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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO FACULTAD DE QUÍMICA Página 2 (Versión Preliminar y Definitiva) ESTUDIO Y EVALUACIÓN DEL EFECTO HIPOGLUCEMIANTE DE LOS EXTRACTOS ACUOSOS DE PSACALIUM DECOMPOSITUM (MATARIQUE) T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICA FARMACÉUTICO – BIOLÓGICA P R E S E N T A LAURA LEÓN MARTÍNEZ MEXICO, D.F. 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. JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: Dr. Manuel Jiménez Estrada VOCAL: Dr. Alfonso Sebastián Lira Rocha SECRETARIO: Dr. José Fausto Rivero Cruz 1er. SUPLENTE: Dra. Elena Guadalupe Ramírez López 2° SUPLENTE: Dr. Luis Demetrio Miranda Gutiérrez SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA DEPARTAMENTO DE PRODUCTOS NATURALES. LABORATORIO 2-10 INSTITUTO DE QUÍMICA. UNAM ASESOR DEL TEMA: DR. MANUEL JIMÉNEZ ESTRADA SUSTENTANTE: LAURA LEÓN MARTÍNEZ Agradecimientos Al Dr. Manuel Jiménez Estrada, por el apoyo incondicional para realizar este trabajo, por su confianza que siempre me demostró desde que nos conocimos y por encima de todo, por su invaluable amistad. Muchas gracias. A la M. en C. María Teresa Obdulia Ramírez Apan, por su gran disposición y apoyo en las ensayos biológicos de este trabajo. Gracias. Al M. en C. Antonio Nieto Camacho, por su colaboración en la realización de los ensayos biológicos y por la amistad recibida. Gracias. Al Dr. Alfonso Sebastián Lira Rocha, por su colaboración en la revisión de este trabajo, sus aportaciones y sus buenos consejos. Al Dr. José Fausto Rivera Cruz, por su colaboración en la revisión de este trabajo y por el apoyo recibido. Al Q.F.B Armando José Torres Avilez, por su apoyo incondicional en la realización de este trabajo, por sus consejos y su amistad. A Ia Lic. en Biomédicas Ada Paulina Candanedo Vázquez, por su apoyo y colaboración en la realización de este trabajo, sus consejos y sobre todo su gran amistad. Gracias. A todos mis compañeros y amigos del laboratorio 2-10, por su apoyo en los momentos más desesperantes y frustrantes, por su compañía durante todos los días en que se realizaba este trabajo y sobre todo por su incondicional amistad. Gracias. A CONACYT, por el apoyo económico otorgado como “ayudante de investigador” (Inv. Nac. Nivel III), con número de expediente 828. Gracias. Dedicada a… A Dios, por regalarme la dicha de vivir y conocerlo, por asignarme la gran familia que amo, por darme alas para volar, utopías para soñar, anhelos para caminar y llegar hasta donde hoy he llegado. Gracias por tu amor infinito. A mis padres Faustina y Maximiano, son el regalo más hermoso de mi vida; son ellos, quienes me impulsaron, me guiaron y se sacrificaron para poder llegar al final de esta meta. Este triunfo también es suyo y lo que soy es gracias a ustedes. Los amo. A mis hermanas Rosario y Soledad, ellas son quienes alegraron mi niñez, quienes comparten mis triunfos y fracasos, son mis compañeras, mis amigas, pero sobre todo, son quienes me apoyan incondicionalmente a pesar de nuestras diferencias. Gracias hermanas, las amo. A mis tíos Carlos, Patricia y Rosalía, quienes siempre me alentaron, me guiaron y apoyaron siempre para llegar hasta esta meta. Gracias. A mis amigos de infancia y juventud, Carolina, Belem, Isabel y Marco, son quienes han compartido muchas experiencias, alegrías y tristezas vividas desde que nos conocemos. Gracias por su aliento y confianza para que llegara al fin de este camino. Los quiero. A mis amigas de la prepa 4, Jessica, Nalleli, Dulce, Gisela y Jacqueline, quienes a pesar de la distancia, siempre están presentes en mi vida. Gracias. A mis amig@s de la carrera, Stephani, Samuel, Bety, Karina, Iván y Netza, gracias por su apoyo en las materias que compartimos, por sus consejos, por su compañía en los momentos de fiesta y relajo, por las alegrías y tristezas que vivimos juntos; son quienes hicieron de la carrera más amena y menos frustrante. Gracias amigos. A mis amigos y compañeros del laboratorio 2-10, Mirna, Ada, Araceli, Felipe, Gabriel, Pavel, Odín y Cristina, quienes hicieron que mi estancia en el laboratorio fuera más amena y divertida; gracias por su amistad y apoyo incondicional. A las personas que comparten conmigo el camino de la danza y por quien agradezco infinitamente haberlos conocido. Gracias por su apoyo, su sabiduría, sus consejos, por los grandes momentos compartidos y sobre todo por su invaluable amistad. Los quiero. A las personas que compartieron su vida conmigo, gracias por las experiencias vividas, por lo aprendido y ganado caminando juntos, pero sobre todo por alentarme, apoyarme y tenerme la confianza de llegar a este triunfo. “No te rindas, aun estas a tiempo de alcanzar y comenzar de nuevo, aceptar tus sombras, enterrar tus miedos, liberar el lastre, retomar el vuelo. No te rindas que la vida es eso, continuar el viaje, perseguir tus sueños, destrabar el tiempo, correr los escombros y destapar el cielo. […] Vivir la vida y aceptar el reto, recuperar la risa, ensayar el canto, bajar la guardia y extender las manos, desplegar las alas e intentar de nuevo, celebrar la vida y retomar los cielos, No te rindas por favor no cedas, aunque el frío queme, aunque el miedo muerda, aunque el sol se ponga y se calle el viento, aun hay fuego en tu alma, aun hay vida en tus sueños, porque cada día es un comienzo, porque esta es la hora y el mejor momento, porque no estas sola, porque yo te quiero.” Mario Benedetti i Índice temático Introducción .............................................................................................................. i Capítulo I. ANTECEDENTES .................................................................................. 2 1.1 Generalidades de la diabetes mellitus ........................................................... 2 1.1.1 Panorama de la diabetes mellitus. ........................................................... 2 1.1.2 Definición de diabetes mellitus. ............................................................... 3 1.1.3 Clasificación de diabetes mellitus. ........................................................... 4 1.2 Diabetes mellitus tipo 1 .................................................................................. 4 1.2.1 Aspectos generales de la diabetes mellitus tipo 1. .................................. 4 1.2.2 Factores genéticos. .................................................................................. 5 1.2.3Autoinmunidad. ........................................................................................ 5 1.2.4 Factores ambientales. .............................................................................. 7 1.3 Diabetes tipo 2 ............................................................................................... 7 1.3.1 Aspectos generales de diabetes mellitus tipo 2. ...................................... 7 1.3.2 Factores genéticos. .................................................................................. 8 1.3.3 Función de las células β. ......................................................................... 8 1.3.4 Resistencia a la insulina. ......................................................................... 9 1.3.5 Síndrome de resistencia a la insulina o metabólico. .............................. 10 1.4 Otros tipos de diabetes. ............................................................................... 11 1.4.1 Diabetes mellitus gestacional (GDM). .................................................... 12 1.5 Criterios de detección y diagnóstico. ............................................................ 12 1.5.1 Detección. .............................................................................................. 12 1.5.2 Diagnóstico de prediabetes. .................................................................. 13 1.5.3 Diagnóstico de diabetes. ........................................................................ 13 1.5.4 Diabetes gestacional. ............................................................................. 13 ii 1.6 Tratamiento de diabetes mellitus. ................................................................ 14 1.6.1 Tratamiento no farmacológico. .............................................................. 15 1.6.2 Tratamiento farmacológico. ................................................................... 17 1.6.2.1 Grupos de fármacos orales. ............................................................ 17 Sulfonilureas. ........................................................................................... 17 Inhibidores de la α-glucosidasa. ............................................................... 18 Biguanidas: Metformina ............................................................................ 18 Tiazolidinedionas (TZD). .......................................................................... 18 Análogos de las Meglitidinas .................................................................... 19 1.6.2.2 Grupos de fármacos hormonales. ................................................... 19 Análogos de la amilina: Pramlintida ......................................................... 19 Mimético de las incretinas: Exenatida ...................................................... 19 Insulina. .................................................................................................... 20 1.6.3 Medicina tradicional. .............................................................................. 21 1.6.3.1 Plantas hipoglucemiantes en México .............................................. 22 1.7 Generalidades de Psacalium decompositum. .............................................. 23 1.7.1 Taxonomía y nomenclatura ................................................................... 23 1.7.2 Taxonomía de la especie ....................................................................... 23 1.7.3 Distribución y descripción. ..................................................................... 24 1.7.4 Descripción de uso. ............................................................................... 24 1.7.5 Estudios químicos y farmacológicos. ..................................................... 25 Capítulo II. JUSTIFICACIÓN, OBJETIVOS E HIPÓTESIS.................................... 29 2.1 Justificación ................................................................................................. 29 2.2 Objetivos ...................................................................................................... 30 2.2.1 Objetivo general: .................................................................................... 30 iii 2.2.2 Objetivos particulares ............................................................................ 30 2.3 Hipótesis: ..................................................................................................... 30 Capítulo III. MATERIALES y MÉTODOS: ............................................................. 31 3.1 Diseño experimental .................................................................................... 31 3.2 Métodos Generales ...................................................................................... 32 3.3 Materiales .................................................................................................... 32 3.3.1 Material vegetal...................................................................................... 32 3.3.2 Obtención de los extractos de las raíces de Psacalium decompositum . 33 3.3.3 Fraccionamiento del EAIM por cromatografía de exclusión ................... 34 3.3.4 Fraccionamiento del EASM por cromatografía en columna. .................. 34 3.4 Evaluación Biológica .................................................................................... 35 3.4.1 Material Biológico................................................................................... 35 3.4.2 Evaluación del efecto hipoglucemiante del EASM y EAIM en ratas sanas. ........................................................................................................................ 35 3.4.3 Evaluación del EAIM en ratas diabéticas. .............................................. 36 3.4.3.1 Inducción de diabetes por estreptozotocina. ................................... 36 3.4.3.2 Evaluación del EAIM ....................................................................... 37 Capítulo IV. RESULTADOS .................................................................................. 38 4.1 Estudio del EAIM .......................................................................................... 38 4.1.1 Fraccionamiento del EAIM por cromatografía de exclusión. .................. 39 4.2 Estudio del EASM ........................................................................................ 41 4.2.1 Fraccionamiento del EASM por cromatografía en columna abierta ....... 42 4.3 Evaluación biológica de los extractos y de la fracción 10, en ratas sanas y diabéticas. .......................................................................................................... 43 4.3.1 Evaluación de los extractos y de la fracción 10 en ratas sanas. ............ 43 4.3.2 Evaluación biológica de EAIM y fracción 10 en ratas diabéticas ........... 45 iv Capítulo V. DISCUSIÓN ........................................................................................ 49 Capítulo VII. CONCLUSIONES ............................................................................. 59 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 60 Anexo A ................................................................................................................. 66 v Índice de tablas Página Tabla 1 Estimación en el número de personas enfermas de diabetes para 2010 y 2030…………………………………………………………...... 3 Tabla 2 Valores de glucosa en sangre para el diagnóstico de prediabetes, diabetes mellitus y diabetes gestacional………….……………….. 14 Tabla 3 Tratamientos asignados a ratas sanas, por vía intraperitoneal…... 35 Tabla 4 Tratamientos asignados a ratas diabéticas, por vía intraperitoneal…………………………………………………………... 37 Tabla 5 Rendimiento obtenido del EAIM de las raíces de Psacalium decompositum…………………………………………………………38 Tabla 6 Rendimiento obtenido del EASM para cada maceración acuosa... 41 Tabla 7 Efecto de los tratamientos en la glucemia en ratas sanas………… 44 Tabla 8 Efecto de los tratamientos en la glucemia en ratas diabéticas…… 46 Tabla 9 Hallazgos histopatológicos del estudio Post mortem de ratas diabéticas sometidas a los tratamientos EAIM a 178 y 310 mg/Kg. 49 vi Índice de figuras Página Figura 1. Resumen de la secuencia de eventos que conducen a la muerte celular en modelos animales de diabetes tipo 1………………….. 6 Figura 2. Alteración sobre la secreción de insulina vinculada con la obesidad, resistencia a la insulina y DM tipo 2………………….... 10 Figura 3. Esquema general del tratamiento de la diabetes mellitus…..…... 15 Figura 4. Raíz de Psacalium decompositum……………………..…………... 24 Figura 5. Psacalium decompositum………………………………..………….. 25 Figura 6. Estructuras de los compuestos aislados y caracterizados del extracto hexánico de la raíz de Psacalium decompositum………. 26 Figura 7. Estructura de fructooligosacarido más abundante (&DP=8) aislado del extracto acuoso de la raíz de Psacalium decompositum ……………………………………………..…………. 28 Figura 8. Esquema experimental de trabajo, para el estudio y evaluación del extracto acuoso de las raíces de Psacalium decompositum... 31 Figura 9. Ventilador adaptado para secar los extractos obtenidos de las raíces de Psacalium decompositum………………………………... 33 Figura 10. Extracto acuoso seco macerado con metanol…………………….. 33 Figura 11. Glucómetro utilizado Accu-Chek Sensor Comfort (Roche)……… 36 Figura 12. CCF de las maceraciones acuosas de raíces de Psacalium decompositum………………………………………………………… 39 Figura 13. CCF del fraccionamiento de EAIM con sephadex………………… 40 vii Página Figura 14. CCF de EAIM y EASM……………………………………………….. 42 Figura 15. CCF del fraccionamiento en columna de EASM…………………. 43 Figura 16. Efecto de todos los tratamientos en la glucosa sanguínea en ratas sanas……………………………………………………………. 45 Figura 17. Efecto de los tratamientos, en la glucosa sanguínea de ratas diabéticas……………………………………………………………… 47 Figura 18. Curva Dosis-respuesta de la disminución de glucosa por efecto del EAIM en ratas diabéticas……………………………………...… 48 Figura 19. a) RMN1H de los FOS tipo inulina; b) RMN1H de fructooligosacarido (&DP=8) aislado por Jiménez-Estrada; c) RMN1H de la fracción 10…………………………………………… 53 viii Índice de espectros Página Espectro 1. RMN 1H (400 MHz) del Extracto Acuoso Insoluble en Metanol……………………………………………………………. 66 Espectro 2. RMN13C (100 MHz) del Extracto Acuoso Insoluble en Metanol……………………………………………………………. 67 Espectro 3. RMN 1H (400 MHz) de la fracción 10 identificada del EAIM………………………...…………………………………….. 68 Espectro 4. RMN 13C (400 MHz) de la fracción 10 identificada del EAIM………………………………………………………...…….. 69 Espectro 5. IR de la fracción 10 identificada del EAIM……………………. 70 Espectro 6. RMN1H (300 MHz) de la fracción A identificada del EAIM………………………………………………………………. 71 Espectro 7. RMN13C (75 MHz) de la fracción A identificada del EAIM…………………………………………………………….… 72 Espectro 8. RMN1H (400 MHz) de la fracción B identificada del EAIM………………………………………………………………. 73 Espectro 9. RMN 13C (100 MHz) de la fracción B identificada del EAIM…………………………………………………………..…... 74 Espectro 10. RMN1H (400 MHz) del Extracto Acuoso Soluble en Metanol……………………………………………………………. 75 Espectro 11. RMN13C (100 MHz) del Extracto Acuoso Soluble en Metanol…………………………………………………….……… 76 Espectro 12. RMN1H (300 MHz) de la fracción 104 identificada del EASM……………………………………………………………… 77 ix Página Espectro 13. RMN13C (300 MHz) de la fracción 104 identificada del EASM……………………………………………………….…….. 78 x ANOVA Análisis Estadístico de Varianzas ATP Trifosfato de Adenosina bar barómetros CCF Cromatografía en capa fina cm Centímetros D2O Óxido de deuterio DE50 Dosis efectiva 50 DM Diabetes mellitus DNA Ácido Desoxirribonucleico EAIM Extracto Acuoso Insoluble en Metanol EASM Extracto Acuoso Soluble en Metanol FFA Ácidos grasos libres FID Federación Internacional de Diabetes FOS Fructooligosacáridos g Gramos GAA Glucosa anormal de ayuno GDM Diabetes mellitus Gestacional GLP-1 Péptido 1 glucanoide GLUT2 Transportador de glucosa 2 H2O Agua HCl Ácido clorhídrico IFN-α Interferón α IL-1 Interleucina 1 xi …continuación IL-6 Interleucina 6 IR Infrarrojo ITG Intolerancia a la glucosa Kg Kilogramos L Litros mg Miligramos MHC Complejo Principal de Histocompatibilidad MHz Megahertz min Minutos mL Mililitros mm Milímetros nm Nanómetros NO Óxido nítrico OMG Organización Mundial de la Salud PGA Prueba de glucosa en ayuno PPAR-δ Receptor activado por proliferadores de peroxisomas gamma ppm Partes por millón PTOG Prueba de tolerancia a la glucosa oral Rf Factor de retención RMN 13C Resonancia Magnética Nuclear de carbono 13 RMN 1H Resonancia Magnética Nuclear protónica RNA Ácido Ribonucleico sp Especie xii …continuación SS Secretaria de Salud TMS Tetrametilsilano TNF-α Factor de necrosis tumoral α TZD Tiazolidinedionas α-Glucp alfa glucopiranosa β-fruf Beta-fructopiranosa Introducción Introducción La Federación Internacional de Diabetes (FID) registró en el 2010, 285 millones de adultos con diabetes mellitus en todo el mundo. En México, a partir del año 2000, este padecimiento es la primera causa de muerte en mujeres y en los hombres la segunda causa de muerte después de la cardiopatía isquémica. En torno a la problemática de esta enfermedad, se desprende la necesidad de establecer y diseñar acciones innovadoras de prevención y control de este padecimiento. La búsqueda de nuevas alternativas terapéuticas continúa vigente y una opción se encuentra en el estudio de las plantas medicinales mexicanas.1,2,3 En México se cuenta con más de 130 variedades de plantas que son utilizadas para tratar la diabetes mellitus, Psacalium decompositum forma parte de este arsenal y ha sido investigada, con el fin de demostrar la actividad hipoglucemiante.21,22 Se han aislado e identificado compuestos sesquiterpénicos del extracto hexánico de las raíces de esta planta. Los principales constituyentes son el cacalol y cacalona, los cuales han demostrado actividad antiinflamatoria. El extracto hexánico y el cacalol han presentado actividad antimicrobiana y antifúngica.37,38,39 Diversos estudios se han realizado sobre el extracto acuoso de la raíz de esta especie. El extracto acuoso ha presentado actividad hipoglucemiante, se ha descrito que el compuesto responsable de la actividad es de tipo polisacárido. Recientemente se aisló un compuesto de tipo fructooligosacárido del extracto acuoso de las raíces de P. decompositum el cual presentó actividad hipoglucemiante en ratones sanos y diabéticos.41 Teniendo en cuenta estos antecedentes y con el propósito de corroborar el efecto hipoglucemiante que se atribuye a los compuestos presentes en los extractos acuosos de las raíces de esta planta, se procedió a realizar una extracción hexánica para eliminar los compuestos sesquiterpénicos. Introducción Posteriormente se realizó una extracción acuosa para para poder determinar si el efecto hipoglucemiante es producido por los compuestos polares del extracto o bien si los constituyentes sesquiterpénicos contribuyen a la actividad biológica. Así mismo, se realizaron fraccionamientos por cromatografía de exclusión usando sephadex como fase estacionaria y cromatografía en columna abierta de gel de sílice para aislar los compuestos responsables de la actividad biológica. Adicionalmente, serealizaron los ensayos biológicos de los extractos obtenidos con ratas sanas y diabéticas inducidas por tratamiento con estreptozotocina para corroborar el efecto hipoglucemiante. En este trabajo, se demostró la actividad hipoglucemiante del extracto acuoso de las raíces de Psacalium decompositum. Se comprobó que los compuestos presentes en el extracto son responsables de la actividad y que el mecanismo de acción del extracto acuoso no requiere la presencia de células β del páncreas. Además, se propone como mecanismo de acción un efecto sinergista entre los constituyentes del extracto acuoso. Antecedentes 2 Capítulo I. ANTECEDENTES 1.1 Generalidades de la diabetes mellitus 1.1.1 Panorama de la diabetes mellitus. La Organización Mundial de la Salud (OMS), informa que las enfermedades crónicas son la principal causa de mortalidad y representan más de 63% del total de las defunciones en el mundo. La diabetes mellitus (DM), enfermedades cardiovasculares, el cáncer y otras enfermedades crónicas no transmisibles causaron 36 millones de muertes en 2008, de las cuales la mitad era de sexo femenino y el 29% era de menos de 60 años de edad.1 La Federación Internacional de Diabetes (FID) registró en el 2010, 285 millones de adultos con DM en todo el mundo, lo cual representa casi el 7% de la población adulta. En el 2011, 366 millones de personas padecían DM y se espera que la cifra aumente a 552 millones para el año 2030, si no se toman medidas urgentes. Sin embargo, se estima que alrededor de 183 millones de personas no son conscientes de que tienen la enfermedad. 2 En México la Secretaria de Salud (SS) registra un aumento de las enfermedades no transmisibles, entre las que se encuentra la DM, como consecuencia del envejecimiento de la población y del incremento de los riesgos asociados a la industrialización y la urbanización, que afectan a la población en general. A partir del año 2000, este padecimiento es la primera causa de muerte en mujeres y en los hombres fue la segunda causa de muerte después de la cardiopatía isquémica, padecimiento asociado con bastante frecuencia a DM.3 En 2006, la DM representó 13.8% de todas las muertes ocurridas en el país con una edad promedio al morir de 66 años. La mortalidad por DM ha tenido un ritmo de crecimiento de 6% en los últimos años y en la población mexicana esta enfermedad ocupa el primer lugar en número de defunciones por año. 4,5 Antecedentes 3 Derivado del problema mundial y las necesidades en torno a DM en México, se desprende la necesidad de establecer y diseñar acciones innovadoras de prevención y control de esta enfermedad así como sus complicaciones. Las cuales competen a las autoridades sanitarias correspondientes, a las instituciones científicas y tecnológicas preparadas para la investigación en materia de la salud. Estimación general 2010 2030 Población total en el mundo (billones) 7.0 8.4 Población adulta (20-79 años, billones) 4.3 5.6 Diabetes (20-79 años) Prevalencia global (%) 6.6 7.8 Número de personas con diabetes (millones) 285 552 1.1.2 Definición de diabetes mellitus. La DM es un grupo de enfermedades que se caracteriza por valores elevados de glucemia a causa de un defecto en la producción o la acción de la insulina. Las causas de DM son múltiples y factores genéticos están involucrados en la etiología de esta enfermedad.6 Tabla 1. Estimación en el número de personas enfermas de diabetes para 2010 y 2030. Fuente: International Diabetes Federation (2011): Atlas de diabetes. Antecedentes 4 1.1.3 Clasificación de diabetes mellitus. La DM se clasifica en función de la etiología y la presentación clínica, se reconocen tres tipos: tipo 1, tipo 2 y otros tipos de diabetes.6,7,8 1.2 Diabetes mellitus tipo 1 1.2.1 Aspectos generales de la diabetes mellitus tipo 1. La DM de tipo 1 es un trastorno de la homeostasis de la glucosa causado por la destrucción autoinmunitaria de las células β de los islotes de Langerhans. La enfermedad se caracteriza por la presencia de pocas o ninguna célula β funcional en los islotes de Langerhans y una secreción limitada o nula de insulina.7 Debido a la insuficiencia de insulina, la glucosa no puede entrar en el músculo esquelético ni en el tejido adiposo, por tanto la hiperglucemia obedece a la producción desinhibida de glucosa en el hígado. Además ya no hay oposición a la producción de glucosa en el hígado (gluconeógenesis). La producción excesiva de glucagón por las células α del páncreas estimula la glucogenólisis y la gluconeogénesis, esta última principalmente en el hígado, pero también en los riñones y el intestino delgado; como resultado aumenta la glucosa.9 Conforme se eleva la glucemia se sobrepasa la capacidad de absorción de los túbulos renales y se pierde glucosa lo cual da lugar a la glucosuria y deshidratación por la pérdida del agua corporal con la orina. Al no disponerse de insulina, comienzan a faltar nutrientes en los tejidos y el cerebro responde a esta emergencia estimulando el apetito, por lo cual aparecen los síntomas clásicos como polidipsia, poliuria y polifagia.7 Antecedentes 5 1.2.2 Factores genéticos. Algunos factores genéticos resultan esenciales para desarrollar la enfermedad, sobre todo los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad (MHC). Alrededor del 95 % de los pacientes con DM de tipo 1 expresa HLA-DR3 o HLA- DR4, o ambos, en comparación con el 20 % de la población general. Hay pruebas de que la susceptibilidad a DM de tipo 1 se asocia con el locus DQ y con la sustitución de un aminoácido (codón 57) en el dominio de la cadena β. El 96% de los pacientes presenta homocigosis para este polimorfismo, frente al 19% de las personas sanas no emparentada y se ha propuesto que esta mutación podría modular una respuesta autoinmunitaria de linfocitos T contra la célula β. Adicionalmente, al codón 57 se le han asociado otras 20 regiones cromosómicas independientes con vulnerabilidad frente a DM tipo 1.8,10 1.2.3 Autoinmunidad. La patogenia autoinmunitaria de la DM de tipo 1 se apoya en el hecho de que los pacientes que mueren después de que comience la enfermedad a menudo manifiestan un infiltrado de células mononucleares, dentro y alrededor de los islotes de Langerhans, denominado insulitis. Entre las células destacan los linfocitos T CD8+, pero también hay algunos linfocitos CD4+. Las células inflamatorias infiltrantes producen así mismo citocinas: interleucina 1 (IL-1), interleucina (IL-6), interferón-α (IFN- α) y óxido nítrico (NO) que contribuyen aún más a la patogenia de la lesión de las células β. La apoptosis, es la principal causa de muerte en el inicio de la DM tipo 1, es un proceso altamente regulado, activado y/o modificados por señales extracelulares, concentración de trifosfato de Adenosina (ATP) intracelulares, cascadas de fosforilación y la expresión de genes pro y anti-apoptóticos (Figura 1).10 El origen autoinmunitario de DM tipo 1 se propuso tras comprobar la existencia de anticuerpos circulantes contra elementos de las células β de los Antecedentes 6 islotes (incluida la propia insulina) entre los niños con DM recién diagnosticada. Muchos de estos pacientes elaboran anticuerpos contra las células de los islotes meses antes de que disminuya la producción de insulina y de que aparezcan los síntomas clínicos; este estado se conoce como prediabetes. Sin embargo, se considera que estos anticuerpos suponen una respuesta a los antígenos de las células β, liberados durante la destrucción de estas células por los mecanismos inmunitarios celulares y no la causa inicial de la disminución de las células β. 10,11 Figura 1. Resumen de lasecuencia de eventos que conducen a la muerte celular en modelos animales de diabetes tipo 1. Adaptado de Cnop, M. et al 2005. Antecedentes 7 1.2.4 Factores ambientales. Se han implicado ciertos virus y compuestos químicos al menos en algunos casos de DM tipo 1. En algunos casos, la enfermedad aparece después de la infección por los virus de la parotiditis o Coxsackie del grupo B. Los niños y adultos jóvenes infectados dentro del útero por el virus de la rubéola también pueden sufrir esta enfermedad por el daño vírico del páncreas fetal. Ciertas proteínas víricas y alimentarias comparten epítopos antigénicos con las proteínas de la superficie humana y pueden desencadenar el proceso autorreactivo a través de un “mimetismo molecular”. Como ejemplo están la albúmina sérica bovina que contiene subunidades de las proteínas de MHC de clase II y por otra parte la proteína del virus Coxsackie B muestra homología con el antígeno de los islotes humanos GAD-65. Las diferencias geográficas y estacionales en la incidencia de la DM de tipo 1 llevan, además, a creer que los factores ambientales contribuyen decisivamente a la patogenia del trastorno. 9,11 1.3 Diabetes tipo 2 1.3.1 Aspectos generales de diabetes mellitus tipo 2. La DM tipo 2 es un trastorno heterogéneo caracterizado por una menor sensibilidad de los tejidos a la insulina y se encuentra generalmente acompañada con una anomalía en la secreción de esta hormona. La enfermedad suele afectar a los adultos y es más prevalente entre las personas obesas y los ancianos. La hiperglucemia de DM tipo 2 no se debe a una destrucción de las células β, sino más bien a la imposibilidad de éstas para cubrir la mayor demanda orgánica de insulina. 6,8,10 Los síntomas de DM tipo 2 comienzan a veces de forma tan gradual que la persona no se da cuenta de que padece este tipo de enfermedad. Los primeros Antecedentes 8 signos consisten en letargo, sed extrema y micciones frecuentes. Al progresar la enfermedad aparecen los síntomas que consisten en adelgazamiento brusco, cicatrización lenta de las heridas, infecciones urinarias, enfermedad gingival y/o visión borrosa. 7,9 1.3.2 Factores genéticos. La herencia multifactorial y multigénica es un elemento clave que contribuye a la aparición de DM tipo 2. No se ha establecido ninguna asociación con los genes del MHC, como se ve en DM tipo 1. A pesar de la gran prevalencia familiar de la enfermedad, su patrón hereditario es complejo y se atribuye a varios genes de susceptibilidad que interaccionan entre sí. Los factores constitucionales, como la obesidad (que por sí misma tiene un fuerte componente genético), la hipertensión y el grado de ejercicio influyen en la expresión fenotípica del trastorno y complican los análisis genéticos. 7,9,10 1.3.3 Función de las células β. Las personas con DM tipo 2 presentan una liberación anómala de la insulina por parte de las células β, es decir, no fabrican la suficiente insulina en respuesta a la estimulación de la glucosa. Este defecto puede permanecer en las primeras fases de la enfermedad. La hiperglucemia leve o moderada altera el equilibrio entre los valores de glucosa y la secreción de insulina a través de un proceso denominado toxicidad de la glucosa. Esta anomalía funcional resulta específica para la glucosa, puesto que las células β conservan la capacidad de responder a otros secretagogos como los aminoácidos. 8.10,12 Antecedentes 9 1.3.4 Resistencia a la insulina. La resistencia a la insulina es un elemento fundamental en la patogenia de esta enfermedad. Cuando las personas son obesas diversos productos son liberados por las células adiposas como: ácidos grasos libres (FFA), el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y la adiponectina, las cuales modifican la sensibilidad periférica de la insulina. La prevalencia de resistencia a la insulina y DM tipo 2 aumenta entre las personas con obesidad visceroabdominal.7 El receptor de insulina es una glucoproteína heterotetramérica, compuesta por dos subunidades α extracelulares que ligan la insulina y dos subunidades β transmembrana que expresan una actividad tirosina cinasa estimulada por la insulina. La activación de la cinasa del receptor determina la fosforilación de la tirosina de diversas proteínas sustratos del receptor insulínico (IRS).7 Estas proteínas adaptadoras se unen a estos sitios y luego se activa su actividad señalizadora latente. A su vez, estas cinasas señalizadoras fosforilan los sustratos lipídicos y proteínicos, lo que originan una translocación de las proteínas transportadoras de la glucosa y una activación del metabolismo de la glucosa y de los lípidos, que depende del tipo concreto de la célula efectora (hígado, músculo esquelético o tejido adiposo). La liberación de mediadores inhibitorios por el tejido adiposo de las personas obesas interfiere en la cascada de señalización insulínica al romper la propagación de la fosforilación de los restos de tirosina proteínicos. La hiperinsulinemia, secundaria a la resistencia insulínica, también regula negativamente el número de receptores de insulina de la membrana citoplasmática.7,12,14 Estos cambios determinan un bloqueo en la acción de la insulina sobre el hígado y el músculo esquelético, tanto del receptor de insulina como de los lugares de señalización posteriores, por lo que la insulina deja de suprimir la producción hepática de glucosa y fomentar la captación de la misma por el músculo (Figura 2). 7,12 Antecedentes 10 1.3.5 Síndrome de resistencia a la insulina o metabólico. La resistencia a la acción de la insulina por parte de los tejidos efectores y la hiperinsulinemia compensadora están íntimamente vinculadas a un conjunto diverso de factores de riesgo cardiovascular que son prevalentes entre las personas obesas y sedentarias, así como en pacientes con DM tipo 2. Estos Figura 2. Alteración sobre la secreción de insulina vinculada con la obesidad, resistencia a la insulina y DM tipo 2. Consecuencias de la disminución de secreción de insulina: la señalización en el hipotálamo para generar un estado de saciedad se ve perturbada, lo que genera un mayor consumo de alimentos y propicia un aumento de peso; la inhibición de la producción hepática de glucosa también se ve afectada y la glucosa en el plasma aumenta; la eficiencia de la captación de glucosa en el músculo se reduce y aumentan los ácidos grasos libres en los niveles del plasma, es decir, se origina un aumento de la lipólisis del adipocito. El aumento de masa corporal y ácidos grasos libres contribuyen a la resistencia de insulina. Además un aumento de ácidos grasos libres disminuye la funcionalidad de las células β. Adaptado de Kahn et al 2006. Antecedentes 11 factores de riesgo, agrupados bajo el nombre de síndrome metabólico, comprenden la hipertensión y dislipidemia (descenso del colesterol de las lipoproteínas de alta densidad (HDL) y el aumento de los triglicéridos circulantes y de las lipoproteínas de baja densidad (LDL)).10,12,13 Además de su susceptibilidad a desarrollar estas complicaciones (hipertensión y dislipidemia), los individuos con síndrome metabólico son más susceptibles a desarrollar otras distorsiones metabólicas como el síndrome de ovario poliquístico, hígado graso, depósitos de colesterol en vesícula biliar, asma, perturbaciones del sueño y algunos tipos de cáncer. 14 1.4 Otros tipos de diabetes. Hay otros tipos de diabetes que tienen una etiología concreta, que son los relacionados con: Defectos genéticos en la función de las células β. Son denominados habitualmente como Diabetes del adulto de inicio en la juventud (asociados a hiperglucemia antes de los 25 años). Generalmente, la secreción de la insulina está alteraday los defectos de la acción de la insulina son escasos o nulos. Defectos genéticos en la acción de la insulina Son ocasionados frecuentemente por una mutación del receptor de la insulina. Enfermedades del páncreas exocrino (pancreatitis, traumatismo, infección y carcinoma pancreático). Endocrinopatías. Secreción hormonal excesiva asociada a acromegalia, síndrome de Cushing, feocromocitoma, entre otras. Fármacos o sustancias químicas (ácido nicotínico, glucocorticoides, IFN- α y toxinas). Mediación inmunitaria y otros síndromes genéticos (síndrome de Down, el síndrome de Klinefelter y el síndrome de Turner). 6,8,11,15 Antecedentes 12 1.4.1 Diabetes mellitus gestacional (GDM). Es un estado de intolerancia a la glucosa que ocurre o por primera vez durante el embarazo. Sólo se detecta GDM en un porcentaje reducido de mujeres aparentemente sanas durante el embarazo. Sin embargo, algunas mujeres la padecen después del parto. El embarazo es un factor diabetógeno, ocasionado por la acción de las hormonas contrarreguladoras que produce la placenta y por la resistencia a la insulina que ocurre en condiciones normales durante el embarazo. Etiológicamente, muchos pacientes con GDM probablemente comparten las susceptibilidades genéticas con DM tipo 1 o tipo 2 y el deterioro de la tolerancia a la glucosa es precipitado por el efecto metabólico del embarazo. Sólo las mujeres gestantes con una alteración de la secreción de insulina por la célula β acaban padeciendo la efermedad. 6,7,15 1.5 Criterios de detección y diagnóstico. 1.5.1 Detección. La detección de prediabetes y de DM tipo 2 se debe realizar en la población general a partir de los 20 años de edad o al inicio de la pubertad si presenta obesidad y factores de riesgo, en un periodo de cada 3 años. Es recomendable que la detección de esta enfermedad, se haga de manera integrada con otros factores de riesgo cardiovascular, como hipertensión arterial, dislipidemias, sedentarismo y circunferencia abdominal anormal, así como otras condiciones clínicas asociadas a la resistencia a la insulina. 15,16 Antecedentes 13 1.5.2 Diagnóstico de prediabetes. Se establece el diagnóstico de prediabetes cuando la glucosa de ayuno es igual o mayor a 100 mg/dL y menor o igual de 125 mg/dL (estado denominado glucosa anormal de ayuno (GAA)), y/o cuando la glucosa dos hrs post-carga oral de 75 g de glucosa anhidra es igual o mayor a 140 mg/dL y menor o igual de 199 mg/dL (estado denominado intolerancia a la glucosa (ITG)). 16 1.5.3 Diagnóstico de diabetes. Se establece si se cumple cualquiera de los siguientes criterios: presencia de síntomas clásicos y una glucemia plasmática casual mayor a 200 mg/dL, glucemia plasmática en ayuno mayor a 126 mg/dL o bien glucemia mayor a 200 mg/dL a las dos hrs después de una carga oral de 75 g de glucosa anhidra disuelta en agua, sin olvidar que en la prueba de glucosa en ayuno (PGA), en la Prueba de tolerancia a la glucosa oral (PTOG) o bien en ausencia de síntomas inequívocos de hiperglucemia, estos criterios se deben confirmar repitiendo la prueba en un día diferente (Tabla 2).6,15,16 1.5.4 Diabetes gestacional. Antes de efectuar la PTOG, se deberá realizar la prueba de detección de glucosa capilar en toda embarazada entre las semanas 24 y 28 de gestación. Sin embargo, las mujeres con mayor riesgo pueden ser estudiadas desde antes. Si una hora después de una carga de 50 g de glucosa por vía oral, se encuentra una glucemia plasmática mayor a 140 mg/dL, se efectuará la prueba diagnóstica que consiste en hacer estudios más específicos como PTOG en tres horas (Tabla 2). 16 Antecedentes 14 DIAGNÓSTICO GLUCOSA EN AYUNO GLUCOSA POST-CARGA PREDIABETES Si es igual ó mayor a 100 mg/dL y menor ó igual a 125 mg/dL Si después de 75 g de glucosa anhidra a dos h es igual ó mayor a 140 mg/dL y menor ó igual de 199 mg/dL DIABETES Si es mayor a 126 mg/dl Si después de 75 g de glucosa anhidra a dos h es mayor a 200 mg/dL DIABETES GESTACIONAL ____ Si después de 50 g de glucosa anhidra a una hora es mayor a 140 mg/dL 1.6 Tratamiento de diabetes mellitus. El manejo Integral de la diabetes, incluye al menos tres abordajes en la población mexicana: tratamiento no farmacológico, tratamiento farmacológico y frecuentemente la medicina tradicional (Figura 3). Tabla 2.- Valores de glucosa en sangre para el diagnóstico de prediabetes, diabetes y diabetes gestacional. Fuente: Secretaria de Salud. Norma Oficial Mexicana NOM-015- SSA2-2010. Antecedentes 15 1.6.1 Tratamiento no farmacológico. La alimentación adecuada y la actividad física muchas veces son suficientes para mantener al paciente bajo control bioquímico. Debe inculcarse una adecuada comunicación personal entre el médico y/o prestador de servicios de salud con el paciente y sus familiares, de carácter educativa, en busca de que se alcance una conducta hacia el autocuidado de la salud y el control de la enfermedad. Debe ser una estrategia para favorecer la educación del paciente respecto a los factores de riesgo de la enfermedad y la aparición de las complicaciones.8,9,15 Figura 3. Esquema general del tratamiento de la diabetes mellitus Antecedentes 16 Una de las recomendaciones actuales para el manejo de la DM tipo 2 incluye un aumento en la ingesta de fibra dietética junto con la buena alimentación y la actividad física. Los carbohidratos no digeribles, como oligosacáridos (polímeros de almacenamiento de tipo inulina y fleina) y el almidón se comportan, como fibras dietéticas y prebióticos, presentando importantes propiedades fisicoquímicas y fisiológicas beneficiosas para la salud de los consumidores y su uso ha aumentado rápidamente.17 Los oligosacáridos funcionales más conocidos, incluyen a los fructooligosacáridos (FOS), glucooligosacáridos e isomaltooligosacáridos.18,19 Sus funciones fisiológicas más benéficas en los seres humanos son: (1) la disminución de la glucosa postprandial debido a que se disuelven en el intestino para formar un gel viscoso que disminuye la absorción de glucosa liberada; (2) suministran pequeñas cantidades de energía, aproximadamente 0-3 kcal/g de sustituto de azúcar; (3) no son cariogénicos; (4) mejoran el ambiente intestinal de manera que esté dominada por bacterias saludables como resultado del ambiente intestinal ácido; (5) mejoran y suprimen la diarrea y (6) estimulan la absorción intestinal de minerales, como calcio, magnesio y hierro.17 Hoy en día existe un gran interés en el estudio de oligosacáridos funcionales en las semillas y la raíces de algunas plantas.18, 19 Los efectos positivos que presentan sobre la salud humana, en la prevención y tratamiento de enfermedades crónicas, son motivos para seguir investigándolos como posible tratamiento farmacológico. Sin embargo, actualmente se siguen utilizando como suplemento alimenticio. 17 Antecedentes 17 1.6.2 Tratamiento farmacológico. Se promueven esquemas de tratamiento farmacológico individualizado y adecuado para cada caso de DM, considerando el trastorno metabólico de la glucosa en sangre. Esto implica el uso aislado o combinado de hipoglucemiantes orales con o sin insulina, para poder llevar y mantener al paciente con DM dentro de los márgenes de glucosa considerados como de control.8,9 Pese a que el tratamiento farmacológico de la enfermedad es muy variado, la insulina suele ser el tratamiento de primera línea en DM tipo 1. Las opciones de tratamiento farmacológico para DM de tipo 2 van desde las sulfonilureas de primera generación, los miméticos de las incretinas recién aprobados y diversas formas de insulinoterapia.20 1.6.2.1 Grupos de fármacos orales.Los grupos de fármacos orales que están aprobados actualmente para los pacientes con DM tipo 2 son las sulfonilureas de primera y segunda generación, los inhibidores de la alfa glucosidasa, las biguanidas, las tiazolidinedionas y los análogos de las meglitinidas (derivados del ácido benzoico y derivados de la D- fenilalanina).8,9 Sulfonilureas. También denominadas secretagogos, estimulan la secreción pancreática de insulina mediante su unión a una proteína reguladora (llamada receptor de las sulfonilureas) que se encuentra en la superficie de las células β del páncreas. La unión de estos receptores provoca el cierre de los canales de K+ sensibles a ATP y dependientes del voltaje, lo que contribuye a la despolarización de la membrana celular y a la entrada de Ca++ en la célula, favoreciendo la secreción y liberación de insulina. El aumento de la concentración de insulina circulante, incluso en presencia de resistencia a la insulina, da lugar a un descenso de la glucemia.8,9,20 Antecedentes 18 Las sulfonilureas se dividen en fármacos de primera o de segunda generación, en función de tres características: su potencia, efectos adversos y en la variación en la unión a las proteínas del suero.9 Inhibidores de la α-glucosidasa. Obtenidos a partir de la fermentación de microorganismos, los inhibidores de la α-glucosidasa inhiben competitivamente a esta enzima en el borde en cepillo del endotelio de la porción proximal del intestino delgado e impide la descomposición de hidratos de carbono en disacáridos más simples. Como consecuencia de esta inhibición, se retrasa la absorción de los hidratos de carbono en el intestino, lo que suprime la elevación de la glucosa posprandrial. Estos fármacos se administran por vía oral y los únicos fármacos de este grupo comercializados para el tratamiento de la diabetes son la acarbosa y miglitol.8,9,15,20 Biguanidas: Metformina. La metformina suele ser el fármaco inicial de elección para los pacientes con DM tipo 2, especialmente en aquellos que están obesos. Actúa, principalmente, mediante la reducción de la salida de la glucosa hepática, por inhibición de la gluconeogénesis. Una propiedad muy importante es su capacidad para disminuir la hiperlipidemia. Los estudios con este fármaco han constatado reducciones de la glucemia en ayunas de entre 52 y 58 mg/dL. Puede emplearse sola o en combinación con sulfonilureas. 8,20 Tiazolidinedionas (TZD). Comprende a la rosiglitazona y pioglitazona. Aunque no se comprende el mecanismo de acción singular de las TZD, se sabe que se unen a los receptores activados por proliferadores de peroxisomas gamma (PPAR-δ) del núcleo, lo que afecta a la regulación génica en los adipocitos. Las TZD disminuyen la concentración de los ácidos grasos libres, en un 20%-40% aproximadamente, lo que mejora la captación de glucosa estimulada por la insulina en el músculo esquelético. Por tanto, el efecto principal de las TZD es una menor resistencia a la insulina en los tejidos periféricos gracias a la interacción con los adipocitos. Las TZD no funcionan como secretagogos, sino que potencian Antecedentes 19 la respuesta y la eficacia de las células β reduciendo la glucosa y los ácidos grasos libres. 8,9,15 Análogos de las Meglitidinas. Denominados también secretagogos distintos de las sulfonilureas, comprende a la repaglinida derivada del ácido benzoico y a nateglinida derivada de la D-fenilalanina. El mecanismo de acción es similar al de las sulfonilureas, interaccionan con los canales K+ sensibles a ATP y dependientes del voltaje de las células β. El resultado final es un aumento de la secreción de insulina y una disminución de la glucemia. 8,9 1.6.2.2 Grupos de fármacos hormonales. Dentro de este grupo se incluye la Insulina, fármaco de primera elección en pacientes con DM tipo 1. Además, se destacan dos nuevos fármacos que se han desarrollado para usarse como tratamiento complementario en los pacientes diabéticos, pramlintida y exenatida.8 Análogos de la amilina: Pramlintida. La pramlintida es un fármaco inyectable y es la versión sintética de la hormona humana amilina, secretada por las células β del páncreas en respuesta a la hiperglucemia. Junto con la insulina, la amilina es una hormona peptídica glucorreguladora que se libera en la vena porta y entra en la circulación sistémica en respuesta al consumo de una comida con hidratos de carbono. Estas dos hormonas de las células β pancreáticas coordinan la velocidad de aparición y desaparición de glucosa en la circulación, controlando así el aumento posprandial de la glucemia. La pramlintida inyectada suprime la secreción inapropiada del glucagón, lo que motiva a la supresión de la producción hepática. Una función mediante la cual la amilina afecta a la glucemia es el aumento de la saciedad y la reducción de la ingesta.8,9 Mimético de las incretinas: Exenatida. La exenatida es una forma sintética inyectable del péptido 1 glucanoide (GLP-1), una hormona que se encuentra en el Antecedentes 20 monstruo de Gila. Se trata del primer fármaco de un nuevo grupo usado para tratar la DM tipo 2, denominado mimético de las incretinas. Las acciones fisiológicas de exenatida se desencadenan conforme se une al receptor de GLP-1 que se localiza en muchos órganos, entre ellos el páncreas y el cerebro. Estimula la secreción de insulina por las células β del páncreas de forma dependiente de glucosa.8 Sus efectos disminuyen cuando se reduce la glucosa, lo que ayuda a evitar la hipoglucemia. Suprime la secreción de glucagón por las células α del páncreas de forma dependiente de la glucosa y reduce la supresión durante la hipoglucemia.8,9 Insulina. Pese a que el tratamiento farmacológico es muy variado, la insulina suele ser el tratamiento de primera línea en la DM tipo 1. Con el desarrollo de los análogos de la insulina, también se está usando insulina en los pacientes con DM tipo 2.9 La insulina es una proteína que consta de dos cadenas de polipéptidos conectadas por puentes disulfuro. Se sintetiza como una proteína precursora (pro- insulina) que luego sufre desdoblamiento proteolítico para formar insulina y péptido C. Su secreción está regulada no sólo por la concentración de glucosa en sangre sino también por otras hormonas y mediadores autónomos. Su liberación es desencadenada por la elevación de glucosa que las células β del páncreas captan. Las concentraciones ATP se elevan y bloquean los canales de K+ y ello conduce a la despolarización de la membrana y a un ingreso de Ca2+, que causa exocitosis pulsátil de insulina. Puesto que la insulina es una proteína, se descompone en el conducto gastrointestinal si se administra por vía oral. Por consiguiente, su administración es generalmente por inyección subcutánea.8,9,15 20 Antecedentes 21 1.6.3 Medicina tradicional. La medicina tradicional es reconocida hoy como un recurso fundamental para la salud de millones de seres humanos. Es considerada un componente esencial del patrimonio tangible e intangible de las culturas del mundo, un acervo de información, de recursos y prácticas para el desarrollo, el bienestar y un factor de identidad de numerosos pueblos del planeta.21 La medicina tradicional mexicana, como toda institución social, ha cambiado en el curso de los siglos, interactuando con otros modelos terapéuticos para conformar lo que llamamos el “sistema real de salud” de millones de mexicanos del siglo XXI, habitantes del campo y de la ciudad. Dentro de la medicina tradicional, uno de los recursos más empleados por la población es el uso de plantas medicinales, por ser un recurso abundante, accesible y conocido.21,22 En México, al preparado de plantas medicinales y sus derivados, presentado en forma farmacéutica, al cual se le atribuye el alivio para algunos síntomasparticipantes o aislados de una enfermedad, se les ha denominado “remedios herbolarios”. Presupone la elaboración de diversas formas farmacéuticas que pueden abarcar desde la infusión más simple hasta las más sofisticadas formas farmacéuticas como cremas, pomadas, geles, etc. Sin embargo, no son incluidos en el rubro de medicamentos. 23,24 Los medicamentos herbolarios son productos elaborados con material vegetal o algún derivado de éste, presentados en forma farmacéutica, cuya eficacia terapéutica y seguridad ha sido confirmada científicamente y en la literatura nacional o internacional. En la “Farmacopea herbolaria mexicana”, se exponen los métodos de análisis y especificaciones técnicas que deben cumplir las plantas y sus derivados, que se utilicen en la elaboración de medicamentos y remedios herbolarios, para contribuir al mejoramiento de la calidad de este tipo de productos y a su uso racional.25,26,27 Antecedentes 22 1.6.3.1 Plantas hipoglucemiantes en México. Más de 1200 plantas con actividad hipoglucemiante se han reportado en el mundo, la mitad se ha utilizado empíricamente y la otra mitad con evidencia experimental.28 Para el caso de México, se han documentado al menos 306 especies de 235 géneros y 93 familias, que se utilizan como agentes hipoglucemiantes. 29 Las familias más mencionadas son: Asteraceae (47 especies.), Fabaceae (27 especies.), Cactaceae (16 especies.), Solanaceae, Euphorbiaceae (10 especies.) y Laminaceae (9 especies.). Sin embargo, en un estudio dirigido por etnobotánicos de plantas hipoglucemiantes manifiesta que este número es al menos el doble. Por lo tanto, se estima que hay alrededor de 500 especies utilizadas por la población mexicana para tratar la DM tipo 2. Algunas plantas por mencionar son Catharanthus roseous, Cecropia obtusifolia, Cucurbita ficifolia, Ibervillea sonorae entre otras. 29 La familia Asteraceae ha proporcionado varios tratamientos para los padecimientos de las poblaciones indígenas y mestizas de México, llevándose numerosos estudios sobre los usos de estas plantas en las distintas regiones de México. El género Psacalium perteneciente a la familia Asteraceae, es utilizado por grupos étnicos de la Sierra Madre Occidental como los Raramuri, Yaqui, Pima y otros mexicanos en el complejo “Matarique” como un remedio popular para la DM y enfermedades renales. El complejo incluye Acourtia thurberi y cuatro especies de Pscalium: P. decompositum, P. palmeri, P. peltatum y P. sinuatum. En San Luis Potosí, P. radulifolium se utiliza como un sustituto de P. decompositum la cual es considerada más eficaz.30,31 Antecedentes 23 El género Psacalium está constituido por 40 especies de hierbas perenes distribuido desde el suroeste de E.U. hasta Guatemala, la mayoría de estas endémicas de México. El uso común de estas plantas especialmente P. decompositum entre la población fueron el motivo para iniciar su estudio químico.30,31 1.7 Generalidades de Psacalium decompositum. 1.7.1 Taxonomía y nomenclatura 32 Reino Plantae Rango Taxonómico Especies Sinonimia Cacalia decompositum A. Gray Odontotrichum decompositum (A. Gray) Rydb Nombre común Matarique. Matari, Materi, Matariqui, Maturín, Maturi, Mataril y Pitcawi 1.7.2 Taxonomía de la especie 32 Reino Plantae Subreino Tracheobionta División Magnoliophyta Clase Magnoliopsida Subclase Asteridae Orden Asterales Familia Asteraceae Genero Psacalium Cass. Especie Psacalium decompositum (A. Gray) H. Rob. & Brettell http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=564824 http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=18061 http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=18063 http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=29909 http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=35419 http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=35420 http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=38290 Antecedentes 24 1.7.3 Distribución y descripción. Planta de 1 a 1.5 m de alto, tallo de 3 a 4 mm, más grueso en la base, densamente pubescente; hojas partidas, en la base, empiezan opuestas y después se vuelven alternas, flores en panícula o corimbosa, pedicelo de 1 a 1.5 cm de largo (Figura 5).21 En México se distribuye en Chihuahua, Sonora, Durango, así como en el sur de Estados Unidos.21 1.7.4 Descripción de uso. La infusión acuosa o té de estas raíces se emplean para tratar reumatismo, en el resfriado, en el dolor de espalda, en ictericia, cólicos en bebes, como diurético y como tónico, para el tratamiento de DM, enfermedades renales, malaria, fiebre y como antiséptico en el lavado de las heridas. Así como para aliviar dolores de los dientes (Figura 4). El té de la raíz también es utilizado también para el tratamiento de la artritis, dolores musculares y enfermedades del tracto urinario, vejiga y como cicatrizante. 21 Figura 4. Raíz de Psacalium decompositum. Antecedentes 25 El machacado de las raíces es usado en el tratamiento de mordeduras de serpientes. Las irritaciones de la piel son tratadas un preparado de polvo de las raíces.21, 31 1.7.5 Estudios químicos y farmacológicos. En 1964 se iniciaron los estudios de los extractos de la raíz de Psacalium decompositum, los trabajos describen varios productos que se aislaron de las fracciones menos polares eluidas con hexano mediante cromatografía. Los compuestos sesquiterpénicos cacalol (1) y cacalona (2) fueron los primeros en identificarse. Posteriormente se aislaron cuatro derivados más del cacalol: maturina (3), maturinina (4), maturinona (5) y maturona (6).33,34,35 Figura 5. Psacalium decompositum Fuente: Biblioteca Digital de la Medicina Tradicional Mexicana Antecedentes 26 Estudios microbiológicos han demostrado que el extracto hexánico de la raíz, posee actividad antimicrobiana contra Candida albicans, Cryptococus neoformans, Staphilococcus aureus y Streptococcus pyogenes. El cacalol muestra actividad antimicrobiana en Escherichia coli, Pseudomona aeruginosa y Streptococcus faecalis, así como en levaduras Saccaharomyces cerevisiae y Hansenula anómala. Adicionalmente, el cacalol presentó actividad antifúngica en Penicillium juniculosus, Aspergillius niger y Rhizopus oligusporus.36 (1) (2) (3) R= OH (4) R= H (5) R= H (6) R= OH (7) R1= Me R2= OH (8) R1= OH R2= Me Figura 6. Estructuras de los compuestos aislados y caracterizados del extracto hexánico de la raíz de Psacalium decompositum. Adaptado de Andrade-Cetto, et al, 2006. Antecedentes 27 Otros estudios demostraron una inhibición significativa en el crecimiento de la radícula de dos plantas Amaranthus hypochondriacus y Echinochloa crusgalli, causada por el cacalol y los extractos acuoso y etéreo de las raíces de Psacalium decompositum. Así como actividad antifúngica en cuatro hongos fitopatógenos de los géneros: Pythium, Alternaria, Fusarium y Helminthosporum.37 El extracto hexánico y los sesquiterpenos cacalol y cacalona han demostrado tener actividad antiinflamatoria en una relación dosis-dependiente en modelos de inflamación inducidas por acetato de 12-O-tetradecanoil forbol (TPA) y carragenina. El sesquiterpeno cacalona muestra la actividad más prominente.31 Por otro lado, en 1999 se reportó actividad hipoglucemiantedel extracto acuoso de las raíces de Psacalium decompositum, siendo el cacalol y una mezcla de 3-hidroxicacalolido (7) y epi-3-hidroxicacalolido (8) los compuestos responsables de la actividad hipoglucemiante en ratones diabéticos.38 Sin embargo, en el año 2000 se realizaron pruebas para demostrar la actividad hipoglucemiante del extracto acuoso de Psacalium decompositum y de sus principales metabolitos (cacalol, cacalona y maturina) obteniendo actividad para el extracto acuoso y no para los principales metabolitos. En el mismo año se demuestra actividad hipoglucemiante en una relación dosis-dependiente en ratones sanos y con diabetes, inducida con alloxana, de las fracciones polares liofilizadas y del extracto acuoso insoluble en metanol de Psacalium decompositum, las fracciones demostraron estar constituidas por compuestos de tipo polisacárido.39,40 Estudios recientes demuestran que la fracción polar aislada del extracto acuoso de la raíz es de tipo fructooligosacárido, oligosacárido del tipo de la inulina, cuya estructura se muestra en la Figura 7.41 Antecedentes 28 Este compuesto es el responsable de la actividad hipoglucemiante que se le atribuye a esta planta. El extracto acuoso insoluble en metanol también muestra actividad hipoglucemiante en ratones sanos y diabéticos inducidos por alloxana, con previo ayuno de 12 h en una relación dosis-dependiente por vía intraperitoneal. Sin embargo, aún se necesitan realizar más investigaciones acerca de esta propiedad farmacológica, con el objetivo de dar seguridad y confiabilidad a las personas que la utilizan como una alternativa al tratamiento de DM. 41 Figura 7. Estructura de fructooligosacarido más abundante (&DP=8) aislado del extracto acuoso de la raíz de Psacalium decompositum. Adaptado de Jiménez- Estrada, et al, 2011. Justificación 29 Capítulo II. JUSTIFICACIÓN, OBJETIVOS E HIPÓTESIS 2.1 Justificación La trascendencia y magnitud de la diabetes mellitus se incrementa paralelamente al proceso de la transición global de la población, formando parte de las principales causas de muerte en México y del resto del planeta. Una alternativa en el tratamiento de esta enfermedad es el uso de plantas medicinales. Más de 1200 plantas se han reportado en el mundo para tratar esta patología, la mitad se ha utilizado empíricamente y de la otra mitad se cuenta con evidencia experimental. Actualmente se realizan investigaciones en este sentido para encontrar nuevas estructuras de metabolitos que tengan actividad hipoglucemiante y que puedan servir en el desarrollo de nuevos fármacos o bien experimentos que apoyen la actividad farmacológica descrita en la medicina tradicional. En México se cuenta con más de 130 variedades de plantas que son utilizadas para tratar la diabetes mellitus; Psacalium decompositum forma parte de este arsenal y ha sido investigada, con el fin de corroborar la actividad, para dar seguridad y confiabilidad a las personas que la usan por sus efectos hipoglucemiantes. En este trabajo se plantea extraer los compuestos sesquiterpénicos de las raíces de la planta con un disolvente no polar; el propósito es corroborar el efecto hipoglucemiante que se atribuye a los compuestos presentes en los extractos acuosos de las raíces de esta planta, para poder determinar, si el efecto que se está estudiando es producido por los compuestos polares del extracto acuosos o bien los constituyentes sesquiterpénicos tienen el efecto hipoglucemiante de esta raíz. Objetivos e hipótesis 30 2.2 Objetivos 2.2.1 Objetivo general: Estudiar y evaluar el efecto hipoglucemiante de los extractos acuosos de Psacalium decompositum libres de los constituyentes sesquiterpénicos. 2.2.2 Objetivos particulares: Obtener el extracto hexánico de las raíces de Psacalium decompositum. Obtener el extracto acuoso de las raíces de Psacalium decompositum que previamente fueron maceradas con hexano. Realizar una extracción metanólica al extracto acuoso de las raíces de Psacalium decompositum. Evaluar el efecto hipoglucemiante a diferentes dosis en ratas sanas y diabéticas inducidas con estreptozotocina de los extractos obtenidos. Separar y purificar los compuestos de tipo polisacárido en los extractos obtenidos, mediante cromatografía en columna abierta y cromatografía de exclusión molecular. Identificar el compuesto de tipo oligosacárido del extracto acuoso, por Resonancia Magnética Nuclear (RMN 1H y 13C) e Infrarrojo (IR). Evaluar el efecto hipoglucemiante en ratas sanas y diabéticas inducidas con estreptozotocina del compuesto de tipo oligosacárido aislado del extracto acuoso. 2.3 Hipótesis: Si el extracto acuoso de la raíz de Psacalium decompositum tiene un efecto hipoglucemiante, entonces al extraer mayoritariamente los compuestos sesquiterpénicos de las raíces el efecto hipoglucemiante se conservará. Materiales y Métodos 31 Capítulo III. MATERIALES y MÉTODOS: 3.1 Diseño experimental. Con el propósito de alcanzar los objetivos, se diseñó el siguiente esquema experimental (Figura 8). Figura 8. Esquema experimental de trabajo, para el estudio y evaluación del extracto acuoso de las raíces de Psacalium decompositum Materiales y Métodos 32 3.2 Métodos Generales Para el monitoreo de los compuestos se empleó cromatografía en capa fina (CCF) siguiendo las técnicas convencionales, se utilizaron placas de aluminio recubiertas con gel de sílice (60 G UV 254 20 x 20 cm y 0.20 mm de espesor). Las placas con muestra se observaron en luz ultravioleta (UV) con dos longitudes de onda (254 nm y 365 nm) y se revelaron con una solución de 4% de α-naftol en etanol, ácido sulfúrico y agua 80:10:10 (v/v/v) como revelador específico de azúcares.42 Para la cromatografía por adsorción en columna abierta (dimensiones: 55 mm de diámetro por 600 mm de longitud) se utilizó gel de sílice 230-400 mesh, con diferentes sistemas de elución (Hexano-Metanol). El fraccionamiento por cromatografía de exclusión molecular se llevó en columna de 460 mm de largo y 22 mm de diámetro, adaptada a una bomba de presión media marca Buchi modelo B-688 utilizando Sephadex LH-20 (Pharmacia®). Los espectros de resonancia magnética nuclear (RMN) 1H y 13C se obtuvieron en los equipos Varian-Unity 300 MHz, Varian-Gemini 200 MHz, Eclipse 300 MHz JEOL, se empleó como estándar interno tetrametilsilano (TMS) y óxido de deuterio (D2O) como disolvente. Los espectros de infrarrojo (IR) se realizaron en suspensión de nujol y se obtuvieron en el equipo Broker Tensor 27. 3.3 Materiales 3.3.1 Material vegetal: Las raíces de Psacalium decompositum (1000g, peso seco) fueron obtenidas del Mercado de Sonora de la Ciudad de México. La identificación se llevó a cabo mediante una inspección visual y una comparación del perfil cromatográfico entre un ejemplar de la especie ya identificada taxonómicamente proveniente del estado de Chihuahua. Materiales y Métodos 33 3.3.2 Obtención de los extractos de las raíces de Psacalium decompositum La metodología que se siguió es una modificación a lo descrito previamente por Jiménez-Estrada.41 Se pesaron 500 g de raíces secas de P. decompositum, se maceró con hexano 3 veces (5 L/ 24 h) para extraer los compuestos sesquiterpénicos; cabe señalar que el estudio del extracto hexánico no fue propósito de esta investigación. El material libre de hexano se maceró con agua 3 veces (5 L/ 24 h). El extracto acuoso se filtró y enseguida se concentró a temperatura ambiente en refractarios de vidrio, utilizando ventiladores adaptados (Figura 9). Una vez concentrado el extracto, éste se raspó con una espátula para obtener el extracto seco. El extracto acuoso seco (Figura 10) se maceró con metanol 3 veces (200 mL/ 30 min). 41Siguiendo esta metodología, se obtuvieron dos extractos: Extracto Acuoso Soluble en Metanol (EASM) y Extracto Acuoso Insoluble en Metanol (EAIM), se eliminó completamente el disolvente de ambos extractos con ayuda de los ventiladores, se calculó el rendimiento y finalmente se analizaron por RMN1H y 13C. Figura 9. Ventilador adaptado para secar los extractos obtenidos de las raíces de Psacalium decompositum Figura 10. Extracto acuoso seco macerado con metanol. Materiales y Métodos 34 3.3.3 Fraccionamiento del EAIM por cromatografía de exclusión La metodología seguida es una modificación a lo descrito previamente por Jiménez-Estrada. 41 Se empleó Sephadex LH-20 (gel) como fase estacionaria y una mezcla de metanol/H2O (7:3) como fase móvil. La columna fue adaptada a una bomba de presión y posteriormente se establecieron los parámetros: volumen de flujo y presión (2 mL/min, 3 bar). Se aplicó la muestra en la columna (1 g del EAIM) y a partir de ese momento se colectaron fracciones de 10 mL de volumen, obteniéndose un total de 47 fracciones, las cuales fueron monitoreadas por CCF usando como referencia inulina grado comercial (eluyente: acetonitrilo/H2O (7:3), revelador: solución 4% de α-naftol). Se dejaron evaporar a temperatura ambiente y finalmente se analizaron por RMN1H y 13C.41 3.3.4 Fraccionamiento del EASM por cromatografía en columna. El fraccionamiento del EASM se llevó a cabo con 5 g de muestra, empleando 300 g del gel de sílice como fase estacionaria y se eluyó con un gradiente de polaridad iniciando con acetato de etilo y finalizando con metanol. Se colectaron 160 fracciones de 250 mL que fueron monitoreadas por cromatografía en capa fina (eluyente H2O/ metanol (8:2), revelador: sulfato cérico al 1%) y concentradas a presión reducida. Finalmente se analizaron por RMN1H y 13C. Materiales y Métodos 35 3.4 Evaluación Biológica 3.4.1 Material Biológico Se emplearon 36 Ratas macho de la especie Wistar, cuyo peso fue de 180 a 200 g, adquiridas del bioterio de la Universidad Nacional Autónoma Metropolitana Campus Xochimilco, bajo condiciones estándar de luz, temperatura y humedad de acuerdo a la NOM-062 ZOO 1999. Los ensayos biológicos se realizaron en el bioterio de la Unidad de Pruebas Biológicas del Instituto de Química UNAM bajo las siguientes condiciones: temperatura 23 °C, humedad 45-55 % y ciclos de luz/oscuridad 12:12, el alimento (Rodent Lab Chow 5001 PURINA®) y agua fueron ad libitum. 3.4.2 Evaluación del efecto hipoglucemiante del EASM y EAIM en ratas sanas. Se evaluó el efecto hipoglucemiante de los extractos EASM y EAIM en ratas sanas a una dosis de 100 y 310 mg/Kg. Se formaron grupos de 6 animales, a cada grupo se les asignó un tratamiento por vía de administración intraperitoneal, como se indica en la Tabla 3: Grupo 1 2 3 4 6 Tratamiento EASM EASM EAIM EAIM Solución Salina Isotónica (control) Dosis (mg/kg) 100 310 100 310 Tabla 3.- Tratamientos asignados a ratas sanas, por vía intraperitoneal. Materiales y Métodos 36 La metodología seguida es una modificación a lo descrito previamente por Jiménez-Estrada.41 Se obtuvo la concentración de glucosa en sangre de la rata, registrada como t=0 (basal), se administró el tratamiento y posteriormente, se determinó la concentración de glucosa a 1, 3 y 6 h a partir del tiempo de la administración (Figura 11). La glucosa sanguínea se determinó por el siguiente método: se realizó un corte transversal en la punta de la cola, la primera gota se desechó y la segunda gota se colocó en un glucómetro Accu-Chek Sensor Comfort Roche (Figura 11) y enseguida se observó la concentración de la glucosa. Durante el ensayo los animales estuvieron con alimento y agua ad libitum.41,43 3.4.3 Evaluación del EAIM en ratas diabéticas. 3.4.3.1 Inducción de diabetes por estreptozotocina. La metodología seguida es una modificación a lo descrito previamente por Andrade-Cetto.43,44 Las ratas fueron sometidas a ayuno de 18 h y a una solución de glucosa al 5% como agua para beber, previo a la inducción. La inducción se realizó mediante la administración de estreptozotocina (Sigma-Aldrich) en solución ácida pH 4.5 (ajustado con ácido clorhídrico (HCl) Figura 11. Glucómetro utilizado Accu-Chek Sensor Comfort (Roche®) Materiales y Métodos 37 concentrado), a una dosis de 50 mg/Kg por vía intramuscular, administrada en dos partes, cada parte en un muslo trasero. Después de la administración, estuvieron con acceso a alimento y agua ad libitum. La diabetes se indujo en las ratas en un lapso de 10 a 15 días, en el transcurso de éstos se registró el peso y la concentración de glucosa de los animales. En el día 15 se realizó el ensayo.43,44 3.4.3.2 Evaluación del EAIM Una vez obtenido los resultados de la evaluación anterior, se procedió a evaluar el EAIM en ratas diabéticas inducidas por estreptozotocina a una dosis de 100, 178 y 310 mg/Kg. Se formaron grupos de 6 animales, a cada grupo se les asignó un tratamiento por vía de administración intraperitoneal, como se indica en la Tabla 4: Previo a la administración del tratamiento, se obtuvo la concentración de glucosa y fue registrada como t=0 (basal), se administró el tratamiento y posteriormente, la glucosa se determinó a 1, 3 y 6 h a partir del tiempo de la administración. La concentración de glucosa fue obtenida por el método descrito anteriormente en la evaluación en ratas sanas.41 Durante el ensayo los animales estuvieron con alimento y agua ad libitum. Las ratas se sacrificaron por asfixia en una cámara de dióxido de carbono (CO2) y finalmente fueron enviadas a un estudio post-mortem para verificar su morfología. . Grupo 1 2 3 5 6 Tratamiento EAIM EAIM EAIM Glibenclamida (control +) Solución Salina Isotónica (control - ) Dosis (mg/kg) 100 178 310 10 Tabla 4. Tratamientos asignados a ratas diabéticas por vía intraperitoneal. Resultados 38 Capítulo IV. RESULTADOS 4.1 Estudio del EAIM La extracción por maceración de las raíces de Psacalium decompositum, se realizó 4 veces durante un año, para obtener la mayor cantidad de los extractos para estudios posteriores. Las maceraciones fueron obtenidas de diferentes lotes. En la Tabla 5 se muestra los rendimientos en porcentaje obtenidos en base en peso seco del EAIM en cada maceración. El análisis de las maceraciones se realizó por CCF analítica, el perfil cromatográfico de las maceraciones muestra un perfil similar a la glucosa. La Figura 12 muestra la presencia de azúcares en el EAIM. Maceración acuosa Rendimiento (%) Enero 8.4 Junio 7.4 Agosto 6.8 Septiembre 7.9 Tabla 5. Rendimiento obtenido del EAIM de las raíces de Psacalium decompositum. Figura 12. CCF de las maceraciones acuosas de raíces de Psacalium decompositum. R: glucosa 1-5: maceraciones realizadas Eluyente acetato de etilo/metanol (7:3) Revelador: solución 4% α-naftol Resultados 39 El EAIM se analizó por RMN1H y 13C, se obtuvieron los espectros 1 y 2 respectivamente (los espectros se muestran en el anexo A). El espectro 1 de RMN1H muestra múltiples señales entre 1 y 4 ppm, mientras que el espectro 2 de RMN13C indica señales entre 60 y 80 ppm. 4.1.1 Fraccionamiento del EAIM por cromatografía de exclusión. Como resultado del fraccionamiento del EAIM por cromatografía de exclusión (Sephadex), se obtuvieron 47 fracciones. Las fracciones se reunieron de acuerdo al perfil cromatográfico que presentaron, las fracciones resultantes fueron: A, 10, B, C, D, E, F y G. De las fracciones anteriores, las fracciones A, 10 y B, presentaron un perfil similar a inulina. Sin embargo, la fracción 10 presentó el Rf más
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