mortalidad por Diabetes Mellitus en la República Mexicana. (2) ESTADO TASA ESTADO TASA Distrito Federal 63.2 Nuevo León 35.4 Morelos 59.3 Veracruz 34.1 Coahuila 51.6 Nayarit 33.8 Chihuahua 44.6 Querétaro 33.6 Tlaxcala 44.5 Hidalgo 33.6 Jalisco 44.0 Yucatán 33.6 Colima 43.9 Sinaloa 32.1 Tamaulipas 43.8 Zacatecas 30.1 Guanajuato 41.5 San Luis Potosí 29.9 Sonora 40.7 Tabasco 28.7 Durango 39.9 Oaxaca 25.7 Michoacán 39.0 Guerrero 23.8 Aguascalientes37.8 Puebla 21.8 Baja California 36.3 Chiapas 19.8 México 35.5 Quintana Roo 17.4 16 1.2 Datos estadísticos a) Cada hora se diagnostican 38 nuevos casos de diabetes. b) Cada dos horas mueren 5 personas a causa de complicaciones originadas por la diabetes. c) De cada 100 pacientes con diabetes, 14 presentan alguna complicación renal. d) El 30 % de los problemas de pie diabético terminan en amputación. e) De cada 5 pacientes con diabetes. 2 desarrollan ceguera. f) México ocupa el décimo lugar en diabetes a nivel mundial y se estima que para el 2030 ocupe el séptimo puesto. 1.3 Prevalencia de diabetes mellitus tipo 1 En el 2010. Población total infantil (0-14 años, miles de millones) 1.9 Número de niños con diabetes tipo 1 (miles) 479.6 Número de casos de recién diagnóstico por año (miles) 75.8 Incremento anual incidencia (%) 3.0 El IMSS declaró en octubre del 2010, que 400 mil niños con diabetes mellitus tipo 1 y 2 son atendidos por esta institución. Datos sobre diabetes mellitus tipo 2 en niños En el Hospital General 600 pacientes menores de 18 años presentan cuadros diabetes mellitus tipo 2 El Hospital Infantil mencionó solo 150 pacientes con diabetes mellitus tipo 2 La diabetes tipo 1 se encuentra en rápido crecimiento en niños y adolescentes en muchos países, y las pruebas sugieren que hoy día se están detectando casos de diabetes tipo 2 en niños en un número creciente de países. Se calcula que, anualmente, alrededor de 76,000 niños de menos de 15 años desarrollan diabetes tipo 1 en el mundo. De los 480.000 niños que se calcula tienen diabetes tipo 1, el 24% procede de la región del Sudeste Asiático, pero la 17 región Europea se le aproxima estrechamente, ocupando el segundo lugar (23%). (29) Como se pueden observar en los datos estadísticos arriba mencionados, la diabetes es una epidemia mundial, y lamentablemente, México se encuentra dentro de los países más afectados; esto es debido a la forma de vida sedentaria y a la obesidad que también se está padeciendo, y que igualmente va en ascenso. (1) La diabetes es una enfermedad mortal, pero un diagnóstico a tiempo (Fig.1) podría mejorar la calidad de vida de los pacientes y mejor aún, alargar su periodo de vivencia, aunque en ocasiones, esto no siempre puede llevarse a cabo, ya que para dar un buen diagnóstico hay que realizar una serie de pruebas específicas, para poder determinar el tipo de diabetes que el paciente presenta (Fig. 2), de esta manera se le puede ofrecer al paciente un seguimiento y tratamiento adecuado, ya que por ejemplo en la diabetes mellitus tipo 1, se ha demostrado que el proceso degenerativo inicia mucho tiempo antes de la aparición evidente de los principales síntomas. (3) Figura 1. Fases de desarrollo de la Diabetes Mellitus Tipo 1 (3) 18 Figura 2. Esquema para el Diagnóstico de Diabetes Mellitus I PACIENTE I '" ~Iid~. ~liIog. ~Iiurj. Perd id.d . pno :! Di •. 9 nÓ>li co p ""....u.o Di.boI.,. MelIo!u> '" Fodore> p __ ", .¡. .¡. · Predi.po>.,""g<OÓllco · Moyor d • .a¡; or'io. · Maro r .2§or'io. · An ormeldo_ in~. · Obe>id.d · Obe> id.d · Pérdid. proo¡re>iYrld.i"' .... · Anleeedert .. d.bOIIco> · Ante<:ed ....... · Di.beI .. g"'_ d i.bO!icos .¡. J. J. Tipo I ~ Tip02 Ge>tac<orwI Signo> y . í .. omu .. peáIi= .¡. Sign<» y .í"amo> e>peá~_ Signo> y . í"amo .. peáIi= · ·de di<K .. " · ~ · Vb iónbo"""" · ~I iun. · So lo >opre>-.en 01 · Perdid. d. p o><> · ..... en".d.c .. _ emt.razo y .. m.nrft .... · HopOfpotuem. · • Apeolo como diobel .. Tipo2 · • d e l.cone«V.06nd. Oc;_ · ~l iIogio gruo.y c"oacedo>i. en .. 'V. · • d . l. conc .... 06nd . gluco>o en . ang r. · • d e l. cone«V.06nd . .minoód_en .. 'Ve TlÓ<:nicu d.dioopZbo> · G luco"" en .yuno> _ Maro r. l2Om!lidl · TTOG _ Moyor.200 mg/d l · Hemogl-"" G liro>lildo _ ",,"yor. 18 OS; I '" '" I TlÓ<:n iCHd.coror"' l I Tratamiento I ¡ ¡ · G luco"" en..".,H · .~ · ProteinHg l _iodo1 · EjOfac;., ~ Hemog l-'GIic<»lildo · H rm.co. ~ Fructo • • mi,. · G luco""eno_ · E> Cf"'"ónd . .. Wrrr .. en 0_ · CoIon",io 19 2. METABOLISMO DE LA GLUCOSA Los carbohidratos son sustancias naturales conformadas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Están ampliamente distribuidos en vegetales y animales. En los animales se sintetizan algunos carbohidratos a partir de lípidos y proteínas, pues estos tienen la capacidad de hacerlo; sin embargo en el caso de los vegetales, la glucosa se sintetiza a partir de agua y bióxido de carbono, por medio de la fotosíntesis, esta glucosa se almacena como almidón o celulosa. (4) La glucosa es el carbohidrato más abundante e importante en la naturaleza, se encuentra dentro de la clasificación como una hexosa debido a la cantidad de – OH que presenta su estructura molecular (Fig.3) (5, 30) Figura 3. Estructura química lineal de la glucosa. 2.1. Metabolismo El metabolismo de la glucosa se compone de una serie de reacciones bioquímicas que ocurren en las células, intervenidas por varios cambios producidos principalmente por enzimas y coenzimas, cuyo objetivo principal o finalidad es el generar energía (ATP) para el organismo y que éste pueda llevar a cabo adecuadamente sus actividades. (30) Este metabolismo consta de tres etapas fundamentales, la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena trasportadora de electrones; los cuales se darán a conocer paso por paso. (3) 20 2.1.1. Glucólisis La glucólisis es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía (Fig. 4), se lleva a cabo en el citoplasma de la célula, consiste en diez reacciones consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, las cuales a su vez forman dos moléculas de acetil-CoA la cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo. En las tres primeras reacciones de la glucólisis el ATP es invertido para ser recuperado más adelante, en la cuarta y quinta reacción ésta energía permite a la glucosa ser separada en dos moléculas más pequeñas para que la energía pueda ser aprovechada más eficientemente, en las últimas cinco reacciones la energía es liberada como ATP y NADH. (4, 6) 1) La hexocinasa es una enzima que usa ATP para fosforilar la glucosa, esta inversión de energía prepara a la glucosa para reacciones posteriores de liberación de energía en la glucólisis, la molécula resultante es glucosa-6- fosfato y ADP que es liberado, la reacción se acompaña con una pérdida de considerable de energía en forma de calor y por lo tanto se considera como un proceso irreversible. 2) La enzima fosfohexosa isomerasa cataliza la apertura del anillo de la glucosa-6-fosfato, esta misma enzima lleva a cabo una reacción reversible en la que el grupo carbonilo de la glucosa-6-fosfato cambia la posición del primer carbono al segundo carbono de cadena, esta reacción involucra una molécula de agua que dona un ion de hidrógeno al oxígeno del carbonilo. El ion de un hidrógeno es después retirado del grupo hidroxilo del segundo carbono creando una molécula de agua y es formada la fructosa-6-fosfato, nuevamente la fosfohexosa isomerasa reacciona y cataliza a su forma de anillo. 3) La fosfofructocinasa utiliza ATP para fosforilar a la fructosa-6-fosfato, por lo que ADP es liberado y se forma de fructosa-1,6-bisfosfato. 21 4) Esta reacción comienza abriendo el anillo de fructosa-1,6-bisfosfato, la enzima aldosa convierte en dos moléculas a la fructosa-1,6-bisfosfato una de ella es el gliceraldehido-3-fosfato (molécula de tres carbonos), la enzima lleva acabo reacciones adicionales en la segunda moléculade 3 carbonos la cual se le conoce como fosfato dihidroxiacetona. 5) La fosfatriosa isomerasa cataliza la isomerización de fosfato dihidrixiacetona a gliceraldehido-3-fosfato. El resultado de estas cinco reacciones son dos moléculas de gliceraldehido-3- fosfato, cabe mencionar que las siguientes cinco reacciones ocurrirán dos veces, una por cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato. 6) La enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa utiliza NAD+ para oxidar el gliceraldehido-3-fosfato, la molécula resultante se une a la enzima por un enlace de alta energía, una molécula de fósforo inorgánico desplaza el enlace tioéster formando un enlace anhídrido de alta energía al finalizar queda una molécula de 1,3-bifosfoglicerato. 7) La enzima fosfoglicerato cinasa desfosforila al 1,3-bifosfoglicerato, el fósforo de alta energía es transferido a un ADP formando ATP y la molécula se convierte en 3-fosfoglicerato (la inversión de ATP es recuperada). 8) El 3-fosfoglicerato es transportado por la enzima fosfoglicerato mutasa en 2-fosfoglicerato. 9) La enzima enolasa remueve una molécula de agua del 2-fosfoglicerato creando fosfoenolpiruvato, la perdida de agua redistribuye la energía dentro de la molécula creando un grupo fosfato con una alta energía libre de hidrólisis. 10) Por último la enzima piruvato cinasa transfiere el grupo fosfato de alta energía a un ADP, formando ATP y piruvato. (4, 6) 22 Figura 4. Esquema de la vía metabólica de la Glucólisis. (4) 1,3 Bisfosll>- L...:','~ice,ato 3-fosloglkeralo Gluc<xmaso - chcc.~I<kk;do 3 ¡",I.lo d",hldr~na", NADH ------ f",l"Ihce,oto m~Q Glice ,a ldeh ído 2-fosfoglice ,ato fo,¡ooexo,," I,,,,,,,,,u,, Fruclosa 1, 6- bisfosfato - fosfol""", ,~'""" ,. M, Fosfalo d e dihid ,oxiace tona Fosfoenolpiruvato AOP ATP Piruvato 23 2.1.2. Ciclo de Krebs El Ciclo de Krebs consiste en una serie de reacciones en las mitocondrias, que dan lugar al catabolismo de los residuos acetilo (acetil-CoA), con liberación de equivalentes de hidrógeno (Fig. 5). Este ciclo es una parte integral del proceso mediante el cual queda disponible la mayor parte de la energía liberada durante las oxidaciones de los carbohidratos, al igual que de los lípidos y de los aminoácidos: 1. Dentro de la célula, el piruvato se mueve desde el centro de la célula hacia las dos membranas de la mitocondria y llega a la matriz donde se lleva a cabo el ciclo. 2. El piruvato se encuentra con la coenzima A, por lo que el complejo suelta dos electrones, un átomo de hidrógeno y dióxido de carbono para formar acetil-CoA, los electrones del hidrógeno son tomados por un NAD+ formando NADH. 3. La unión inicial de la acetil-CoA con el oxalacetato para formar el citrato se cataliza por una enzima condensadora, que es la citrato sintasa. La reacción de condensación formadora de citril-CoA, va seguida por la hidrólisis del enlace tioéster de la CoA y se acompaña de una pérdida considerable de energía libre en forma de calor, lo cual asegura que la reacción continúe hasta su terminación. 4. El citrato se convierte en isocitrato mediante la enzima aconinasa. Esta conversión tiene lugar en dos etapas: deshidratación a cis-aconitato, con permanencia de una parte de éste enlazada a la enzima, y rehidratación a isocitrato. Éste junto con NAD+ sufre una deshidrogenación en presencia de la isocitrato deshidrogenasa para formar oxalosuccinato y NADH. 5. A continuación tiene lugar la descarboxilación a -cetoglutarato, también catalizada por la isocitrato deshidrogenasa. 6. El -cetoglutarato se encuentra con acetil-CoA y libera dos electrones de hidrógeno y un dióxido de carbono para formar succinil-CoA, los dos electrones de hidrógeno forman NADH + H+, el succinil-CoA reacciona con ADP y fosfato liberando a la Coenzima A, ATP y formando succinato por medio de la enzima succinato tiocinasa. 24 7. El succinato se encuentra con una molécula de FAD por lo que esta reacción produce un nuevo transporte de energía, FADH2, al igual que fumarato, la enzima que actúa es la succinato deshidrogenasa. La fumarasa cataliza la adición de agua dando como producto malato, él cual requiere a NAD+ para poder producir oxalacetato y NADH. El oxalacetato reacciona nuevamente con acetil-CoA iniciando nuevamente el ciclo de Krebs. (4, 6) Figura 5. Esquema del Ciclo de Krebs. (4) 25 2.1.3. Cadena respiratoria de electrones Cuando la glucosa se oxida durante la glucólisis y el Ciclo de Krebs, las coenzimas NAD+ y FAD se reducen a NADH + H+ y FADH2. Para la formación de ATP es indispensable la “Cadena Respiratoria de Electrones”, así como la Fosforilación Oxidativa (Fig. 6). En las mitocondrias los electrones del NADH + H+ se transfieren a proteínas portadoras de electrones y los protones se transfieren a través de la membrana, mientras que los electrones se desplazan de citocromo a citocromo, descendiendo por la cadena de transporte de electrones, comparativamente se trasportan más protones a través de la membrana. El citocromo C transfiere electrones al complejo citocromo C oxidasa, los protones también se transfieren al exterior de la membrana mediante el complejo citocromo C oxidasa, éste transfiere los electrones desde el citocromo C hacia el oxígeno, que es el aceptor final de electrones, y como producto final se forma agua. La transferencia de protones genera una fuerza protón matriz a través de la membrana de la mitocondria, dado que las membranas son impermeables, los protones que vuelven a entrar a la matriz pasan a través de unas proteínas especiales que son canales de protones y se denominan ATP sintasa. La energía derivada del movimiento de estos protones se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato. La formación de ATP mediante este mecanismo se denomina “Fosforilación Oxidativa”. (4, 6) 26 Figura 6. Esquema de la Cadena Respiratoria de Electrones y la Fosforilación Oxidativa. (4) 27 2.2. Vías alternas Cuando hay una deficiencia de glucosa, el organismo utiliza algunas vías alternas, para obtener la energía necesaria y de esta manera poder realizar sus funciones de forma adecuada. Dentro del organismo hay tres principales grupos de compuestos, que proporcionan esta energía. Que son los carbohidratos (grupo al que pertenece la glucosa), los lípidos y las proteínas, estos son obtenidos de los alimentos que a diario consumimos. Existen procesos para que de cada uno de ellos se pueda obtener acetil-CoA, pero al final todos tienen como procesos comunes para la generación energía, el Ciclo de Krebs y la Cadena Respiratoria de Electrones (Fig. 7). Figura 7. Vías para el catabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas dietéticas. Formación de ATP (4) 28 2.2.1. Grasas La fuente de los ácidos grasos de cadena larga está constituida por los lípidos de la dieta y la síntesis de novo a partir de la acetil-CoA proveniente de los carbohidratos. En los tejidos es posible oxidar los ácidos grasos a acetil-CoA (- oxidación) o esterificarlos a acilgliceroles y a éstos, como triacilglicerol (grasas), que constituyen la principal reserva calórica del cuerpo (Fig. 8). La acetil-CoA formada mediante la -oxidación tiene varios destinos importantes: a) Al igual que la acetil-CoA derivada de los carbohidratos, se oxida por completo a CO2 + H2O en el ciclo de Krebs. En la -oxidación y el Ciclo de Krebs, los ácidos grasos producen una cantidad de energía considerable y, por tanto, son combustibles tisulares muy eficaces. b) Constituyen una fuente de átomos de carbono para la formación del colesterol y otros esteroides. c) En el hígado forman los cuerpos cetónicos (acetona,acetoacetato y 3- hidroxibutirato), como combustibles tisulares hidrosolubles alternos, los cuales, en ciertas condiciones (ej. ayuno), se convierten en fuentes importantes de energía. (4) Figura 8. Metabolismo de Grasas. (4) 29 2.2.2. Proteínas Los aminoácidos se requieren para la síntesis proteica. Algunos deben suministrarse específicamente en la dieta (los aminoácidos esenciales), porque los tejidos son incapaces de sintetizarlos (Fig. 9). El resto, o aminoácidos no esenciales, si bien se suministran en la dieta, también se pueden formar por transaminación, a partir de intermediarios, con utilización de nitrógeno del grupo amino proveniente de otros aminoácidos excedentes que se eliminan como urea; los esqueletos de carbono restantes, una vez realizada la transaminación, pueden: a) Oxidarse a CO2 en el Ciclo de Krebs, b) Formar glucosa (gluconeogénesis) c) Formar cuerpo cetónicos. Además de requerirse para la síntesis proteínica, los aminoácidos también constituyen precursores de muchos compuestos importantes; por ejemplo, purinas, pirimidinas y hormonas como la adrenalina y la tiroxina. (4) Figura 9. Metabolismos de proteínas. (4) 30 2.2.3. Gluconeogénesis La gluconeogénesis es la formación de glucosa a partir de fuentes que no son carbohidratos, tales como aminoácidos y glicerol, satisface las necesidades corporales de glucosa cuando la dieta no se dispone de suficientes carbohidratos. Los mecanismos gluconeogénicos se utilizan para eliminar de la sangre los productos del metabolismo de otros tejidos, por ejemplo, el lactato producido por el musculo y los eritrocitos, así como el glicerol producido continuamente por el tejido adiposo. (6) La glucosa se forma a partir de compuestos glucogénicos que alimentan la gluconeogénesis. Estos compuestos quedan incluidos en dos categorías: a) Los que son objeto de una conversión directa neta a glucosa sin ningún proceso de reciclaje significativo, como algunos aminoácidos y el propionato. b) Los productos del metabolismo parcial de la glucosa en ciertos tejidos y que se transportan al hígado y al riñón para la resíntesis de glucosa. Así el lactato formado por la oxidación de la glucosa en el músculo esquelético y en los eritrocitos se transporta al hígado y al riñón, donde se reconstituye en glucosa y ésta queda de nuevo disponible por medio de la circulación para su oxidación tisular. Este proceso se le conoce como Ciclo de Cori (Fig. 10). El glicerol 3-fosfato para la síntesis de los triglicéridos del tejido adiposo continuamente es objeto de hidrólisis para formar glicerol el cual no puede ser utilizado por el tejido adiposo y, en consecuencia, difunde hacia la sangre. En hígado y riñón, el glicerol se reconvierte en glucosa mediante mecanismos gluconeogénicos. Entre los aminoácidos transportados desde el músculo hasta el hígado durante el ayuno predomina la alanina, lo que ha dado lugar a proponer la existencia de un ciclo glucosa-alanina (Fig. 10) con el propósito de recircular la glucosa hasta el músculo, con la formación de piruvato seguida por transaminación a alanina, y después el trasporte al hígado para regresar como glucosa mediante gluconeogénesis en éste. Se efectúa una trasferencia neta de nitrógeno amínico 31 desde el músculo al hígado, y de energía libre de éste al músculo. La energía necesaria para la síntesis hepática de la glucosa a partir del piruvato se obtiene de la oxidación de los ácidos grasos. Se necesita un suministro continuo de glucosa como fuente de energía especialmente para el sistema nervioso y los eritrocitos. (4) Figura 10. Ciclo de ácido láctico (Ciclo de Cori) y Ciclo de la Glucosa- alanina. (4) 32 3. LA GLUCOSA EN EL ORGANISMO El metabolismo normal incluye las variaciones y la adaptación del organismo debido a los periodos de ayuno, ejercicio, embarazo y lactancia, así como el crecimiento en sí mismo o envejecimiento. El metabolismo anormal resulta, por ejemplo, de la insuficiencia nutricional, insuficiencia enzimática o secreción anormal de hormonas, debida frecuentemente a una enfermedad genética. Un ejemplo importante de una enfermedad resultante del metabolismo anormal es la Diabetes Mellitus. (4) La glucosa es el principal sustrato energético de la célula, pero ésta no difunde a través de la bicapa lipídica, debe ser transportada al interior de la célula y para su ingreso requiere de proteínas transportadoras en la membrana celular. Estos transportadores siguen dos mecanismos de absorción: Absorción pasiva: En el proceso de la digestión hay un momento en el que se hidrolizan los oligosacáridos y esto da lugar a una elevada concentración de glucosa, que al ser superior a la de la célula, pasa a través de la membrana sin necesidad de energía. Sin embargo, a diferencia de las pentosas, requiere un transportador específico de la misma, y se mantiene mientras haya esta diferencia de gradiente. Absorción activa: El transporte de glucosa por la membrana requiere energía metabólica, iones de sodio y una proteína transportadora. Son estos iones los que provocan una diferencia de gradiente que libera energía aprovechada por la glucosa para atravesar la membrana. Luego la glucosa es transportada a los capilares sanguíneos de forma pasiva. Se han descrito dos sistemas de transporte de glucosa y de otros monosacáridos: los transportadores de sodio y glucosa llamados SGLT y los transportadores de glucosa llamados GLUT. (7) 33 3.1. Transportadores de la glucosa (GLUT) Los transportadores de glucosa (GLUT) están encargados del ingreso de los monosacáridos a todas las células del organismo, son glicoproteínas con 12 dominios transmembranales con estructura hélice. Los extremos amino y carboxilo terminales, al igual que una gran asa central, se localizan en el citoplasma. Al parecer los segmentos transmembranales 3, 5, 7 y 11 son hidrofílicos son una cara del cilindro hélice e hidrofóbicos en la otra, por lo que forman un poro y, de esta manera, permite el paso de los monosacáridos a favor de un gradiente de concentración. Para que se efectúe el ingreso de la glucosa, se deben formar previamente uniones débiles (tipo puentes de hidrógeno) entre los grupos hidroxilo y carbamino del GLUT y los grupos hidroxilo de la glucosa. La glucosa ingresa la célula en cuatro etapas (Fig. 11): 1) Se une al trasportador en la cara externa de la membrana. 2) El trasportador cambia de conformación, la glucosa y su sitio de unión quedan localizados en la cara interna de la membrana. 3) El transportador libera la glucosa al citoplasma. 4) El transportador libre cambia nuevamente de conformación, expone el sitio de unión de la glucosa en la cara externa y retorna a su estado inicial Figura 11. Mecanismo propuesto para el ingreso de glucosa a la célula. (7) 34 Se han identificado trece transportadores GLUT: 3.1.1. GLUT 1 También transporta galactosa, se expresa en los eritrocitos, los astrocitos, las células endoteliales, las células de la retina y las barreras hematoencefálicas y placentaria. Durante el desarrollo fetal hay expresión de GLUT 1 en los estadios de oocito y blastocisto y luego en los diferentes tejidos fetales. La expresión en el musculo esquelético depende, al parecer, del estado de desarrollo; su mayor expresión se encuentra durante la gestación y disminuye luego en el nacimiento. Se expresa en muy poca cantidad en el músculo del adulto. En el riñón se ha encontrado en prácticamente todos los segmentos de la nefrona. En la membrana basolateral de las células ubicadas en la porción contorneada y recta de la nefrona proximal, se asocia con el proceso de la reabsorción dela glucosa; en el resto de la nefrona se asocia con el aporte nutritivo de la célula. (7) 3.1.2. GLUT 2 A diferencia de las otras GLUT su afinidad por la glucosa es baja, transporta además fructosa, se expresa en células pancreáticas, en hepatocitos, en enterocitos y en células tuburales renales. En células pancreáticas y en hepatocitos facilita el ingreso de la glucosa como respuesta al incremento de la glicemia. Debido a su elevado valor de Km (la Km corresponde a la concentración de sustrato que semisatura el sistema de transporte), funciona en reacciones cinéticas de primer orden; esto quiere decir que es muy sensible a los cambios de glicemia e incrementa su actividad cuando aumenta la glucosa en la sangre. Las características mencionadas permiten que la entrada de glucosa sea el primer paso en el estímulo para la secreción de insulina en las células del páncreas y en el proceso de glucogenogénesis en el hígado. En el enterocito se localiza tanto en la membrana luminal como en la basolateral; en la membrana luminal es el responsable de la absorción intestinal de glucosa por difusión facilitada; en la membrana basolateral permite el paso de glucosa al espacio extracelular. En el riñón se localiza en la membrana basolateral del túbulo proximal, donde también permite el paso de la glucosa al espacio extracelular. (7) 35 3.1.3. GLUT 3 También transporta galactosa. Su mayor expresión, en los humanos, se da en las neuronas del sistema nervioso central; también está presente en la placenta, el hígado, el riñón y el corazón. En el tejido muscular humano su expresión comienza a las 18 semanas de gestación y desaparece luego de la gestación. En el tejido cerebral funciona en colaboración con el GLUT 1 (ubicado en la barrera hematoencefálica), lo que permite un transporte de glucosa en formal vectorial desde la sangre hasta la neurona. 3.1.4. GLUT 4 Se expresa en los tejidos donde el transporte de glucosa es dependiente de insulina: el músculo (cardiaco y esquelético) y el tejido adiposo. En ausencia de un estímulo apropiado, la mayor parte del GLUT 4 (aproximadamente 90%) permanece almacenado en vesículas intracelulares, localizadas en el citoplasma. Estas vesículas, en donde reside el transportador, constituyen un compartimiento altamente especializado, cuyo tráfico y contenido solo se conoce parcialmente; se sabe que en las vesículas, junto al GLUT 4, se encuentran otras proteínas, que translocan juntamente con el transportador a la membrana citoplasmática, con la que finalmente se funde; uno de los mayores componentes de las vesículas es una aminopeptidasa de función desconocida, también se ha descrito la sinaptobrevina (proteína asociada a vesículas) y una proteína ligadora de GTP. Las vesículas están sometidas a un ciclo continuo de exocitosis-endocitosis. La presencia de insulina, la concentración muscular, la estimulación eléctrica y la hipoxia son estímulos que activan la exocitosis de estas vesículas. El mecanismo molecular que media entre el estímulo y la movilización de la vesícula a la membrana celular se conoce parciamente y es el objeto de estudio de múltiples investigadores. El efecto de la insulina es el que se ha estudiado con mayor profundidad, el receptor de la insulina actúa como una quinasa que fosforila residuos de tirosina, del propio receptor y de otras proteínas. En ausencia de la insulina la actividad tirosina-quinasa permanece desconectada. Cuando la insulina se une al receptor se induce un cambio conformacional en éste, que estimula la actividad tirosina-quinasa. El receptor activado se autofosforila y, a su vez, 36 fosforila varias proteínas en secuencia, las cuales inducen todos los efectos celulares de la insulina. Las principales proteínas fosforiladas por los receptores son las IRS (insuline receptor substrate), de las cuales se han descrito cuatro, con diferente distribución tisular. Estas IRS, a su vez, activan otras proteínas entre las cuales se incluyen una que es homóloga del colágeno (SHC) y el Gab 1 (proteína asociada al receptor del factor del crecimiento Grb2), que desencadena una cascada de eventos moleculares, incluyendo, entre otros, la translocación de las vesículas. Esta exocitosis de las vesículas incrementa momentáneamente el número de GLUT 4 en la membrana del miocito o del adiposito y por consiguiente la entrada de glucosa a estas células. Cuando ese estímulo cesa se desencadena la endocitosis, la cual involucra la formación de trisqueliones de clatrina y la participación del citoesqueleto celular. Estudios han revelado que independientemente del efecto de la insulina, el ejercicio también incrementa el número de GLUT 4 en la membrana plasmática y en los túbulos transversos. Los valores basales del GLUT 4, en la membrana celular, se recuperan luego de dos horas de reposo. Algunos autores postulan que también hay translocación de los GLUT 4 luego del ejercicio, al parecer dependiente de la insulina, y este efecto persiste por varias horas. 3.1.5. GLUT 5 Prácticamente es un trasportador de fructosa, ya que su afinidad por otros monosacáridos, incluyendo la glucosa, es mínima. Se localiza en el yeyuno (membrana luminal), los espermatozoides, las células tubulares renales y las células de la microglia. 3.1.6. GLUT 6 Era el nombre que se le daba previamente a un supuesto producto que se encontró por análisis de secuencias; posteriormente se demostró que correspondía a un pseudogén. El que antes se llamaba GLUT 9 se llama actualmente GLUT 6, transporta glucosa, se expresa en cerebro, bazo y su función es ingresar la glucosa estimulado por la insulina. 37 3.1.7. GLUT 7 Originalmente fue descrito como un transportador del retículo endoplásmico de tejidos gluconeogénicos, pero posteriormente se demostró que éste era un artefacto de laboratorio y por lo tanto no existe. 3.1.8 GLUT 8 Posee un 30% de homología con el GLUT 1 y se expresa en testículos y placenta, transporta glucosa. 3.1.9 GLUT 9 Tiene una homología del 44% con GLUT 5 y del 38% con el GLUT 1. Se expresa principalmente en riñón e hígado y en menor concentración en bazo, leucocitos, cerebro y corazón, transporta glucosa. 3.1.10. GLUT 10 Tiene un 35% de homología con los GLUT 3 y 8. El gen de GLUT 10 se ha relacionado con susceptibilidad para presentar Diabetes Mellitus no insulino dependiente, se expresa principalmente en hígado y páncreas, transporta glucosa. 3.1.11. GLUT 11 Tiene un homología de 41% con el transportador de fructosa GLUT 5. Se expresa en corazón y músculo esquelético, transporta glucosa. 38 3.1.12. GLUT 12 Se expresa en musculo esquelético, tejido adiposo e intestino delgado. Se considera un segundo sistema de transporte de glucosa dependiente de insulina. Se ha demostrado que el transportador tiene una localización perinuclear en ausencia de insulina. 3.1.13. GLUT 13 Es el GLUT más recientemente descrito, es el mismo transportador de mioinositol y glucosa; presenta una homología de secuencia de 36% con el GLUT 8. Se expresa principalmente en cerebro. (7) 3.2. Transportadores de Sodio – Glucosa SGLT Como su nombre lo sugiere, son proteínas que efectúan un transporte acoplado, en el que ingresan conjuntamente a la célula sodio y glucosa. Se localizan en la membrana luminal de las células epiteliales encargadas de la absorción (intestino delgado) y la reabsorción (túbulo contorneado proximal del riñón) de nutrientes. Se aprovecha el ingreso de sodio a favor del gradiente electroquímico, entre el exterior y el interior de la célula, para transportar la glucosa en contra de un gradiente químico. (7) Se han identificado tres transportadores SGLT: 3.2.1. SGLT 1 Tiene una alta afinidad, transporta dos moléculas de sodio por una de glucosa, se expresaen el intestino delgado y en el segmento S3 de la nefrona proximal; en este último, por sus características cinéticas, se encarga de la reabsorción de la glucosa filtrada que no se reabsorbió en los segmentos S1 y S2 (Fig. 12) . 39 3.2.2. SGLT 2 Transporta una molécula de sodio por una de glucosa, se expresa en el riñón, en los segmentos S1 y S2, pero no en el intestino. Es el encargado de reabsorber el 90% de la glucosa filtrada por el riñón. 3.2.3. SGLT 3 Transporta dos moléculas de sodio por una de glucosa, no hay estudios funcionales del SGLT 3 en humanos, solo en cerdos. Figura 12. Representación esquemática de la estructura del SGLT 1. (7) 40 4. LA INSULINA La insulina es una proteína que realiza efectos reguladores opuestos sobre la homeostasis de la glucosa, después de la ingesta de alimentos las concentraciones de insulina son elevadas mientras las del glucagón descienden en respuesta a la gran carga de glucosa. Por lo que la insulina promueve la captación de glucosa y su utilización por los tejidos (8). Es de suma importancia entender la acción normal de la insulina, para que posteriormente veamos las alteraciones que se dan en la Diabetes Mellitus. 4.1. El páncreas El páncreas es una glándula grande del abdomen superior ubicada secundariamente en el retroperitoneo. Mide 14-18 cm largo y se extiende entre el duodeno y el bazo, en el adulto (Fig.13); tiene funciones exócrinas y endocrinas. El páncreas exocrino es una glándula serosa pura que está compuesta por ácinos, los cuales secretan enzimas amilolíticas, lipolíticas, degradantes de ácidos nucleicos y varias enzimas proteolíticas, todas la enzimas pancreáticas poseen funciones digestivas y su pH óptimo es alcalino pues neutraliza el quimo ácido. Figura 13. Páncreas y sus partes. (10) 41 En el páncreas endocrino los representantes de la función endocrina son los islotes de Langerhans, los cuales adquieren este nombre debido a que son pequeños amontonamientos de célula (islotes), y por su descubridor el patólogo alemán Paul Langerhans. Producen varias hormonas (insulina, glucagón, somatostatina, polipéptido pancreático) y cumplen tareas importantes en el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas. (9) Los islotes de Langerhans están formados por cuatro tipos principales de células , , y PP (polipéptido pancreático). Estas células representan alrededor del 20, 68, 10 y 2 %, respectivamente, de la población celular de islotes en el adulto.(10,8) Pueden diferenciarse morfológicamente por sus diferentes afinidades a tintes histológicos, por las características ultraestructurales de sus gránulos y por su contenido hormonal. (Fig.14) a) Las células secretan glucagón, sustancia que induce la hiperglucemia debido a su actividad glucogenolítica en el hígado b) Las células producen insulina. c) Las células contienen somatostatina, sustancia que suprime la liberación de insulina y glucagón. d) Las células PP contienen un único polipéptido pancreático que ejerce diversos efectos gastrointestinales, tales como la estimulación de la secreción de enzimas gástricas e intestinales y la inhibición de la motilidad intestinal, no solo están presentes en los islotes sino también se encuentran dispersas, en el páncreas exocrino. También hay dos tipos de células que son menos frecuentes, son las células D1 y las células enterocromafines. Las células D1 elaboran el polipéptido intestinal vasoactivo (VIP), una hormona capaz de inducir glucogenólisis e hiperglucemia; además estimula la secreción de líquido gastrointestinal y provoca diarrea secretora. Las células enterocromafines sintetizan serotonina y son el origen de los tumores pancreáticos que causan el síndrome carcinoide. (8) 42 El riego sanguíneo del páncreas endocrino se dispone de tal modo que la sangre venosa de un tipo de célula irriga a los otros tipos de células. Las arterias pequeñas penetran el centro del islote, distribuyen la sangre a través de una red de capilares fenestrados y luego convergen para formar venillas que transportan la sangre al borde del islote. Por consiguiente, la sangre venosa de las células transportan insulina a las células y . (10) Figura 14. Distribución de los islotes de Langerhans. (10) En el núcleo central contiene células , con células distribuidas alrededor del borde externo, las células se interponen entre las dos primeras y, por lo tanto, se encuentran en estrecho contacto con ambos tipos de células, lo cual sugiere una función paracrina. 4.2 Producción de insulina La insulina es una proteína compuesta por dos cadenas peptídicas (cadenas A y B) conectadas mediante dos enlaces disulfuro. El precursor de la insulina, la preproinsulina, se sintetiza en los ribosomas e ingresa al retículo endoplásmico de las células y en éste, es rápidamente dividido por enzimas microsómicas para formar la proinsulina. La proinsulina, que consta de las cadenas A y B unidas por un péptido C de 31 aminoácidos, se transporta al aparato de Golgi y se concentra ahí en gránulos secretores. Durante su estancia en los gránulos secretores la proinsulina se divide en dos sitios para formar la insulina y un fragmento biológicamente inactivo. Cuando es estimulada en las células , se libera en cantidades equimolares hacia la sangre. (10, 11) 43 4.3 Regulación de la secreción de insulina Hay diversos factores que alteran la secreción de insulina. De éstos, el más importante es la glucosa. El incremento de la glucemia estimula rápidamente la secreción de insulina a partir de células (Fig 15). A continuación se describirá el proceso de secreción de la insulina con glucosa: 1) Transporte de glucosa en las células . La membrana de las células contiene GLUT 2, el cual, como se mencionó anteriormente, transporta glucosa de sangre al interior de las célula mediante difusión facilitada. 2) Metabolismo de la glucosa en el interior de las células . Una vez dentro de la célula, la glucocinasa fosforila la glucosa para producir glucosa-6-fosfato. 3) Subsecuentemente la glucosa-6-fosfato se oxida. De los productos de esta oxidación, el ATP parece ser el factor clave que regula la secreción de insulina. 4) El ATP cierra los canales de K+ sensibles a ATP. Los cambios de la concentración de ATP regulan los canales de K+ en la membrana de las células (se abre o cierra). Cuando la concentración de ATP aumenta en el interior de las células , los canales de K+ se cierran. 5) Se despolariza la membrana de las células . 6) La despolarización abre los canales de Ca2+ sensibles al voltaje. Los canales de Ca2+, que también se encuentran en la membrana de las células , son regulados por voltaje. La despolarización causada por el ATP abre estos canales. 7) El Ca2+ fluye hacia el interior de las células siguiendo su gradiente electroquímico y la concentración intracelular de Ca2+ aumenta. 44 8) El incremento de Ca2+ intracelular provoca secreción de insulina. El incremento del Ca2+ intracelular produce exocitosis de los gránulos secretores que contienen insulina. La insulina es secretada en la sangre venosa pancreática y a continuación llega a la circulación sistémica. El péptido conector (péptido C) es liberado en cantidades equimolares con insulina y es excretado sin cambios en la orina; su tasa de excreción puede utilizarse para evaluar y vigilar la función endógena de las células . (10) Figura 15. Esquema de la secreción de insulina en las células pancreáticas estimuladas por la glucosa. (10) 45 4.4 Mecanismo de acción de la insulina Para que la acción de la insulina se llevea cabo en las células efectoras ésta se tiene que unir a su receptor, el cual se encuentra en la membrana celular. El receptor de insulina es un tetrámero compuesto por dos subunidades y dos subunidades . La subunidades se encuentran en la parte extracelular y las atraviesan todo el espesor de la membrana celular. Un puente disulfuro conecta a las dos subunidades , cada una conecta a la subunidad mediante un puente disulfuro. (Fig. 16) La subunidad posee actividad de tirosinacinasa. (8, 10) Figura 16. Estructura del receptor de Insulina (10) La insulina actúa sobre sus células efectoras como lo describen los siguientes pasos (Fig. : a) La insulina se une a la subunidad del receptor de insulina tetramérico y genera un cambio conformacional en el receptor. Este cambio activa la tirosinacinasa en la subunidad , la cual se fosforila a sí misma en presencia de ATP. En otras palabras la subunidad se autofosforila. b) La tirosinacinasa activada fosforila a varias otras proteínas o enzimas que participan en las acciones fisiológicas de la insulina, incluyendo proteincinasas, fosfatasas, fosfolipasas y proteínas G. La fosforilación 46 activa o inhibe a estas proteínas para producir diferentes acciones metabólicas de la insulina.(10) c) La vía de la señalización es responsable de diversos efectos sobre las células diana, incluyendo la translocación de las vesículas con GLUT 4 a la superficie por lo que incrementa la densidad del GLUT 4 sobre la membrana y la entrada de la glucosa a la célula. (8, 11) d) El complejo insulina-receptor es internalizado mediante endocitosis. Las proteasas intracelulares descomponen la insulina. También descomponen el receptor insulina, que se almacena o recicla hacia la membrana celular para utilizarse nuevamente. Figura 17. Esquema del mecanismo de acción de la Insulina. (8) ATP ADP 47 4.5 Acciones de la insulina Cuando en nuestro organismo hay un exceso de la disponibilidad de nutrientes, la insulina garantiza que el exceso existente se almacene como glucógeno en hígado, grasa en el tejido adiposo y proteína en el musculo (Cuadro 2); para que posteriormente en un periodo prolongado de ayuno estos nutrientes estén disponibles y puedan mantener el suministro de glucosa a cerebro, músculo y otros órganos. Cuadro 2. Acciones y efectos de la insulina Acciones de la Insulina Efectos de la concentración sanguínea Incremento de la captación de glucosa hacia el interior de la células. Aumento de la formación de glucógeno. Disminución de la glucogenólisis. Reducción de la glucogenólisis. Disminución de la glucosa sanguínea. Incremento de la síntesis de proteínas Reducción de los aminoácidos sanguíneos. Aumento del depósito de grasas Disminución de los ácidos grasoso sanguíneos Disminución de la lipósilis Reducción de los cetoácidos sanguíneos Incremento de la captación de K + hacia el interior de la célula Disminución del K + sanguíneo 4.6 Glucagón El glucagón es sintetizado y secretado en las células de los islotes. En la mayor parte de los aspectos (regulación de la secreción, acciones y efectos sobre la concentración sanguínea), el glucagón es la “imagen en el espejo” de la insulina. Así, en tanto que la insulina es la hormona de la “abundancia”, el glucagón es la hormona del “ayuno”. En vez de promover el almacenamiento de los combustibles metabólicos, el glucagón promueve su movilización y aprovechamiento. (10) 48 4.7 Somatostatina Es secretada en las células de los islotes de Langerhans; la ingestión de cualquier tipo de nutriente estimula la secreción de somatostatina. La somatostatina pancreática inhibe la secreción de insulina y glucagón a través de acciones paracrinas sobre las células y . Por lo tanto, es secretada en las células en respuesta a una comida, se difunde hacia las células y cercanas y suprime la secreción de sus respectivas hormonas, Al parecer, la función de la somatostatina es modular o limitar la reacción de insulina y glucagón, a la ingestión de alimentos. 4.8 Polipéptido pancreático. La función del polipéptido pancreático es la de autoregular la función secretora (endocrina y exocrina) y tiene efecto sobre los niveles de glucógeno hepático y secreciones gastrointestinales. Su secreción en humanos se incrementa después de la ingesta de alimentos ricos en proteínas, ayuno, ejercicio e hipoglucemia; y se disminuye a causa de la somatostatina y glucosa intravenosa. (10) http://es.wikipedia.org/wiki/Secreci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Gluc%C3%B3geno http://es.wikipedia.org/wiki/Hipoglicemia http://es.wikipedia.org/wiki/Somatostatina http://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa 49 5. DIABETES MELLITUS La Diabetes Mellitus es la invasión de orina con presencia de glucosa, es una enfermedad metabólica caracterizada por hiperglucemia, la cual es consecuencia de defectos de la acción de la insulina, secreción de ésta o generalmente de ambas. (8) Aunque todos los tipos de Diabetes Mellitus producen hiperglucemia como manifestación común, sus procesos patogénicos varían ampliamente. De acuerdo a estos procesos tenemos 3 tipos de Diabetes Mellitus: a) Tipo 1 b) Tipo 2 c) Gestacional En ocasiones la Diabetes Mellitus puede ser de inicio insidioso y presentar algunas dificultades en su clasificación. Para diferenciar la Tipo 1 de la Tipo 2, especialmente en adolescentes obesos, es importante considerar el antecedente familiar de diabetes y la presencia de signos de resistencia insulínica como acantosis nigricans, frecuentes en la Tipo 2. Exámenes que ayudan al diagnóstico diferencial son la determinación de anticuerpos anti-islote (ICA), anti GAD, anti- insulina y niveles de péptido C. (13) 5.1 Diabetes Mellitus Tipo 1 Esta forma de diabetes es causada por la destrucción de las células de los islotes de Langerhans, por lo que ocasionan una deficiencia parcial o total de la insulina. En la mayoría de los casos que presentan este tipo de diabetes, ésta destrucción se debe a un fenómeno autoinmunitario, sin embargo hay otros en los que no existe autoinmunidad, y son conocidos como idiopáticos. Se desarrolla con mayor frecuencia en la infancia, comienza a manifestarse en la pubertad y progresa con la edad. Esta tiene una frecuencia del 10 % de la población con Diabetes Mellitus. (12, 14) 50 La etiología de las formas idiopáticas se desconoce, pero en el caso de una enfermedad autoinmune la destrucción de los islotes está causada principalmente por linfocitos T que reaccionan contra antígenos de las células , generalmente esta reaccióncomienza muchos años antes de que la enfermedad se manifieste.(8) 5.1.1. Mecanismos de destrucción de las células 5.1.1.1. Linfocitos T Los linfocitos T reaccionan contra los antígenos de las células y provocan daño celular. Estas células T incluyen: a) Células T CD4+: las cuales causan lesión tisular por activación de los macrófagos. b) Linfocitos T citotóxicos CD8+: que destruyen las células directamente y secretan citocinas que activan macrófagos. Se han dado muy pocos casos que las lesiones pancreáticas se observan en los estadios precoces activos de la enfermedad, por lo que los islotes muestran necrosis celular e infiltración linfocítica. 5.1.1.2. Citocinas Hay una producción local de citocinas, las cuales dañan las células . Entre las citocinas implicadas en la lesión celular esta el IFN , producido por las células T y TNF e IL-1, producidos por los macrófagos activados durante la reacción inmunitaria. Se ha demostrado experimentalmente por medio de cultivos que todas estas citocinas
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