tesis diabetes y ejercicio 14-11-2012
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Universidad de Viña del Mar
Escuela de ciencias de la salud
Carrera de Kinesiología
MECANISMOS Y SUSTANCIAS INVOLUCRADAS EN LA CAPTACIÓN DE GLUCOSA DURANTE EL EJERCICIO EN PACIENTES CON DIABETES
MELLITUS TIPO II.
TESIS DE TÍTULO PARA OPTAR AL GRADO DE LICENCIADO EN KINESIOLOGÍA
Autores:
MONSERRAT GONZÁLEZ
HERNÁN JIMÉNEZ
MACARENA RIVERA
Profesor Guía:
Klgo.; Mg© Astrid Von Oetinger Giacoman
Viña del Mar-Chile
2012
1
2
Universidad de Viña del Mar
Escuela de ciencias de la salud
Carrera de Kinesiología
MECANISMOS Y SUSTANCIAS INVOLUCRADAS EN LA CAPTACIÓN DE GLUCOSA DURANTE EL EJERCICIO EN PACIENTES CON DIABETES
MELLITUS TIPO II.
TESIS DE TÍTULO PARA OPTAR AL GRADO DE LICENCIADO EN KINESIOLOGÍA
Autores:
MONSERRAT GONZÁLEZ
HERNÁN JIMÉNEZ
MACARENA RIVERA
Profesor Guía:
Klgo.; Mg© Astrid Von Oetinger Giacoman
Viña del Mar-Chile
2012
3
CALIFICACIÓN
4
DEDICATORIA
5
AGRADECIMIENTOS
6
ÍNDICE DE CONTENIDOS
7
ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS
8
RESUMEN
La diabetes tipo dos es una de las patologías crónicas no transmisibles de
mayor aumento en los últimos años, la Organización Mundial de la Salud estima
que habrán 300 millones de personas con diabetes en 2025 [1].
Describir los mecanismos y las sustancias involucradas en la captación de
glucosa durante el ejercicio en pacientes con diabetes mellitus tipo II tipo 2,
entregará una pauta que permitirá dar a conocer otras vìas de señalización que
cumplen un papel importante en la captación y transporte de glucosa desde el
músculo-esquelético.
Los objetivos de este trabajo fueron; Determinar las posibles sustancias y
mecanismos involucrados en la captación de glucosa durante el ejercicio en
pacientes con diabetes mellitus tipo II, e identificar las sustancias que cuenten
con mayor sustento científico
Se buscaron ensayos clínicos, estudios de tipo experimental y reviews
publicados entre los años 2002 y 2012 relacionados con los mecanismos y las
sustancias involucradas en la captación de glucosa durante el ejercicio en
pacientes con diabetes mellitus tipo II.
Se analizaron diversas investigaciones en base criterios de inclusión y
exclusión, además de evaluar su validez interna con la escala de PEDro.
9
ABSTRACT
The diabetes type two is one of the chronic not transmissible pathologies of
major increase in the last years, the World Health Organization estimated
that there will be 300 million persons with diabetes in 2025 [1].
To describe the mechanisms and the substances involved in glucose uptake
during exercise in patients with diabetes mellitus type 2, given a pattern that
allows knowing other signaling pathways that play a significant role in glucose
uptake and transport from skeletal muscle.
The objectives of this study were: Determinate Substances and possible
mechanisms involved in glucose uptake during exercise in patients with type
II diabetes mellitus and identify substances that have more scientific support.
We searched for clinical trials, experimental studies and reviews published
between 2002 and 2012 related to the mechanisms and the substances
involved in glucose uptake during exercise in patients with type II diabetes
mellitus.
We analyzed several studies based inclusion and exclusion criteria, and to
assess its internal validity PEDro scale.
10
I.- INTRODUCCIÓN
La Diabetes Mellitus tipo 2 (DMII) es mucho más frecuente que la de tipo 1,
representando aproximadamente al 90% de los casos con Diabetes Mellitus [2].
La DMII se asocia a un aumento de la insulina plasmática (hiper-insulenemia),
siendo esta la respuesta compensatoria de las células beta pancreáticas a la
disminución de la sensibilidad por la insulina de las células diana, siendo este
fenómeno conocido como resistencia a la insulina [2], este desarrollo de
resistencia a la insulina y alteración del metabolismo de la glucosa suelen ser
procesos graduales, que comienzan con una ganancia de peso que conduce a
la obesidad, sin embargo aún no se conoce el mecanismo que vincula a ambos
trastornos. Algunos estudios indican que el número de receptores de insulina es
menor en las personas obesas que en las delgadas, sobre todo en el músculo
esquelético, el hígado y el tejido adiposo. A pesar de ello, parece que la mayor
parte de la resistencia a la insulina se debe a anomalías de las vías de
señalización que relacionan la activación del receptor con múltiples efectos
celulares [2].
Se cree que existe una relación estrecha entre la alteración de la señalización
insulínica y los efectos tóxicos de la acumulación de lípidos en tejidos tales
como el músculo esquelético y el hígado que se debería a la excesiva ganancia
de peso. La resistencia a la insulina forma parte de una serie consecutiva de
trastornos que se conoce como “síndrome metabólico” que se caracteriza por:
11
Obesidad (acumulación de grasa abdominal), Resistencia a la insulina,
hiperglicemia en ayunas, anomalías de los lípidos, con aumento de triglicéridos
en la sangre, y la disminución del colesterol unido a proteínas de alta densidad
y, por último, hipertensión. Cuando la resistencia a la insulina es prolongada, ni
siquiera las concentraciones elevadas de insulina bastan para mantener una
regulación normal de la glucemia. En las primeras fases de la enfermedad, la
consecuencia es una hiperglicemia moderada tras la ingestión de hidratos de
carbono. Cuando la diabetes tipo II progresa, las células β del páncreas son
incapaces de producir insulina suficiente para evitar la hiperglucemia, esto lleva
a un daño de las celular pancreáticas [2].
La diabetes mellitus tipo 2 es una enfermedad con una alta prevalencia en los
mayores de 15 años que viven en Chile, 9.0% aproximadamente de acuerdo a
la ENS 2009-2010, por lo cual se hace relevante conocer el comportamiento de
esta patología con el fin de tener un mayor sustento científico para poder
implementar las políticas públicas necesarias [3]. Otra referencia es la dada por
la federación internacional de la diabetes, en donde puede apreciarse (tabla 1)
la prevalencia para latino América por país [4].
12
Argentina
Bolivia
Brazil
Chile
Colombia
Costa Rica
Cuba
Republica
Dominicana
Ecuad
or
El Sa
lvador
Guayan
a Fran
cesa
Guatemala
Honduras
Nicarag
ua
Panam
a
Paragu
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Puerto Rico
Urugu
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Venezu
ela0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
14.0%
Tabla 1.0: Prevalencia estimada, en porcentaje de DM en Latino América en pacientes de 20-79 años [4].
II.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2.1 JUSTIFICACIÓN Y APORTES A LA KINESIOLOGÍA QUE OTORGARÁ LA INVESTIGACIÓN
La diabetes es una de las enfermedades metabólicas que ha incrementado en
los últimos años en la alta tasa de sedentarismo, a cambios alimentarios y
niveles de actividad física entre otros en la población chilena. Se estima a nivel
mundial que 173.000.000 de pacientes padecían diabetes al año 2002, y se
estima que aumentara a 366.000.000 para el año 2030; dos tercios de estos
corresponde a países en vías de desarrollo, Asia, África y Latinoamérica. El
diagnóstico de esta enfermedad ha aumentado en pacientes más jóvenes y en
Chile según las últimas encuestas del año 2008, hubo 13.636 pacientes en
13
hemodiálisis, considerando que el costo per cápita en hemodiálisis (HD) es de
$530.000, se estima que el costo anual de HD por nefropatía diabética
asciende a 30 mil millones [1].
Dentro de la formación de pre-grado no solo de los kinesiólogos, sino, en gran
parte los profesionales de la salud y entrenadores se ha dado una falencia con
respecto a los fundamentos fisiológicos de la captación celular de glucosa
excluyendo los mecanismos relacionados con la insulina, esto toma vital
importancia en el tratamiento de pacientes Diabéticos tipo II, siendo un
tratamiento más efectivo y que mejora significativamente la calidad de vida,
además de disminuir las enfermedades asociadas con el sedentarismo y la
diabetes.
Frente a estas inquietudes, hemos decidido presentar esta tesis, con el objetivo
de describir los mecanismos de las distintas sustancias y
mecanismos involucrados en la captación de glucosa durante el ejercicio en
pacientes con diabetes mellitus de tipo II y fundamentar científicamente,
utilizando información actualizada, la utilización del ejercicio como una técnica
terapéutica efectiva por los profesionales de la salud para tratar a pacientes
con diabetes mellitus de tipo II.
14
2.2 PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN
¿Cuáles serán los mecanismos y sustancias involucradas en la captación
de glucosa durante el ejercicio en pacientes con diabetes mellitus tipo II?
OBJETIVO GENERAL
Describir los mecanismos y las sustancias involucradas en la captación
de glucosa durante el ejercicio en pacientes con diabetes mellitus tipo II.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Determinar las posibles sustancias y mecanismos involucrados en la
captación de glucosa durante el ejercicio en pacientes con diabetes
mellitus tipo II.
- Identificar las sustancias que cuenten con mayor sustento científico y
que se encuentren involucradas en la captación de glucosa durante el
ejercicio en pacientes con diabetes mellitus tipo II.
HIPOTESIS : No amerita
15
III.- MARCO TEÓRICO
3.1 HISTORIA DE LA DIABETES MELLITUS
La descripción más antigua de diabetes fue documentada en unos escritos
Hindúes alrededor del año 1500 A.C. Ellos la describieron como “una
enfermedad misteriosa que causa sed, una enorme producción de orina, y
atrofia en el cuerpo con moscas y hormigas que son atraídas por la orina de las
personas. El termino Diabetes probablemente fue acuñado por Apolonio de
Memphis haciendo referencia a la alta cantidad de micción generada con
respecto a los líquidos consumidos. Más tarde, la palabra “Mellitus” fue
agregada por hacer lo dulce de la orina. Los físicos griegos prescribían
ejercicio, preferiblemente sobre un caballo, para “generar una fricción
moderada” y aliviar la micción excesiva [5]. Las primeras investigaciones que
relacionaron la diabetes con el metabolismo del glucógeno y las células de los
islotes del páncreas fueron descubiertas por Paul Langerhans. En 1916
Sharpey-Shager de Edimburgo sugirió la falta de una sola sustancia faltante en
el páncreas proponiendo el nombre de insulina. Investigadores como E.L Scott
y Nikolae Paulesco tuvieron éxito al extraer insulina del páncreas de perros
experimentales. Luego, en 1922 Banting y Best inyectaron la extracción en
bruto del páncreas, “lodo marrón espeso”, en un niño de 14 años. Sus niveles
de azúcar bajaron considerablemente pero desarrollo un absceso en el sitio de
la inyección enfermándolo gravemente. Luego de administro un extracto
refinado luego de 6 semanas, causando caídas en los niveles de azúcar en la
16
sangre bajo en sangre de 520 mg/dl a 120 mg/dl a las 24 horas. En 1978, la
tecnología de recombinación de ADN fue usada para producir Insulina humana
sintética en E. coli. Alrededor de 1980 comenzó la producción en masa de
rADN y alrededor de los 90 la estructura de la insulina fue modificada alterando
una secuencia aminoacídica (adición, deleción o el intercambio de aminoácidos)
para producir insulina con mejor farmacocinética, lo que se convirtió en la
insulina moderna [5].
3.2 DIABETES MELLITUS
Como definición de diabetes se acepta la publicada por la OMS como “el
termino diabetes mellitus expresa un trastorno metabólico de etiología múltiple,
caracterizado por la hiperglicemia crónica debido a alteraciones en el
metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y proteínas , a consecuencia
de defectos en la secreción de insulina, acción de la hormona o de ambos. Los
efectos de la diabetes mellitus se manifiestan como daño crónico, disfunción e
insuficiencia en diversos órganos [6].
La hiperglicemia crónica se asocia en el largo plazo daño, disfunción e
insuficiencia de diferentes órganos especialmente de los ojos, riñones, nervios,
corazón y vasos sanguíneos [7]. Es un trastorno que afecta la capacidad del
cuerpo de producir o utilizar la insulina. La insulina es una hormona producida
17
en el páncreas que ayuda a transportar la glucosa (azúcar en sangre) de la
sangre a las células para que puedan romper y utilizarlo como combustible [8].
La diabetes es el resultado de los niveles anormales de glucosa en la sangre.
Esto puede causar graves consecuencias a corto y largo plazo que van desde
daño cerebral a amputaciones y enfermedades del corazón (ADA, 2007) [8].
En 1997 la Asociación Americana de Diabetes (ADA), propuso una
clasificación que está vigente. Se incluyen 4 categorías de pacientes y un 5º
grupo de individuos que tienen glicemias anormales con alto riesgo de
desarrollar diabetes (también tienen mayor riesgo cardiovascular): [7]
1. Diabetes Mellitus tipo 1
2. Diabetes Mellitus tipo 2
3. Otros tipos específicos de Diabetes
4. Diabetes Gestacional
5. Intolerancia a la glucosa y glicemia de ayunas alterada
Síntomas:
Los síntomas característicos son: sed, poliuria, visión borrosa y pérdida de
peso. En sus formas más severas, es posible que se desarrolle una
18
cetoacidosis o un estado hiperosmolar no cetósico, con letargo o coma, el que
sin tratamiento adecuado termina en la muerte [8].
Factores que contribuyen a la DM
La diabetes implica niveles crónicos de glucosa anormalmente elevada
(hiperglucemia). Muchos pacientes, especialmente aquellos con diabetes tipo 2,
también tienen la presión arterial elevada (hipertensión), altos niveles crónicos
de insulina (hiperinsulinemia) y los niveles poco saludables de colesterol y otras
grasas en la sangre (hiperlipidemia). Todos estos factores contribuyen a las
complicaciones a largo plazo de la diabetes, que incluyen:
La enfermedad vascular (angiopatía diabética), aterosclerosis,
enfermedades del corazón y derrame cerebral: Estas afecciones
cardiovasculares son la principal causa de muerte en personas con diabetes.
Enfermedad renal (nefropatía diabética): La diabetes es la principal causa de
enfermedad renal terminal que requiere tratamiento con diálisis o un trasplante
de riñón [8,9].
19
Enfermedades de los ojos: Estos incluyen la retinopatía diabética, glaucoma y
cataratas. La diabetes es la principal causa de discapacidad visual y ceguera
[8].
Daño en los nervios (neuropatía diabética): Esta complicación de la
hiperglicemia está relacionada con la activación de la Aldosa Reductasa y
con la glicosilación de proteínas. La activación de b2 -Proteín Kinasa C poco o
nada tiene que ver con esta complicación, ya que en las fibras nerviosas
sometidas a hiperglicemia no existe un aumento sino una disminución del
diacilglicerol. Muy precozmente en la evolución de la Diabetes, la activación de
la Aldosa Reductasa en el nervio produce una depleción de Mioinositol, lo
que lleva a una disminución del diacilglicerol. Esto produce una menor
actividad de la ATPasa Na+/K+y edema axonal [9].
Dificultad para pensar: Muchos estudios han relacionado la diabetes a un
mayor riesgo de pérdida de memoria, demencia, enfermedad de Alzheimer y
otros déficits cognitivos. Recientemente, algunos investigadores han sugerido
que la enfermedad de Alzheimer podría ser "diabetes tipo 3", que implica
resistencia a la insulina en el cerebro [8].
Las infecciones y las heridas: las condiciones de los pies y trastornos de la
piel, tales como úlceras, diabetes hacer la primera causa no traumática del pie y
20
amputaciones de las piernas. Las personas con diabetes también son
propensos a las infecciones como la enfermedad periodontal, candidiasis,
infecciones de las vías urinarias y las infecciones por hongos [8]
Cáncer: La diabetes aumenta el riesgo de tumores malignos en el colon,
páncreas, hígado y otros órganos [8].
Los trastornos musculo-esqueléticos: Condiciones que van desde la gota a
la osteoporosis con el síndrome de las piernas inquietas, el síndrome de dolor
miofascial son más comunes en los pacientes diabéticos que en los no
diabéticos [8].
Complicaciones del embarazo: La diabetes aumenta el riesgo de pre-
eclampsia, aborto involuntario, y defectos de nacimiento [8].
Dificultades emocionales: Muchos, pero no todos los estudios que exploran
las conexiones entre la diabetes y la enfermedad mental han encontrado
mayores tasas de depresión, la ansiedad y otras psicológicas en los pacientes
diabéticos. Además de la hiperglucemia crónica, los pacientes diabéticos
pueden experimentar episodios agudos de la hiperglucemia y la hipoglucemia
21
(glucosa baja). Los casos graves pueden causar convulsiones, daño cerebral y
coma diabético potencialmente fatal [8].
Emergencias agudas de glucosa son:
Choque insulínico: Esta etapa avanzada de la hipoglucemia es generalmente
debido a la cantidad excesiva de insulina o medicamentos para ciertos agentes
antidiabéticos [8].
Cetoacidosis diabética: Síndrome causado por déficit de insulina y/o
desenfreno de las hormonas catabólicas, caracterizado por hiperglicemia,
deshidratación, desequilibrio electrolítico y acidosis metabólica. Afecta de
preferencia a los diabéticos insulino dependientes, pero no es infrecuente en los
no dependientes en condiciones de estrés metabólico [10].
Estado hiperglucémico hiperosmolar no cetónico: Se caracteriza por
hiperglicemia, severa deshidratación, hiperosmolaridad asociada a
compromiso de conciencia y ausencia de acidosis metabólica significativa.
Afecta de preferencia a pacientes sin Diabetes Mellitus previa o con diabetes
tipo 2. Tiene una elevada letalidad [10].
22
Diabetes tipo 1:
Caracterizada por una destrucción de las células beta pancreáticas, deficiencia
absoluta de insulina, tendencia a la cetoacidosis y necesidad de
tratamiento con insulina para vivir (insulinodependientes). Se distinguen dos
sub-grupos:
1. Diabetes autoinmune: con marcadores positivos en un 85-95%
de los casos, anticuerpos antiislotes (ICAs), antiGADs (decarboxilasa del
ac. glutámico) y anti tirosina fosfatasas IA2 e IA2 ß. Esta forma también
se asocia a genes HLA.
Una enfermedad autoinmune en la cual el sistema inmune destruye por error las
células beta de toma de insulina del páncreas. Normalmente se desarrolla más
rápidamente que otras formas de diabetes. [11]
2. Diabetes idiopática: Con igual comportamiento metabólico,
pero sin asociación con marcadores de autoinmunidad ni de HLA [11].
La diabetes tipo 1 se debe a la destrucción autoinmunitaria selectiva, mediada
por el linfocito T, de las células B de los islotes pancreáticos. Se estima que los
macrófagos están entre las primeras células inflamatorias en hacerse presente
en los islotes. Más tarde, los islotes se infiltran con células mononucleares
activadas secretoras de la citocina. Los linfocitos T supresores de CD8
constituyen la mayor parte de estas células y se estima que son la principal
causa responsable de la destrucción de la célula B. La destrucción
autoinmunitaria de la célula B, un proceso que se estima mediado por
23
citocinas, tiene lugar gradualmente en el trascurso de años hasta que se pierde
suficiente masa de célula B para producir los síntomas de la deficiencia de la
insulina. En el momento del diagnóstico algunos islotes muestran infiltración
activa, en tanto que otros islotes están atróficos y constan solo de células A
secretoras de glucagón y de células D secretoras de somatostatina [11].
Al parecer la susceptibilidad genética tiene una participación algo más
importante en el desarrollo de la diabetes tipo 1 que en la diabetes tipo 2,
según se evidencia con la comparación de las tasas de concordancia en los
gemelos monocigotos. El riesgo de desarrollar diabetes tipo 1 también es
claramente mayor en los parientes de primer grado de las personas con
diabetes tipo 1 (2 a 6%). Al menos, 50% de la susceptibilidad genética para la
diabetes tipo 1 se ha relacionado con los genes del complejo principal de la
histocompatibilidad que codifican los antígenos leucocitarios humanos de clase
II [11].
Aunque se considera que la destrucción de la célula B corresponde a un
proceso mediado por célula y no a un proceso humoral, los anticuerpos se
asocian con el desarrollo de la diabetes tipo 1 y se han utilizado en estudios de
investigación para pronosticar el inicio de la diabetes [11].
Por lo general se diagnostica en niños y adolescentes, ya veces en los adultos
jóvenes. Para sobrevivir, los pacientes deben administrar medicamentos
insulina regularmente. La diabetes tipo 1 solía llamarse diabetes juvenil y
diabetes insulino-dependiente mellitus (DMID). Sin embargo, estos términos no
24
son exactos porque los niños pueden desarrollar otras formas de diabetes, los
adultos a veces se desarrollan formas de tipo 1, y otro de la diabetes pueden
requerir terapia con insulina [11]
Una variación de tipo 1 que se desarrolla más tarde en la vida, por lo general
después de los 30 años, se llama diabetes autoinmune latente del adulto
(LADA). A veces, los pacientes con diabetes autoinmune desarrollar resistencia
a la insulina debido a un aumento de peso o genéticos factores. Esta condición
se conoce como diabetes doble [8]
Diabetes Mellitus tipo 2
Caracterizada por insulino-resistencia y deficiencia (no absoluta) de
insulina. Es un grupo heterogéneo de pacientes, la mayoría obesos y/o
con distribución de grasa predominantemente abdominal, con fuerte
predisposición genética no bien definida (multigénica). Con niveles de
insulina plasmática normal o elevada, sin tendencia a la acidosis, responden a
dieta e hipoglicemiantes orales, aunque muchos con el tiempo requieren de
insulina para su control, pero ella no es indispensable para preservar la vida
(insulino-requirientes) [7].
La diabéticos tipo 2, de inicio en la adultez, se presenta como consecuencia de
una sobrecarga metabólica, stress oxidativo , incremento en la tasa de
apoptosis y perdida de la expresión de gránulos secretorios de insulina, sin
embargo alteraciones genéticas especifica en GSIS no han sido aun
dilucidadas; a diferencia de lo casos de diabetes tipo 2 –MODY en los cuales si
25
se han observado mutaciones en factores de trascripción como son HNF4–alfa ,
en la glucokinasa y en PDX1(homeobox-1 pancreática y duodenal) [12].
Su naturaleza genética ha sido sugerida por la altísima concordancia de
esta forma clínica en gemelos idénticos y por su trasmisión familiar. Si bien se
ha reconocido errores genéticos puntuales que explican la etiopatogenia de
algunos casos, en la gran mayoría se desconoce el defecto, siendo lo más
probable que existan alteraciones genéticas múltiples (poligénicas) [7].
El primer evento en la secuencia que conduce a esta Diabetes es una
resistencia insulínica que lleva a un incremento de la síntesis y secreción
insulínica, e hiperinsulinismo compensatorio, capaz de mantener la
homeostasia metabólica por años. Una vez que se quiebra el equilibrio entre
resistencia insulínica y secreción, se inicia la expresión bioquímica (intolerancia
a la glucosa) y posteriormente la diabetes clínica. Los individuos con
intolerancia a la glucosa y los diabéticos de corta evolución son
hiperinsulinémicos y esta enfermedad es un componente frecuente en el
llamado Síndrome de Resistencia a la Insulina o Síndrome [8].
Metabólico. Otros componentes de este cuadro y relacionados con la insulina-
resistencia y/o hiperinsulinemia son hipertensión arterial, dislipidemias,
obesidad tóraco-abdominal (visceral), gota, aumento de factores
protrombóticos, defectos de la fibrinólisis y ateroesclerosis. Por ello, estos
sujetos tienen aumentado su riesgo cardiovascular. La obesidad y el
26
sedentarismo son factores que acentúan la insulina-resistencia. La obesidad
predominantemente visceral, a través de una mayor secreción de ácidos
grasos libres y de adipocitoquinas (factor de necrosis tumoral alfa,
interleuquinas 1 y 6) y disminución de adiponectina, induce resistencia
insulínica. Si coexiste con una resistencia genética, produce una mayor
exigencia al páncreas y explica la mayor precocidad en la aparición de DM tipo
2 que se observa incluso en niños. Para que se inicie la enfermedad que tiene
un caracter irreversible en la mayoría de los casos, debe asociarse a la insulina-
resistencia un defecto en las células beta. Se han postulado varias hipótesis:
agotamiento de la capacidad de secreción de insulina en función del tiempo,
coexistencia de un defecto genético que interfiere con la síntesis y secreción
de insulina, interferencia de la secreción de insulina por efecto de fármacos e
incluso por el incremento relativo de los niveles de glucosa y ácidos grasos en
la sangre (glucolipotoxicidad) [7].
La Diabetes tipo 2 es una enfermedad progresiva en que a medida que
transcurren los años su control metabólico de va empeorando producto de la
resistencia a la insulina y a mayor deterioro de su secreción [8]
Los factores de riesgo y causas de la diabetes
Esta enfermedad generalmente se considera multifactorial, que involucra a
varios factores predisponentes y factores de riesgo. En muchos casos, la
27
genética, los hábitos y el medio ambiente, pueden contribuir a la diabetes de
una persona. Para complicar las cosas, no puede haber factores contrarios de
riesgo para las diversas formas de la enfermedad. Por ejemplo, la diabetes
autoinmune (tipo 1 y la diabetes autoinmune latente del adulto, LADA) es más
común en personas de raza blanca, pero la diabetes metabólica (tipo 2 y
diabetes gestacional) es más común en personas de otras razas y etnias. Tipo
1 generalmente se diagnostica en los niños, pero la edad avanzada es un factor
de riesgo para el tipo 2 y diabetes gestacional [8].
Resistencia a la insulina, prediabetes y síndrome metabólico son factores de
riesgo importantes de la diabetes tipo 2. Otros factores de riesgo de diabetes y
causas incluyen:
La genética y los antecedentes familiares: Ciertos genes son conocidos por
causar diabetes de la madurez de los jóvenes (MODY) y el síndrome de
Wolfram. Los genes también contribuyen a otras formas de diabetes, incluyendo
los tipos 1 y 2 [8].
Historial médico familiar es también influyente en diversos grados: Por
ejemplo, una persona cuyos padres tiene diabetes tipo 1 tiene una probabilidad
del 10 al 25% de desarrollar la enfermedad, de acuerdo con la Asociación
Americana de Diabetes, y alguien cuyos padres tiene diabetes tipo 2 tiene un
50% de probabilidades de desarrollar esta enfermedad [8].
28
Peso y cuerpo: El sobrepeso y la obesidad son factores importantes en la
diabetes tipo 2 y diabetes gestacional. El exceso de grasa, especialmente
alrededor del abdomen (obesidad central), promueve la resistencia a la insulina
y el síndrome metabólico [7].
3.3 Fisiopatología de la Diabetes Mellitus II
Como se ha descrito anteriormente, la diabetes mellitus tipo II, es un grupo
heterogéneo de desórdenes metabólicos incluyendo una hiperglicemia y una
acción deteriorada de la insulina o de la secreción de la misma.
Lo que fisiológicamente ocurre, es que las células Beta del páncreas sintetizan
insulina constantemente, sin tener en cuenta los niveles de glucosa. La insulina
es almacenada en las vacuolas y liberada una vez activa por una elevación de
los niveles de glucosa en sangre [13].
La insulina es la hormona principal que regula la captación de glucosa de la
sangre en la mayoría de las células, incluyendo células músculo-esqueléticas y
adipocitos. Es también la mayor señal de conversión de glucosa a glucógeno
para el almacenamiento interno en el hígado y las células músculo-
esqueléticas. Una caída del nivel de glucosa en sangre resulta en un descenso
29
en la liberación de insulina desde las células Beta y un aumento en la liberación
de glucagón desde las células Alfa, la cual estimula la conversión de glucógeno
a glucosa. Durante el ayuno nocturno, la glucosa es producida en gran parte por
glucogenólisis y gluconeogénesis [13].
Hay tres defectos claves en el comienzo de la hiperglicemia en DM II:
1.- Aumento de la producción de glucosa hepática.
2.- Disminución de la secreción de insulina.
3.- Daño en la acción de la insulina [13].
El paciente con DM II comienza primero con una resistencia a la insulina la cual
se refiere a una supresión o un retraso de la respuesta a la insulina. La insulino
resistencia es generalmente “post-receptor”, la cual se refiere a un problema
con la respuesta de las células a la insulina, más bien, que un problema con la
producción de insulina [13]. En este estadío de evolución de la diabetes que es
el primero, el paciente presenta glicemias normales pero con hiperinsulinemia.
Cuando ya se ha pasado a la etapa de la DM II propiamente tal, en este
estadío, ocurren dos fenómenos: una hiperglicemia con hipoinsulinemia [14].
30
Figura 1: Vías de señalización de la insulina en la regulación de la translocación de GLUT-4 en el músculo-esquelético de mamíferos.
Como se muestra en la figura, la insulina activa la dimerización del receptor de
tipo tirosin kinasa de la insulina (IR) por unión con la subunidad-alfa de IR. Una
vez IR activado se fosforila a sí mismo y al sustrato receptor de insulina -1
(IRS1). Fosforilado IRS1 se une a fosfatidilinositol 3 kinasa (IP3K), siendo
reclutado a la membrana plasmática y convertido en fosfatidilinositoles-4,5-
bifosfonato (PIP2) para fosfatidilinositoles-3,4,5-trifosfato (PIP3). El aumento de
PIP3 recluta fosfatidilinositol-dependiente de proteína kinasa-1 (PDK1) y AKT a
la membrana plasmática donde AKT es activado por PDK-1 mediada por
fosforilación. AKT activado fosforila a AS160/TBC1D1, la cual inhibe la
activación de su proteína Rab GTPasa (GAP) hacia la actividad particular de la
isoforma Rab. La inhibición de GAP aumenta la conversión de un Rab menos
activo llamado GDP-loaded a uno más activo GTP-loaded. Un aumento de
31
GTP-loaded activo permite un almacenamiento de vesículas de GLUT-4 para
luego acoplarse y fusionarse a la membrana plasmática. Cuatro estados de
translocación del GLUT-4 se han propuesto: Transferencia vectorial: las
vesículas de GLUT-4 son transportadas a la periferia de la células posiblemente
a lo largo de los microtúbulos. Tethering: las vesículas de GLUT-4 son retenidas
cerca de la periferia de la célula a través de un remodelamiento de la actina del
citoesqueleto. Acoplamiento: las vesículas de GLUT-4 se unen la membrana
plasmática a través de la interacción de VAMP-2 con complejos diana SNARE.
Fusión: incorporación irreversible de las vesículas de GLUT-4 a la membrana
plasmática se mejora a través de la acción de MUNC-18 sobre las proteínas
SNARE [13].
La glucosa es captada desde el flujo sanguíneo a través de una familia de
facilitadores de transporte (los transportadores de glucosa, GLUTs). En los
estados de insulino resistencia tanto en la obesidad como en la diabetes de tipo
2, la expresión de GLUT4 esta disminuida en el tejido adiposo, pero se preserva
en el tejido muscular [15].
Se ha investigado bastante en la identificación de los genes causantes de la
diabetes tipo 2. Por ejemplo los genes candidatos cuyo producto genético
defectuoso pudiera explicar la resistencia a la acción de la insulina podrían
incluir a la insulina propiamente tal, al receptor de la insulina o algunos vías
post-receptor responsables de los efectos post-receptor de la insulina, mientras
que los genes que regulan la liberación de insulina son candidatos para
defectos de celular tipo B [15].
32
Estos resultados ayudaron a descubrir los genes y las vías implicadas en la
patogénesis de la diabetes tipo 2 que pudieran ser nuevos blancos para las
intervenciones médicas en donde se han identificado tan solo una base
genética para la enfermedad en subgrupos muy pequeños de pacientes. Se
encontró que los defectos de en seis genes distintos importantes para la
función de las células B (p. ej., glucocinasa, factores nucleares hepáticos) son
la causa de diabetes en individuos con “diabetes de inicio en la madures de los
jóvenes” (MODY), un trastorno autosómico dominante causante únicamente de
5% de casos de diabetes tipo 2, que se caracteriza por diabetes leve en
individuos delgados son mucho más jóvenes que el promedio de pacientes
adultos tipo 2 [15]. De manera similar a la resistencia a la acción de la insulina
podría abarcar el de la insulina, el receptor de ésta, o los productos génicos
responsables de los efectos post-receptor de la insulina. Por tanto, se considera
que la resistencia a la insulina se debe a defectos post-receptor en la
señalización distal a las cinasas del receptor para insulina, como los sustratos
para el receptor para insulina (p.ej., IRS-1) o en los productos finales de genes
regulados por insulina, como el transportador de glucosa en el tejido adiposo y
musculo-esquelético (GLUT-4). Los intentos para identificar los genes
candidatos post-receptor posibles en los humanos dependen de los resultados
de estudios en animales (generalmente en ratones transgénicos), que
demuestran los efectos importantes de la depleción en sitios específicos (p.ej.,
hígado, músculos, tejido adiposo, cerebro) de elementos importantes de la vida
de señalización de la insulina, incluidos el receptor para la insulina, IRS y
GLUT-4 [2]. Por ejemplo, la disminución en la expresión de GLUT-4 en el tejido
33
adiposo, que también ocurre en los humanos con diabetes, causa alteración de
la actividad de la insulina sobre el músculo y el hígado, mientras que las
mutaciones en las proteínas IRS pueden causar tanto resistencia a la insulina
como defectos en la secreción de la insulina en las células Beta. Exámenes en
múltiples genes específicos candidatos para mutaciones genéticas tienen aun
que identificas diferentes causantes importante de diabetes tipo 2, los estudios
de análisis de vinculación amplia de genoma también están llevándose a cabo
en linajes o poblaciones especificas (e.j, indios PIMA que tienen 50% de
incidencia de diabetes tipo 2) para intentar la identificación de la localización
cromosómica de los defectos genéticos que subyacen en la diabetes tipo 2.
Usando este abordaje, el gen para calpaina 10, una proteasa de cisteína cuya
función en la liberación de insulina o acción apenas se está explorando, se ha
asociado con diabetes tipo 2 en mexicoamericanos y algunas otras poblaciones
[16].
La importancia de la obesidad en la diabetes tipo 2 queda en evidencia por el
hecho de que la pérdida de peso en los diabéticos tipo 2 obesos puede
aminorar, o incluso evitar, el trastorno metabólico de la enfermedad. La
evidencia que surge sugiere que un tejido adiposo, al ser utilizado como
combustible y Hormona endocrina, es un órgano importante en la patogénesis
de la resistencia a la insulina en diabetes tipo 2. Las hormonas producidas por
el tejido adiposo (adipocinas), como la resistina, una proteína que se sintetiza
en mayores cantidades en el tejido adiposo de ratones obesos y ocasiona
resistencia a la insulina en el tejido adiposo y el músculo, o la adiponectina,
34
proteína con posible actividad sensibilizante a la insulina, cuya producción es
deficiente en los ratones obesos, podrían ser el vínculo faltante entre la
obesidad y la diabetes en humanos. Además, la producción de factor de
necrosis tumoral (TNF) por el tejido adiposo también puede ocasionar la
resistencia a la insulina al estimular e inactivar la fosforilación de las proteínas
de unión del receptor de la insulina, como IRB-1 (substrato del receptor de la
insulina-1), el cual es llave en la transmisión de la señal para la insulina y para
el factor de crecimiento similar a la insulina tipo 1 (IGF-I) [16].
Figura 2: Patogénesis de la DM II. Las teorías actuales en DM II incluyen un defecto en la captación de glucosa mediada por la insulina en el músculo-esquelético, una disrupción de la función secretora en los adipocitos, una disfunción en las células Beta pancreáticas, daño en la sensibilidad y la respuesta a la hiperglicemia en el sistema nervioso central, una acumulación excesiva de lípidos, y un daño en la oxidación de ácidos grasos debido a la obesidad, sedentarismo y predisposición genética.
35
3.4 Formas de captación de glucosa desde el músculo esquelético
Es conocido ya, que hay mecanismos y sustancias captadoras de glucosa
desde el músculo esquelético, ya que la contracción muscular es un estímulo
importante para el ingreso de la glucosa a la célula muscular, los
transportadores de glucosa también cumplen una función clave, y de estos hay
dos tipos:
I. Los vinculados al sodio (intestinales y renales) o co-
transportadores de Na+/Glucosa: En el ser humano los monosacáridos
de la dieta como la glucosa, la galactosa y la fructosa, se absorben en el
duodeno y en la parte superior del yeyuno en el intestino delgado. La
glucosa y la galactosa entran en las células epiteliales intestinales en
contra de sus gradientes de concentración por un mecanismo de
cotransporte dependiente de sodio (Na+). [17] En el epitelio intestinal y
epitelio de los túbulos contorneados proximal y distal existen sistemas de
co-transporte de glucosa acoplados a Na+ que permiten la absorción
rápida de esta molécula desde el íleo hacia el sistema portal y además
de la reabsorción de la glucosa filtrada en el glomérulo nuevamente al
torrente circulatorio. Este sistema se denomina SGLT (Sodium/Glucose
Transporters), del cual se conocen 6 isoformas (SGTL1-6) que
aprovechan el transporte del Na+ a favor de su gradiente de
36
concentración para generar una corriente electroquímica que produce los
cambios conformacionales necesarios para la traslocación de la glucosa
a través de la membrana plasmática [18]. Como se menciona
anteriormente el ion Na+ proporciona la fuerza motriz para el movimiento
de la glucosa al interior celular. El gradiente químico de Na+ que impulsa
el transporte de la glucosa se mantiene por acción de la bomba de Na+ y
potasio (K+), llamada también ATPasa de Na+/K+ por utilizar trifosfato de
adenosina (ATP) como fuente de energía. El Na+ que ingresó al interior
celular junto con la glucosa o la galactosa es bombeado hacia fuera
nuevamente, manteniéndose el gradiente a favor de la entrada de este
ión. La glucosa y la galactosa se mueven posteriormente hacia los vasos
sanguíneos intestinales siguiendo su gradiente de concentración [17].
II. Los que transportan glucosa a través del mecanismo de difusión
por gradiente o la familia de Gluts: Corresponden a las proteínas
encargadas del transporte de los monosacáridos al interior de todas las
células del organismo. Se han identificado 14 de ellas (GLUT 1-GLUT
14) divididas en tres subfamilias de acuerdo a las similitudes en su
secuencia y a sus características funcionales, como su especificidad al
sustrato (glucosa, fructosa y/o galactosa), sus valores de Km, o su
respuesta a los bloqueadores específicos citocalasina B y forskolina. En
este caso, la glucosa entra a las células por otros mecanismos, como los
sistemas facilitadores del transporte de glucosa o GLUT. Estos
37
transportadores se expresan en todos los tejidos del organismo,
constituyendo el principal mecanismo de entrada de la glucosa todas las
células. Los GLUT transportan la glucosa a favor de su gradiente de
concentración, de ahí el nombre de difusión facilitada. Estos
transportadores son glicoproteínas cuya masa molecular fluctúa entre 45
y 55 kDa, el análisis de hidropatía predice una estructura con 12 cruces
transmembranales conectados entre sí por asas hidrofílicas; la primera
asa es externa y en algunos GLUT presenta un sitio de glicosilación.
Tienen sus grupos amino y carboxilo terminales del lado citosólico de la
membrana. Presentan sensibilidad a la citocalasina B. La selectividad a
la glucosa está determinada por una serie de secuencias de aminoácidos
altamente conservadas; por ejemplo, la secuencia QLS de la hélice 7 es
importante para el reconocimiento de la glucosa en el GLUT 1, en el
GLUT 3 y en el GLUT 4; asimismo, se ha descrito que la arginina y la
glicina de los segmentos 4 y 10, así como el triptófano de la hélice 10 y
las secuencias glicina/arginina o arginina/lisina localizadas en las asas
que unen a las hélices 2 y 3 y las que unen a las hélices 8 y 9, son
también sitios de unión a la glucosa. Por otro lado, el arreglo dileucina
(señal crítica para el transporte de glucosa) intracelular, cerca del
carboxilo terminal es crítico para la internalización de los transportadores
en el reciclado de los mismos. Se ha sugerido que cinco de los cruces
forman un poro acuoso por donde es transportada la glucosa [17].
38
3.4.1 Clasificación de los GLUT
a) GLUT clase I: Estos sistemas de transporte comprenden a las
bien caracterizadas isoformas GLUT 1 a GLUT 4 y al
recientemente identificado GLUT 14.
GLUT-1: Se codifica por un gen localizado en el cromosoma
22 y está formado por 664 aminoácidos. Tiene una Km de 1 a
2 mM y además transporta galactosa [17]. Este GLUT también
se conoce transportador de glucosa de eritrocito/cerebro cuya
cinética de transporte se ha investigado desde hace más de 40
años principalmente en eritrocitos humanos cuando Widdas y
colaboradores en 1952 propusieron la existencia de un
mecanismo de transporte de glucosa saturable en la placenta
humana [18]. Se expresa en muchos tejidos, como en los
eritrocitos, en las células endoteliales del cerebro y en las
células neuronales, entre otras. En el músculo esquelético su
mayor expresión se presenta durante la gestación y disminuye
después del nacimiento. Sin embargo, era moderna del estudio
de este transportador comenzó en 1977 cuando Kasahara y
Hinkle lograron purificarlo en 1977 a partir de las membranas
de eritrocitos, hecho que fue posible gracias a que representa
el 5% del total en peso de la membrana plasmática eritrocitaria
[17,18].
39
GLUT-2: Está constituido por 522 aminoácidos y se codifica
por un gen localizado en el cromosoma 3. Tiene una Km de 17
mM. Se expresa principalmente en las células pancreáticas, en
el hígado, en el riñón y en la membrana basolateral del
intestino delgado. Transporta también galactosa y fructosa
[18]. Gracias a su elevado Km este GLUT transporta glucosa
proporcionalmente a su concentración por lo que se le atribuye
la propiedad de glucosensor en las células que lo poseen, en
especial en hígado y célula beta pancreática; así, por ejemplo,
con una baja concentración de glucosa en plasma este GLUT
no es capaz de transportar glucosa al interior de la célula beta
y por ende, la secreción de insulina es muy baja. Otra acción
interesante del GLUT-2 es que interviene en el metabolismo
hepático de la glucosa ya que después de las comidas, el
hígado es capaz de incorporar la glucosa proveniente de los
alimentos gracias al GLUT-2 para ser convertida rápidamente
en glucógeno. De forma inversa, durante el período post-pan-
drial tardío (período comprendido de 6 a 8 horas después de
las comidas) el glucógeno sufre degradación generando
moléculas de glucosa que salen de la célula hepática a la
sangre, manteniendo así los niveles de glucosa plasmática
dentro de límites normales [18].
40
GLUT-3: Este transportador alta afinidad por la glucosa y se
expresa en tejidos que tienen un alto requerimiento de este
azúcar, aunque también transporta galactosa. Está formado
por 596 aminoácidos y se codifica por un gen localizado en el
cromosoma 12. Tiene una Km para la glucosa de 2 mM. En los
seres humanos se presenta en mayor expresión en el sistema
nervioso central, en la placenta, en el hígado, en el riñón y en
el corazón. En el cerebro su función está acoplada al GLUT-1,
permitiendo el transporte vectorial de la glucosa desde la
sangre hasta las neuronas [17]. Estudios recientes han
comprobado su expresión en las células de trofoectodermo de
embriones de ratón. El bloqueo de GLUT 3 conlleva a la
muerte por apoptosis del embrión comprobando la importancia
de este transportador en el desarrollo embrionario [18]
GLUT-4: Es uno de los transportadores más estudiados.
Presenta alta afinidad por la glucosa y se expresa en aquellos
tejidos sensibles a la insulina, como el músculo esquelético, el
tejido adiposo o el corazón. Actualmente se sabe que la
insulina estimula la incorporación del GLUT 4 a la membrana
plasmática a partir de vesículas intracelulares, incrementando
de 10 a 20 veces el transporte de la glucosa. El GLUT 4 está
formado por 509 aminoácidos y se codifica por un gen
localizado en el cromosoma 17. Tiene una Km para la glucosa
41
de 5 mM [17]. En condiciones basales, la vasta mayoría de las
moléculas de Glut-4 se encuentran localizadas dentro de
vesículas en el citosol que forman dos tipos de
compartimientos bien definidos, ya que un grupo de estas
vesículas responden a la señal de la insulina y otro grupo
responde fundamentalmente al estímulo que representa la
actividad física. Este comportamiento representa un
mecanismo muy fino de regulación del metabolismo de la
glucosa que solo permite la entrada de glucosa al tejido
muscular cuando es lo suficientemente elevada como para
estimular la secreción de insulina y que en última instancia
favorecerá la entrada del excedente de glucosa al interior
muscular. Uno de los eventos más importantes en la
bioquímica moderna ha sido la dilucidación de los mecanismos
involucrados en la respuesta de las vesículas que contienen
Glut-4 a la señal insulínica y que finalmente conducen a la
fusión de éstas con la membrana plasmática. Este intrincado
sistema requiere el concurso de una serie de proteínas de las
vesículas y de la membrana que se denominan en conjunto
“proteínas SNARE”. La traslocación del Glut-4 a la membrana
también requiere de la activación de la enzima fosfatidilinisitol-
3-cinasa (PI-3K) por intermedio del IRS-1 fosforilado, que
forma un complejo con dicha enzima que produce un
incremento de su actividad unas 20 veces. Igualmente, una
42
segunda vía de activación de la traslocación (por ejercicio) se
lleva a cabo gracias a la activación de la enzima AMPK por el
incremento de la relación AMP/ATP y por alosterismo positivo
por el AMP. Existe evidencia reciente de que una tercera vía
de traslocación de Glut-4 a la membrana que involucra la
síntesis de óxido nítrico (NO) durante la contracción muscular y
activación ulterior de la enzima guanilato ciclasa, ya que en
experimentos utilizando Nitroprusiato de Na+(donador de NO)
se observó un incremento en el transporte de glucosa en
células de músculo esquelético aislado [18].
GLUT-14: El gen humano que codifica a este sistema de
transporte está localizado en el cromosoma 12p 13.3 (17.1M),
aproximadamente 10 Mb antes del inicio del gen de GLUT 3,
con el que tiene una alta identidad. El GLUT 14 consiste de 11
exones y hasta hace poco se consideraba un pseudo-gen, ya
que no se había encontrado un producto proteico derivado.
Actualmente se sabe que la expresión de GLUT 14 tiene dos
formas editadas alternativas: una corta (GLUT 14-S) que tiene
10 exones y codifica para una proteína de 497 aminoácidos,
que es 94.5 % idéntica al GLUT 3 y una forma larga (GLUT-L)
que tiene un exón más y codifica para una proteína de 520
aminoácidos y que difiere con el GLUT 14-S sólo en el amino
43
terminal. se expresan específicamente en el testículo, con
mayor predominancia que el GLUT 3 [17].
b) GLUT clase II: Dentro de esta clase encontramos al
transportador selectivo de la fructosa, el GLUT 5 y a los
transportadores GLUT 7, GLUT 9 y GLUT 11.
GLUT-5: La expresión de este transportador es altamente
regulada durante el desarrollo. Es trasportador exclusivo de la
fructosa en el intestino delgado, testículos y riñón. Está formado
por 501 aminoácidos y está codificado por un gen localizado en el
cromosoma 1 [17]. Su expresión en el músculo esquelético
humano se relaciona a su capacidad de utilizar la fructosa para la
glucólisis y la síntesis de glucógeno de forma independiente de la
incorporación por medio del Glut-1 y el Glut-4. Este transportador
no posee uno de los dominios de reconocimiento de la glucosa, el
dominio QLS, en la alfa hélice Nº 7, por lo tanto, no transporta
glucosa [18].
GLUT-7: Transportador clonado desde el intestino humano.
Corresponde a un transportador de alta afinidad a la glucosa y a la
fructosa, originalmente fue descrito como un transportador del
44
retículo endoplásmico. Está formado por 524 aminoácidos y tiene
un 53% de identidad con el GLUT 5. Presenta una afinidad para la
glucosa de 0.3 mM y para la fructosa de 0.06 mM. El RNA
mensajero del GLUT 7 ha sido detectado en el intestino delgado,
en el colon, en los testículos y en la próstata [17].
GLUT-9: El gen que codifica para este transportador está
localizado en el cromosoma 4p 15.3-p 16 y consiste de 12 exones
que codifican una proteína de 540 aminoácidos. Este
transportador se expresa en riñón, en el hígado, intestino delgado,
placenta, en los pulmones y en los leucocitos [17].
GLUT-11: Transportador que tiene una muy alta similitud con el
GLUT 5, de alrededor de un 42%. Constituido por 496
aminoácidos y se codifica por un gen localizado en el cromosoma
22. Se han detectado tres isoformas de este transportador (GLUT
11-A, GLUT 11-B y GLUT 11-C) que difieren entre sí por su
secuencia de aminoácidos del amino terminal. GLUT 11-A se
expresa principalmente en el corazón, en el músculo esquelético y
en el riñón; GLUT 11-B se expresa en el riñón, en el tejido adiposo
y en la placenta; GLUT 11-C se expresa en el tejido adiposo, en el
corazón, en el músculo esquelético y en el páncreas. Tienen baja
afinidad por la glucosa y por la citocalasina B [17]. A diferencia del
Glut 4 la actividad del transporte de glucosa del Glut 11 es inhibida
en gran medida por la fructosa, lo que lleva a pensar que este es
45
un transportador para fructosa con baja afinidad para la glucosa
[17].
c) GLUT clase III: Esta familia de GLUT comprende a GLUT 6, al
GLUT 8, al GLUT 10, al GLUT12 y al transportador de mio-inositol
acoplado a protones (HMIT).
GLUT-6: Corresponde a una proteína formada por 507
aminoácidos. Tiene baja afinidad por la glucosa, aunque no se ha
determinado si transporta a la fructosa. Se expresa en el cerebro,
en el bazo y en los leucocitos [17]. Este GLUT es muy similar al
GLUT 8 con un 44,8% de homología [18].
GLUT-8: Es una proteína de 42 kDa, formada por 477
aminoácidos y cuyo gen se localiza en el cromosoma 9 de
humano. Este transportador presenta un 29.4% de similitud con el
GLUT 1. Como se encuentra localizado intracelularmente, se cree
que no está involucrado en el consumo basal de la glucosa y su
expresión, migración y reciclado depende de diversos estímulos
hormonales y nerviosos (insulina entre ellos), aunque otros
factores estresantes como la hipoxia y la hipoglucemia pueden
inducir su función. Presenta alta afinidad por la glucosa y es
inhibido específicamente por la D-fructosa y la D-galactosa [17].
46
Se expresa de manera predominante en testículos, blastocisto y
cerebro (cerebelo e hipocampo) y en mucha menor cantidad en el
bazo, próstata, intestino delgado, corazón, cerebro y músculo
esquelético [18].
GLUT-10: Es expresado de manera importante en pacientes
con diabetes mellitus tipo II. El gen se localiza en el cromosoma
20q12-13.1. Este transportador está formado por 541
aminoácidos. Tiene un 35 % de similitud con el GLUT 3 y con el
GLUT 8. Se expresa predominantemente en el hígado y en el
páncreas. Debido a su localización tisular y su función se
considera, que las alteraciones en el gen del GLUT 10 están
involucrados en la susceptibilidad a la DM II [17].
GLUT-12: Este transportador fue originalmente clonado de una
línea celular de cáncer de mama y su expresión se ha detectado
en la glándula mamaria de ratas. Es una proteína formada por 621
aminoácidos con una masa molecular de aproximadamente 67
kDa [17]. Se expresa en el músculo esquelético, tejido adiposo e
intestino delgado [18.]
HMIT: También conocido como GLUT 13. se le conoce como el
transportador a mioinositol acoplado a H+. Está formado por 629
47
aminoácidos. Tiene un 36% de similitud con el GLUT 8. [17] Se
expresa fuertemente en células de la glía y en algunas neuronas
con la capacidad de transportar mioinositol y glucosa cuando se
encuentra a una alta concentración [18].
Figura 4: Clasificación de la familia de los sistemas facilitadores del transporte de glucosa (GLUT) del humano en función de la similitud de su secuencia. Los números dentro de los corchetes del árbol indican el porcentaje de identidad.
48
3.4.2 Nuevas sustancias involucradas en la captación de glucosa
Desde hace muchos años que se sabe que el ejercicio es una herramienta
fundamental para tratar a los pacientes con diabetes mellitus tipo II y que el
doctor patólogo Elliot Joslin ya había descubierto. Él decía que llevando un
control estricto de la glucosa en la sangre a través de una dieta, ejercicios
y pruebas constantes podría extender la vida y prevenir las complicaciones de
esta enfermedad. Por lo tanto se sabe que el ejercicio ayuda a controlar los
niveles de glicemia en la sangre como vía alternativa al tratamiento
farmacológico tradicional. Lo que se intenta dar a conocer en esta revisión, son
las distintas sustancias y mecanismos involucrados en la captación de glucosa
durante el ejercicio en pacientes con diabetes mellitus tipo II y estas sustancias
y mecanismos a describir son las siguientes: AMP-k, Calcio-calmodulina
dependiente de las proteínas kinasas, Proteína kinasa C, AKT sustrato de 160
KDA (AS160), Bradicinina, Mef – 2, PGC – 1 alfa, Calcineurina , P38(MAPK),
Vanadio, Glut4, Estrógeno, Snap23, VAMP2, Munc 18c, Syntaxin 4, AICAR (5-
aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleoside), Hexoquinasa II, IGF – 1,
Proinsulina del péptido C y Oxido Nítrico.
49
IV.- Mecanismos y sustancias involucradas en la captación de glucosa en DM II.
4.1 AICAR (5-Amino-4-imidazola carboxamida ribosa).
La osforil kinasa activada por AMP (AMPK) es un importante sensor de energía
dentro del musculo-esquelético. El AMPK es activado por el incremento en la
relación AMP/ATP y creatina (Cr)/fosfocreatina(PCr), por la contracción
muscular, y farmacológicamente por la 5-amino-4 amidazola carboxamida
ribosa (AICAR). El AICAR es un compuesto permeable el cual es osforilado
para formar ZMP un mimético del AMP en la cascada de señalización del
AMPK. Dentro de los efectos metabólicos del AICAR se incluyen un incremento
en la captación de glucosa y la repartición de los ácidos grasos (FA) hacia la
oxidación y alija de la esterificación al triacilglicerol [19].
Así como el ejercicio, el efecto estimulador del transporte de la glucosa por el
AICAR no es inhibido por la wortmanina (un inhibidor del P13K, generando una
inhibición la captación de glucosa) y sus aditivos a la de un estimulo máximo de
insulina [20]. Además, una infusión de AICAR inhibe la síntesis hepática de
ácidos grasos y estimula la oxidación de ácidos grasos (FA), lo cual podría
aparentemente promover la gluconeogénesis, reduciendo la producción
hepática de glucosa [21].
50
Miguel A. Iglesias et al, en su estudio con ratas Wistar machos, demostraron
que el AICAR incrementa la actividad del AMPK preferentemente en la fibra
muscular blanca y esto fue asociado con una supresión sustancial de los
niveles de glucosa y FA en el plasma. En las ratas, el 70% del musculo está
compuesto de fibras tipo Iib, el principal componente del musculo blanco. Por
tanto, el AMPK mediado por respuestas metabólicas en el musculo esqueleto
blanco luego de la administración de AICAR podría tener una importante
influencia en la homeostasis de la glucosa u los lípidos en todo el cuerpo [22].
Lemieyx et al, demostraron que la infusión de AICAR genera la translocación de
GLUT4 a la membrana plasmática del musculo esquelético, sin embargo, no se
ha dado la translocación a los túbulos-T, el mayor componente del área de
superficie celular en el musculo. Esta evidencia sugiere que la activación del
AMPK incrementa selectivamente la translocación del GLUT4 a la membrana
plasmática, excluyendo la membrana de los túbulos-T [23].
El AICAR es el primer estimulo conocido en incrementar la captación de
glucosa sin un reclutamiento detectable de GLUT4 en los túbulos-T. Esto
además sugiere que la translocación de GLUT4 estimulado por la contracción
muscular a los túbulos-T atraviesa un mecanismo independiente del AMPK [23].
Pold et al, demostraron en su estudio con ratas ZDF, que una inyección diaria
subcutánea puede prevenir, o al menos posponer, el desarrollo de hiperglicemia
en los modelos de roedores diabéticos, además, demostraron tanto en el grupo
de roedores con ejercicio como los que recibían dosis de AICAR, un aumento
51
en la acción de la insulina periférica, y los cambios exhibidos por ambos grupos
con tratamiento fueron casi idénticos [24].
4.2 AMP-K.
La diabetes tipo 2 se caracteriza por un metabolismo anormal de la glucosa,
grasa y la insulina, debido en parte a la resistencia a las acciones de la insulina
en los tejidos periféricos. El beneficio del ejercicio en pacientes diabéticos es
bien conocido y la investigación reciente indica que la proteína quinasa activada
por AMP (AMPK) juega un papel importante en este [25].
El AMPK es una proteína quinasa de serina/treonina filogenéticamente
conservada [27], la adenosina 50-monofosfato (AMP)-activa la proteína quinasa
(AMPK) el cual es un actor clave en la regulación del metabolismo de la
energía, colocándolo en el centro de la escena en los estudios de la diabetes y
enfermedades metabólicas expresado en los principales órganos
metabólicamente [26], actúa como un integrador de señales reguladoras en
constante seguimiento del estado de energía sistémica y celular [27].
La AMPK pertenece a la familia de la energía de detección de enzimas que se
activan por estrés celular que resulta en la depleción de ATP [26], por lo tanto
es una enzima que funciona como un sensor energético que se activa en
condiciones de agotamiento de fosfato de alta energía. Tras la activación, las
52
funciones de AMPK para restaurar el ATP celular mediante la inhibición de los
procesos de consumo de ATP, así como acelerar los procesos de generación
de ATP [25]
AMPK se está implicado en la estimulación del transporte de glucosa y la
oxidación de ácidos grasos producida por estos estímulos. El aumento en el
conocimiento sobre las funciones del AMPK como regulador de la
coordinación de anabólicos (síntesis y almacenamiento de la glucosa y ácidos
grasos) y procesos catabólicos (oxidación de la glucosa y ácidos grasos)
representa una atractivo blanco terapéutico para la intervención en muchas de
las condiciones de desequilibrio energético [27].
La activación hepática del AMPK disminuye PEPCK y G6 Pase lo que se
reduce la gluconeogénesis; aumenta b oxidación de ácidos grasos y triglicéridos
y disminuye la síntesis de colesterol y se invierte el hígado graso [29]. En el
tejido adiposo, la activación de la AMPK disminuye la expresión de PPARg,
disminuye la adipogénesis y la lipogénesis y la lipólisis aumenta, disminuye la
liberación de TNFa e IL-6 de los adipocitos y aumenta su degradación y
aumento de la secreción de adiponectina. Los dos medicamentos más
importantes los 2 medicamentos que son utilizados para él tratamiento de la
diabetes son la metformina, rosiglitazona, y adipocinas como la adipocinectina y
leptina muestran sus efectos metabólicos parcialmente a través de la AMPK.
Estos datos sugieren que la AMPK puede ser una sustancia clave en el
desarrollo de nuevos tratamientos para la obesidad, la diabetes tipo 2 y el
síndrome metabólico [25].
53
La activación de la AMPK se piensa para mediar, al menos parcialmente, los
aumentos en la oxidación de ácidos grasos del músculo esquelético y el
transporte de glucosa que se producen durante el ejercicio agudo. El efecto
estimulante sobre la oxidación de los ácidos grasos son los resultados de la
fosforilación y la inhibición de la acetil-CoA carboxilasa (ACC) de la AMPK [30].
AMPK estimula el transporte de glucosa al músculo esquelético está expuesto a
los estímulos que reducen la carga de energía intracelular. La eficacia de la
AMPK para activar el transporte de glucosa es comparable a la observada con
la insulina en el músculo, pero las señales proximales mediadoras insulina y
AMPK-regulado el transporte de glucosa son distintos. El hallazgo de que la
activación de AMPK provoca un nuevo mecanismo de señalización que
conduce a un mayor transporte de glucosa en el músculo esquelético tiene
importantes implicaciones clínicas y terapéuticas. AMPK también mejora la
sensibilidad a la insulina a transporte de glucosa, y el mecanismo de este efecto
no se entiende también totalmente [28].
En conclusión la activación del AMPK contribuye a muchos efectos beneficiosos
para la salud del ejercicio físico sobre la glucosa y el metabolismo de los lípidos
de forma aguda aumentando la eliminación de glucosa muscular y la oxidación
de ácidos grasos y, crónica, mediante la mejora de número de mitocondrias y
su función [30]. Ahora hay también indicios de que el sistema AMPK está
54
involucrado en los efectos beneficiosos de la restricción calórica en
Alargamiento vida útil [29].
4.3 AS160.
Hace algún tiempo ya es conocida la importancia de las proteínas Rab (Ras
gene from rat brain o gen Ras del cerebro de rata) en el metabolismo de
la glucosa y su captación. Las Rab son proteínas que regulan la fusión y el
transporte intracelular de membranas y vesículas en las células eucarióticas.
Participan tanto de la vía endocítica como de la exocítica. Se cree que estas
proteínas facilitan y regulan la cinética del anclaje y apareamiento de v-SNARE
y t-SNARE. También, activan otras proteínas efectoras que acercan las
vesículas a su membrana blanco e intervienen en la fusión, acelerando y
dirigiendo este proceso. Se sabe que los complejos multiprotéicos que incluyen
a las Rab, las SNARE y a otras proteínas de anclaje, permiten la interacción
inicial entre dos vesículas con la posterior fusión de las membranas de cada
una [31]. Dentro de las famosas proteínas activadoras de Rab encontramos al
sustrato Akt de 160 Kda (AS160), lo que hace esta proteína es activar a las
GTPasa Rab ya que ésta molécula (GTPasa Rab) ha sido recientemente
identificada como última en la vía de regulación implicada en la señalización de
insulina para la captación de glucosa en el músculo esquelético del ratón [32].
55
Tomoyuki Yuasa and cols. reportaron que la activación de la GalfaqPCRs
promovía la fosforilación de AS160 por la AMPK y a su vez se estimulaba la
translocación de Glut-4 y la captación de glucosa en varias líneas celulares [33].
Sin embargo Lorena Eguez et al. En su estudio, analizan el shRNA de ratones y
demuestran que la proteína activadora AS160 Rab GTPasa es un regulador
negativo de la exocitosis basal de Glut-4. Pero a su vez descubrieron que al
haber una caída de la AS160, dio lugar a una redistribución parcial de los
compartimentos intracelulares de Glut-4 a la membrana plasmática con un
aumento concomitante en la captación de glucosa basal y un aumento de hasta
3 veces en la exocitosis de Glut-4 basal [34].
La fosforilación insulino-dependiente del AS160 se requiere para la
translocación de Glut-4. También en un estudio de Farah S. and cols. se ha
demostrado que la activación de Akt, C/N PKC, o 2-AMPK se interceptan en
AS160 para regular el tráfico de Glut-4, por lo tanto el potencial de AS160 va en
aumento como terapia para aumentar la captación de glucosa muscular [35]. En
otro estudio se concluyó que fisiológicamente la hiperinsulinemia aumenta la
fosforilación de AS160 en el músculo esquelético humano y que los efectos de
la acción de la insulina sobre AS160 puede poner en peligro el tráfico de Glut-4
en la diabetes de tipo II [36]
En este estudio de Katsuhiko Funai y Gregory Cartee, el objetivo primario fue
evaluar la evolución temporal de los efectos de contracción sobre el transporte
de glucosa y la fosforilación de Akt, AMPK, CaMKII y AS160. Nuestro objetivo
56
primario fue evaluar la evolución temporal de los efectos de contracción sobre el
transporte de glucosa y la fosforilación de Akt, AMPK, CaMKII y AS160.
Músculos epitrocleares de rata fueron aislados para estudiarse en estado de
contracción y sin contracción durante 5, 10, 20, 40, 60 min. Fosfo-Akt sustrato
(PAS) de anticuerpos se utilizó para medir la fosforilación de AS160 PAS
mediante la cuantificación de la banda ~ 160-kDa en inmunotransferencias PAS
(PAS-160); una banda separada en 150 kDa (PAS-150) que respondieron de
manera similar a la contracción era también identificado. De este estudio se
concluyó que el AS160 (PAS-160) y el TBC1D1 (PAS-150) responden a la
contracción transitoriamente a pesar de la estimulación sostenida, también se
observó que la activación continua de AMPK fue insuficiente para sostener el
aumento en PAS-160 o PAS-150 y que la elevación sostenida de PAS-160 o
PAS-150 fue innecesaria para mantener la contracción estimulada por el
transporte de glucosa durante un máximo de 60 minutos [37].
Hans C. Dreyer and cols concluyeron que la fosforilación de AS160/TBC1D4 del
musculo esquelético y la captación de glucosa a través de la pierna aumenta
durante el periodo de recuperación post ejercicio siguiendo con ejercicios de
carga intensa [38].
Grantley and cols en su estudio hipotetiza que el AS160 se localizan en las
vesículas contenedoras de Glut-4 que a través de su interacción con IRAP
(Insulin-regulated aminopeptidase) donde inhibe la actividad de los substratos
Rab en zonas vecinas, efectivamente la inmovilización de vesículas
intracelularmente [39]. Hiroyuki sano enfatiza que la insulina estimula la
57
fosforilación del AS160 y que la AS160 se requiere para la translocación de
GLUT4 y que esta fosforilación da señales de translocación a través de la
inactivación de la función de BPA Rab [40].
En otro estudio de Daniela Baus et al., En su trabajo quisieron identificar una
variante de noble de AS160 (variante 2 de AS160, AS160_v2) que carece del
exón 11 y 12. Señala que estudios basados en inmunofluorescencia indican una
relación directa del AS160 con una baja del Glut-4 basal, pero no bajo
condiciones de estimulación de insulina. Además una sobreexposición de
AS160_v2 (variante 2 del AS160) ligeramente mejoró la captación de glucosa
en un modelo de insulino resistencia pero no fue capaz de prevenir
completamente la inducción de la resistencia a la insulina. Esto fue
acompañado con la disminución de la fosforilación de AKT y AS160_v2.
Concluyen que la variante 2 del AS160 parece ser un regulador noble de
transporte de glucosa que positivamente influencia la captación de glucosa [41].
Otro estudio de Katsuhiko Funai et al. Indica que una sesión de ejercicio
individual puede aumentar la insulina-independiente del transporte de glucosa
inmediatamente después del ejercicio y de insulina dependiente del transporte
de glucosa (GT) por varias horas después del ejercicio. El sustrato Akt de 160
kDa (AS160) y TBC1D1 son proteínas Rab GTPasa de activación que han sido
propuestas para contribuir a estos efectos del ejercicio. Para comprobar, si
estos eventos de señalización o fosforilación de TBC1D1 eran importantes para
58
la mejora de insulina estimulada por GT después del ejercicio fueron estudiadas
ratas Wistar macho (línea albina de ratas parda creada genéticamente por el
Instituto Wistar para su empleo en laboratorio) utilizando cuatro protocolos
experimentales (2-h de ejercicios de natación, diferentes con respecto a los
plazos de toma de muestras del músculo y si el alimento se proporcionó post-
ejercicio) que se sabe que varían en su influencia de independencia de insulina
y dependencia de la insulina GT post-ejercicio. Finalmente concluyen que
aumento la fosforilación de AS160 pero no aumentó PAS- TBC1D1 o la
actividad de AKT, la cual es importante para el aumento de la estimulación de
insulina GT post-ejercicio en el músculo esquelético de la rata. También apoyan
la idea de que el aumento de la fosforilación de TBC1D1 puede jugar un papel
en el aumento independiente de la insulina en GT post-ejercicio [42].
4.4 Bradiquinina.
La bradiquinina es un péptido conocido por su papel en la vasodilatación y
puede, junto con la adenosina, ser un importante regulador del flujo sanguíneo
durante el ejercicio generando proteasas y proteínas precursoras para la
bradiquinina en su acción y presencia sobre el musculo liso vascular. Además
se han encontrado receptores específicos para la bradiquinina tanto en el
musculo cardiaco como en el esquelético, asociándola de esta manera a un
59
efecto hiperémico para ambos tipos celulares durante el ejercicio moderado e
intenso [42].
Estudios previos han demostrado que la bradiquinina estimula directamente la
translocación de GLUT4 e incrementaba la captación de 2-desoxi-d-glucosa (2-
DG) a través de una vía independiente de la insulina tanto en adipositos 3T3-L1
y Miotubos L6 [42]. Así mismo Tetsuya et al [15] usando termocapril en ratones
con KK-Ay provoca un incremento de la bradiquinina en las células musculares,
demostrando que aumenta parcialmente la translocación de GLUT4. K. La
bradiquinina actúa por unión al receptor G-Proteina-acoplada, tanto B1 como
B2, señalando predominantemente a través de receptores B2 para mediar en la
mayoría de sus acciones, en el tejido vascular a través de la activación de ON,
sintasas (eNOS) por una vía Ca2 independiente. Además se ha estudiado el
hecho de que la bradiquinina mejora la acción de la insulina, sin embargo, gran
parte de sus acciones ha sido atribuidas a la acción sobre el tejido vascular y el
torrente sanguíneo, la posibilidad de un efecto directo sobre los tejidos diana
para la insulina no han sido excluidos pero estos mecanismos no han sido
dilucidados [15].
K Beard et al, en un estudio con Ratas obesas Zucker , demostraron que la
bradiquinina aumenta mínimamente la translocación de GLUT4, pero que en
conjunto con la insulina aumenta significativamente. La bradiquinina ha sido
implicada como un factor vasoactivo asociado al aumento de la sensibilidad de
la insulina. Beard demostró que la adición de bradiquinina directamente en
adipositos aislados aumenta la captación de 2DG insulino estimulado. Gibas M
60
et al, demostraron que, y en acorde a previos estudios, además de rol
sensibilizador para insulina, genera además un aumento en la concentración de
calcio vía receptores B2 pancreáticas aumenta la secreción de insulina en ratas
normo térmicas [44].
Schweitzer G, usando ejercicios en ratas in vivo descarta la acción del la
bradiquinina en la disminución de la glucosa sanguínea post ejercicio a través
de receptores B2 fundamentalmente por la rápida degradación de la
bradiquinina por quinasas, basándose que en estudios previos se utilizo
bradiquinina exógena, no excluyendo el hecho de que pudiese participar en
otros procesos relacionados con la glucosa, incluyendo la captación de glucosa
durante el ejercicio [45].
4.5 Calcineurina.
La enzima Calcineurina (PPP3C) o Serina-treonina proteína fosfatasa
2B cataliza la reacción de defosforilación de una fosfoproteína. Este grupo de
enzimas eliminan el grupo fosfato unido a un aminoácido serina otreonina de un
amplio rango de fosfoproteínas incluyendo algunas enzimas que han sido
fosforiladas bajo la acción de una kinasa. Son muy importantes en el control de
eventos intracelulares en células eucariotas. La calcineurina es una enzima
dependiente del calcio y una proteína fosfatasa estimulada por la calmodulina.
Es responsable de la activación de la transcripción de la interleucina-2 (IL-2),
61
proteína a su vez responsable de la estimulación del crecimiento y
diferenciación de los linfocitos T. La calcineurina defosforila el factor nuclear del
linfocito T activado, el componente citoplasmático NFATc (factor de
transcripción que entonces puede ir al núcleo y activar los genes involucrados
en la síntesis de IL-2), la HSPB1 y SSH1. Cuando un antígeno interacciona con
un receptor de un linfocito T, hay un incremento del nivel citoplasmático de
calcio que entonces activa la calcineurina uniéndose a la subunidad reguladora
y activando la unión de la calmodulina. La calcineurina induce diferentes
factores de transcripción que son importantes en la transcripción de los genes
IL-2. La IL-2 activa a los linfocitos T e induce la producción de otras citoquinas.
De esta forma gobierna la acción de los linfocitos citotóxicos y las células NK.
Se cree que la cantidad de IL-2 producida por las células T es signo de la
amplitud de la respuesta inmunitaria [46].
Se ha demostrado que la calcineurina promueve la hipertrofia muscular a través
de la vía de señalización IGF-1. En el estudio de Yun Chau Long et al. Señala
que la expresión de genes esenciales para la glucosa en el musculo esquelético
y el metabolismo de los lípidos está estrechamente coordinado en apoyar un
cambio en la utilización del sustrato. AMP-proteína kinasa activada (AMPK) y la
calcineurina (un regulador de calcio serina/treonina proteína fosfatasa) regulan
programas genéticos metabólicos del músculo esquelético en respuesta a
cambios en los estado energéticos y niveles de input neuronal,
respectivamente. Finalmente concluyen que la AMPK y la calcineurina activan
62
reguladores transcripcionales tales como peroxisoma proliferador activado del
receptor gamma coactivador 1alfa y el factor potenciador de miocitos así como
aumentar la capacidad oxidativa del músculo esquelético y la expresión de
genes mitocondriales. La activación de AMPK o ya sea la vía de la calcineurina
también pueden mejorar la capacidad de almacenamiento de glucógeno y
sensibilidad a la insulina en el músculo esquelético [47].
La calmodulina activa la serina/treonina proteína fosfatasa (calcineurina) activa
las fibras musculo esqueléticas rápidas a lentas a través de la inducción del
programa de expresión génica de las miofibrillas lentas de la fibra musculo
esquelética (remodelación), mejorando así la captación de glucosa estimulada
por insulina y provocando protección contra la resistencia a la insulina inducida
por la dieta. Finalmente, las mejoras en el transporte de glucosa en el músculo
esquelético en respuesta a calcineurina inducida por la remodelación del
músculo se limitan a la acción de la insulina [48].
En otro estudio de Jeffrey Ryder et al., indica que la reprogramación del perfil
de expresión del gen músculo esquelético puede tener aplicaciones
terapéuticas para la enfermedad metabólica. En este estudio utilizaron ratones
transgénicos que expresan calcineurina activa en el músculo esquelético,
reportaron que el músculo esqueléticos se reprograma por la activación de
calcineurina que conduce a mejorar la captación de 2 deoxyglucosa estimulada
63
por insulina en el musculo extensor digital largo (EDL) comparado con ratones
de tipo silvestre, concomitante con el aumento de la expresión de proteína del
receptor de insulina, Akt, transportador de glucosa 4, y peroxisoma proliferador
activado del receptor gamma coactivador 1. Ya que por esta reprogramación
génica que provoca la calcineurina debido a que altera la expresión de este
gen, provoca que las fibras musculares rápidas se transformen en fibras
musculares de contracción lenta, mejorando así el transporte de glucosa
estimulada por insulina [49].
En un estudio de Shi-Yan Li et al. en el cual examino entre otros la vía de la
calcineurina en los efectos cardiacos de la IGF-1 (insulin growth factor) contra la
toxicidad de la glucosa, y se concluyó que el IGF-1 puede ofrecer protección
cardiaca en contra la glucosa, en parte, a través de una IP3 kinasa / Akt /
mTOR / p70S6K-dependiente e independiente de la vía de la calcineurina [50].
Ruiz et al. recalcan en su estudio que señala si no se utiliza glucosa como
fuente de carbono en los resultados de la activación transcripcional de
numerosos genes su expresión se verá reprimida. El gen HXT2 codifica una
levadura de alta afinidad transportadora de glucosa que sólo se expresa en
condiciones de limitación glucosa. Demostraron que HXT2 es rápida y
potentemente inducida por la alcalinización del medio ambiente, y esto requiere
tanto de la Snf1 (regulador en la fermentación de la levadura) y de las vías de
64
calcineurina. Finalmente concluyen que sorprendentemente, el calcio
extracelular permite el crecimiento de un mutante Snf1 de baja glucose en una
forma de calcineurin/Crz1-dependiente, lo que indica que la activación de la
calcineurina es suficiente para anular una deficiencia importante en la
repression de la vía de la glucosa [51].
4.6Calcio/calmodulina dependiente de proteínas kinasas (CaMKII).
El calcio no sólo actúa sobre la Proteína Kinasa C (PKC), también ejerce sus
propias acciones sobre las células dianas, y esto lo hace principalmente a
través de la unión y regulación de la calmodulina (CaM). La calmodulina es una
pequeña proteína citosólica, ubicua y que muestra una actividad, como su
propio nombre indica, regulada por calcio. Se encuentra constituida por una
sola cadena polipeptídica y fija Ca+2 con una alta afinidad (4 iones de calcio por
molécula). La calmodulina une calcio de forma cooperativa, lo que significa que
pequeñas variaciones en la concentración del ión se traducen en una gran
actividad de la proteína. El complejo Ca+2 -calmodulina, al igual que ocurre en
otras rutas, activa una serie de kinasas que en última instancia fosforilan
factores de transcripción, que regulan la expresión génica. La enzima
fosfodiesterasa de AMPc anteriormente descrita, se halla bajo regulación por
parte de este complejo, lo que vendría a significar un nexo de unión entre la
65
actuación de dos segundos mensajeros, el calcio y el AMPc. Diferentes
estudios han proporcionado pruebas de que aumentos en Ca+2 citosólico
trabaja como mediador en el efecto de las contracciones musculares en el
transporte de glucosa [52,20].
Se sabe que la cafeína provoca la liberación de Ca+2 desde el retículo
sarcoplásmico. La incubación de los músculos epitrocleares de la rata con una
concentración de cafeína, plantea que a niveles muy bajos de Ca+2 citosólico
produce la contracción resultando en un aumento de tres veces el transporte de
glucosa. Por lo tanto, hay evidencia de que tanto Ca+2 y la AMPK están
implicados en la estimulación del transporte de glucosa por las contracciones
musculares [20].
Según En el estudio de Witczak C. et al. Donde demostraron en ratones que la
contracción muscular aumentó la captación de glucosa 3,5 veces en los
músculos, tanto en los ratones salvajes como en ratones AMPKalfa 2i, pero
STO-609 disminuyó significativamente la absorción de glucosa (~ 24%) sólo en
los ratones AMPKalfa 2i. Finalmente concluyeron que la CaMKKalfa en la
regulación de la absorción de glucosa en el músculo esquelético es
independiente de la AMPK y la activación de Akt [53].
66
T. Jensen et al. aseguran que el Ca2+ / Calmodulina (CaM) inhibidor
competitivo KN-93 se ha utilizado anteriormente para evaluar 5’-AMP- proteína
quinasa activada (AMPK) independiente del Ca2+ señalizando la captación de
glucosa estimulada por la contracción en el músculo durante la intensa
electroestimulación ex vivo. También proponen que la CaMKKs actúa en el
músculo esquelético del ratón regulando la fosforilación de la AMPK y la
captación de glucosa en el inicio de la contracción tetánica leve y que un
interruptor dependiente de la intensidad y / o del tiempo se produce en
importancia relativa de AMPKKs durante la contracción [54].
En otro estudio de C. Witczak and cols habla sobre estudios anteriores que
usando inhibidores químicos sugirieron que la Ca+2 sensible serina/treonina
kinasa Ca+2 / calmodulina-dependiente de proteína kinasa II es una llave
reguladora de la insulina y de la captación de glucosa estimulada por la
contracción del músculo esquelético. Los resultados del estudio demuestran
que la CaMKII no regula la captación de glucosa estimulada por insulina en el
músculo esquelético. Sin embargo, CaMKII juega un papel fundamental en la
regulación de la absorción de glucosa inducida por contracción en el musculo
esquelético [55].
Estos resultados demuestran que la regulación de la contracción inducida por la
absorción de ácidos grasos y la oxidación, se produce en parte a través de
67
Ca2+ independiente de la activación de ERK1 / 2, así como Ca2+ dependiente
de la activación de CaMKII y AMPK [56].
Finalmente en este estudio donde Rose A. et al. indican que la CaMKII es la
más importante y multifuncional CaMK en el músculo esquelético y su
activación se produce rápidamente y se mantiene durante el ejercicio continuo,
siendo mayor la activación durante el ejercicio intenso [57].
4.7Estrógeno.
Los estrógenos son hormonas sexuales esteroideas (derivadas del
ciclopentanoperhidrofenantreno) de tipo femenino principalmente, producidos
por los ovarios y, en menores cantidades, por las glándulas adrenales. En su
función endocrina, los estrógenos atraviesan la membrana celular para llegar
al núcleo, en el que se encargan de activar o desactivar determinados genes,
regulando la síntesis de proteínas. Los estrógenos inducen fenómenos de
proliferación celular sobre los órganos, principalmente endometrio, mama y el
mismo ovario. Tienen cierto efecto preventivo de la enfermedad cerebro
vascular y, sobre el endometrio, actúan coordinadamente con los gestágenos
(grupo de hormonas en la que se incluye la progesterona), otra clase de
68
hormona sexual femenina que induce fenómenos de maduración. Los
estrógenos presentan su mayor concentración en los primeros 7 días de
la menstruación [58].
Los estrógenos actúan con diversos grupos celulares del organismo,
especialmente con algunos relacionados con la actividad sexual, con el cerebro,
con función endocrina y también neurotransmisora [58].
En un estudio de Sang-Hoon Suh se examinaron los efectos de los
anticonceptivos orales en flujo de glucosa y los demás tipos de sustratos de
oxidación del cuerpo (lípidos y carbohidratos) durante el descanso (90 min) y a
dos intensidades de ejercicio [60-min en bicicleta ergométrica a 45 y 65% de
consumo de O2 peak (VO2 máximo)]. Finalmente se concluyó que el análogo
sintético de la hormona ovárica contenida en los anticonceptivos orales tiene
mayores efectos metabólicos sobre el metabolismo de la glucosa durante el
ejercicio que las hormonas endógenas del ovario [59].
En otro trabajo de Rodrigo Barros et al. Donde se estudió la expresión de dos
receptores de estrógeno ER alfa y ER Beta, y su influencia en la regulación del
transportador de glucosa GLUT-4 y está asociado a una proteína estructural
llamada caveolin-1 localizada en los gastrocnemios del ratón. Finalmente los
resultados del estudio indicaron que ER alfa es un regulador positivo de la
expresión de Glut-4, mientras que ER Beta tiene un rol supresor. Y tanto ER
Alfa como ER Beta son necesarios para la expresión de caveolin-1. Estos
69
resultados indican que la colocalización de caveolin-1 y Glut-4 no son en
absoluto un requerimiento para el metabolismo de la glucosa del músculo, pero
la reducción del Glut-4 puede contribuir a la resistencia de insulina observado
en ER Alfa del ratón [60].
En un estudio de Darleen Sandoval et al. Concluye que el estrógeno tiene un
papel fundamental en el presente dismorfismo sexual en respuesta
contraregulatoria a la hipoglicemia en las personas sanas [61].
En otro trabajo realizado por Jen-Ying-Deng et al. Los resultados demostraron
que los receptores de estrógeno son una llave reguladora en la estimulación de
resveratrol insulino dependiente e independiente de la captación de glucosa, la
cual se podría explicar por los efectos protectores de revestrol en el síndrome
de insulino resistencia inducido por la dieta [62].
Según Kohr et al. El objetivo de su estudio fue determinar si la inhibición de los
estrógenos en el tejido adiposo de ratón hembra afecta a la masa adiposa y al
metabolismo, hemos generado ratones transgénicos que expresan EST a
través del promotor aP2. La captación de glucosa fue mitigado en el tejido
adiposo parametrial durante un clamp hiperinsulinémico y euglucémico en
ratones transgénicos EST (estrógeno sulfotransferasa). En contraste, la
70
sensibilidad hepática a la insulina se ha mejorado pero la sensibilidad a la
insulina del músculo no se alteró en ratones transgénicos EST [63].
En otro estudio de Galyna Bryzgalova donde el objetivo fue elucidar el
mecanismo molecular subyacente al efecto antidiabetógeno y de bajo peso de
17B estradiol (E2) en ratones. Finalmente se concluyó que el tratamiento con
E2 ejerce efectos antidiabetógenos y antiobesidad en ratones sometido a dieta
alta en grasas y sugiere que esto está relacionado al descenso en la expresión
de genes lipogénicos en tejido blanco adiposo e hígado y la supresión de
expresión hepática de G-6-pasa. El Descenso de niveles en plasma de resistina
probablemente también juega un papel importante en este contexto [64].
En el siguiente estudio de Campbell y Febbraio examinan los roles de los
esteroides sexuales de la mujer 17B estradiol (E2) y progesterona (Prog), en la
captación de glucosa y la expresión de la proteína Glut-4. Según los resultados
obtenidos en el estudio se concluye que la deficiencia de estrógeno en animales
tiene una disminución de la capacidad para la captación de glucosa estimulada
por la contracción y el aumento de glucógeno usado durante el ejercicio
aeróbico. Sin embargo, cambios en la captación de glucosa estimulada por la
contracción puede no ser explicado por el transporte de contenido proteico
alterado, la ausencia de E2 no tiene efecto en la proteína Glut-4 [65].
71
Otro estudio de Bryzgalova et al. Donde concluyen y afirman que los estrógenos
actuando vía ER alfa, regulan la homeostasis de la glucosa principalmente por
modulación hepática de la sensibilidad insulínica, en la cual puede ser debido a
la regulación positiva de genes lipogénicos a través de la supresión de la
expresión de Lepr (receptor de leptina) [66].
4.8Glut-4.
Hexosas como la glucosa, galactosa y fructosa cumplen funciones importantes
en las células eucariotas. Estas moléculas son incapaz de difundir directamente
a través de las membranas celulares por lo que requieren de proteínas
transportadoras especializadas para entrar al interior celular. Dichas
biomoléculas perteneces a un grupo de transportadores constituidas por 2
familias de proteínas: La familia de los Glut´s (del inglés Glucose Transporters)
y la familia de los co-transportadores de sodio y glucosa [67].
Cualquier Transportador de difusión facilitada para Hexosas (GLUTS) se
encuentra dentro del contexto de una gran familia de proteínas, puede notarse
de forma inmediata que todas poseen características comunes que en términos
bioquímicos se denominan “firma molecular de los transportadores de glucosa”
y que no es más que un conjunto de secuencias primarias aminoacídicas
extremadamente conservadas que determinan estructuras secundarias y
terciarias que son responsables de las características funcionales de la
72
proteína: Especificidad por uno o más carbohidratos, afinidad por el sustrato,
distribución tisular, ubicación celular, regulación de su actividad hormonar [67].
Se han identificado 14 de ellas (GLUT -1 a GLUT-14) divididas en tres
subfamilias de acuerdo a las similitudes en su secuencia y a sus características
funcionales, como su especificidad al sustrato (glucosa, fructosa y/o galactosa),
sus valores de Km, o su respuesta a los bloqueadores específicos: Citocalasina
B y forskolina.
El Glut-4 es un transportador de alta afinidad para la glucosa (KM = 5 mM) que
se expresa fundamentalmente en el tejido muscular estriado, tejido muscular
cardiaco y adipocitos. Este trasportador no se expresa en tejidos embrionarios
(ni per ni post-implantación) y es único en el sentido de la regulación de su
localización en el citosol o en la membrana por la insulina. En condiciones
basales, la vasta mayoría de las moléculas de Glut-4 se encuentran localizadas
dentro de las vesículas en el citosol que forman dos tipos de comportamientos
bien definidos, ya que un grupo de vesículas responde a la señal de la insulina
y otro grupo responde fundamentalmente al estimulo de la actividad física. Este
comportamiento representa un mecanismo muy fino de regulación metabólica
de la glucosa que solo permite la entrada de glucosa al tejido muscular.
La translocación del Glut-4 a la membrana requiere de la activación de la
enzima fofatidilinositol-3-kinasa (PI-3K) por intermedio del IRS-1 fosforilado, que
forma un complejo con dicha enzima que produce un incremento de su
actividad unas 20 veces. Igualmente una segunda vía de activación de la
translocación (por ejercicio) se lleva a cabo gracias a la activación de la enzima
73
AMPK por el incremento de la relación AMP/AMPK u por alosterismo positivo
por el AMP [67]. Cuando la insulina se une a su receptor, hay un cambio
conformacional que estimula la actividad del receptor (de tipo tirosinkinasa). El
receptor se autofosforila y a su vez fosforila a otras proteínas, donde la más
importante es llamada sustrato del receptor de la insulina (IRS-1). La IRS-1
Activa dos vías intracelulares: La cascada de las kinasas activadas por
mitógenos (MAPK) que intervienen en la regulación de la expresión genética de
diversas proteínas, entre las cuales se encuentras el GLU-1 y el GLUT-4. La
otra vía activada por IRS-1 es la de la fosfatidil-inositol 3 Kinasa (PI3K) la cual
está involucrada en diversos efectos metabólicos, principalmente en la
translocación y exocitosis de los GLUT-4 que llevan a su inserción en la
membrana. Por otra parte, la activación de esta vía disminuye la endocitosis de
las vesículas que contienen moléculas de glut-4, incrementando su número en
la membrana celular [17]. Este proceso de endocitosis y exocitosis de los glut-4
permiten que sean reciclados continuamente, permitiendo con ello regular el
número de transportadores presentes en la membrana plasmática para la
captación de glucosa [67].
En la contracción muscular, ya sea eléctrica o por ejercicio, aumenta la
captación de glucosa por el transporte activado por la AMPK y la proteína
kinasa 1 dependiente de Ca2+/calmodulina (CAMK1). Las contracciones
musculares aumentan las concentraciones de CA2+/calmodulina y Ca2+, esto
activa la CaMK1K y activando consecutivamente a la AMPK, además, el
aumento de la relación AMP/ATP (debido también a la concentración muscular)
74
activa tanto la kinasa de AMPK (AMPKK) como la AMPK. La AMPK aumenta la
transcripción de GLUT 4 y por mecanismos aun en estudio generan su
translocación, dando como resultado el aumento del transporte y fosforilación
de la glucosa (figura 2) [68].
Figura 5: esquema de las vías de señalización del 5´AMP y Ca2+/calmodulina producidos por la contracción muscular, para la captación de glucosa. Las contracciones musculares aumentan las concentraciones citoplasmáticas de AMP, Ca2+/calmodulina. El AMP activa el AMPK y la AMPKK. El Ca2+/calmodulina activa la CaMK1. El AMPK aumenta la transcripción de GLUT-4 y de hexocinasas, y por mecanismos aun estudiados transloca el GLU4 a la membrana celular [68].
Existe evidencia reciente de que una tercera vía de translocación de GLU-4 a la
membrana involucra la síntesis de Oxido nítrico (NO) durante la contracción
muscular y la activación ulterior de la enzima guanilato cliclasa, ya que en
experimentos utilizando Nitroprusiato de Na+ (donador de NO) se observó un
incremento en el transporte de glucosa en las células de músculo esquelético
aislado [67].
75
4.9 Hexoquinasa-2.
La hexoquinasa II, que pertenece al grupo de las glucoquinasa, es la enzima
cuya función es la de catalizar la fosforilación de la glucosa [67].
En el estudio de Fueger et al. El objetivo fue determinar los lugares específicos
de la incapacidad de la absorción de glucosa en el músculo en ratones
conscientes C57BL/6J resistentes a la insulina alimentados con una dieta alta
en grasas. Los ratones de tipo silvestre y los sobreexpresado con hexoquinasa-
2 fueron alimentados con una dieta estándar alta en grasas y estudiados a los 4
meses de edad. En conclusión, la alimentación alta en grasas perjudica tanto la
captación de glucosa del musculo por la estimulación de insulina como por el
ejercicio, pero únicamente la captación de glucosa muscular estimulada por el
ejercicio fue corregida por la sobreexpresión de hexoquinasa II [68].
Captación de glucosa en el músculo (MGU) es distributivamente controlada por
tres etapas en serie: la entrega de la glucose a la membrana muscular,
transportar a través de la membrana muscular, y la fosforilación intracelular a la
glucosa 6-fosfato por la hexoquinasa (HK). Una especie de ratón transgénico
(knockout) con un HKII parcial fue comparado con el grupo control de ratones
silvestres ambos tipos de ratones pertenecen a la misma camada durante un
periodo de sedentarismo o ejercicio moderado. Rg, es un índice del
metabolismo de la glucosa que se midió usando 2-deoxy-[3H]glucosa. En
conclusión, la captación de glucosa del músculo se ve afectada por la reducción
76
de la actividad de HK durante el ejercicio, un estado fisiológico caracterizado
por flujo de glucosa alta. Este deterioro es críticamente dependiente en la tasa
de glucosa en el tejido metabólico y se correlaciona con capacidad tejido
oxidativo [67].
En otro estudio de Vernom et al., examinaron las respuestas moleculares
agudas en el músculo esquelético para ejercer estímulos divergentes mediante
la combinación de ataques consecutivos de resistencia y ejercicio de
resistencia. Ocho hombres fueron elegidos con edades entre 16.6-29.2, masa
corporal entre 68.7-77.7 y VO2 peak de 48.3-59.7 ml·kg-1·min-1. Fueron
asignados al azar para completar las pruebas consistentemente de cualquiera
de los dos ejercicios de resistencia (8x5 extensiones de pierna, 80% 1
repetición máxima) seguido por un ataque de ejercicio de resistencia (30
minutos de bicicleta, 70% de VO2 peak) o viceversa. Se realizó una biopsia del
vasto lateral del cuádriceps en reposo, luego de 15 minutos después de cada
ataque de ejercicio, y después de 3 horas de recuperación pasiva para
determinar una señalización temprana y respuestas de mRNA. Finalmente
concluyeron que las respuestas agudas para los diversos ataques de actividad
contráctil son modificados por el orden del ejercicio. Como el nivel de mRNA en
la hexoquinasa II fue mayor después de la bicicleta con resistencia que después
del ejercicio de resistencia en bicicleta. Mientras aumentos modestos en el
mRNA del peroxisoma proliferador receptor activo gamma coactivador 1 alfa no
reveló un efecto en el orden [69].
77
4.10 IGF-1.
El factor de crecimiento similar a la insulina tipo 1 (IGF-1) es una hormona
péptida estructuralmente relacionada con la insulina, la cual tiene un efecto
pleiotrópico en células de crecimiento y en el metabolismo. Dentro de las
acciones biológicas atribuidas al IGF-1 se incluyen propiedades quimio-tácticas,
habilidad para liberar citoquinas, promover la angiogénesis y estimular la
producción de matriz extracelular [70].
EL IGF además contribuye en las células β pancreáticas con su crecimiento y
desarrollo regulando la replicación, renovación y apoptosis de las células β [75].
Se ha demostrado que la administración de IGF-1 aumenta la captación de
glucosa e inhibe la producción hepática de glucosa (HGP) en sujetos normales
[71].
Estudios epidemiológicos han demostrado que las personas con bajos niveles
séricos de IGF-I tienen un riesgo dos veces mayor de desarrollar intolerancia a
la glucosa o diabetes tipo 2 [72].
Los efectos del IGF-1 sobre la sensibilidad a la insulina están, en parte,
relacionados con su habilidad para suprimir a la hormona de crecimiento, la cual
tiene un efecto antagónico a la insulina; sin embargo, el IGF-I además mejora la
sensibilidad a la insulina cuando es dada junto a un antagonista de la hormona
del crecimiento (pegvisomant por ejemplo), lo que sugiere una mejora
independiente del efecto del IGF sobre la sensibilidad a la insulina [71].
78
El receptor de IGF-I (IGF-IR) está estrechamente relacionado con el receptor de
la insulina, ambos son miembros de la subclase de receptores de tipo tirosina
kinasa y usan a menudo cascada de señalizaciones idénticas. Los músculos,
en particular, expresan una larga concentración de receptores de IGF-1 que ha
demostrado activar la translocación de receptores de tipo GLU-4 y mejorar la
captación de glucosa en el músculo [73].
El IGF-IR pertenece a la superfamilia de receptores de tipo tirosina kinasa
(RTK) y medias diferentes vías de señalización cruciales que tienen la función
de regular una serie de respuestas biológicas incluyendo el anclaje
dependiente/independiente de células de crecimiento, proliferación,
diferenciación, y apoptosis [74].
El IGF 1 además cumple un rol importante en la respuesta muscular frente al
ejercicio, es tanto anabólico como mitogénico para células musculo-
esqueléticas pudiendo también funcionar tanto paracrinamente como
autocrinamente para promover la hipertrofia y la regeneración muscular, y su
producción es modificada en función de las cargas musculares, aumentando a
mayor carga [76].
4.11 MAPK.
La protein-kinasa activada por mitógenos p38 (p38) también conocida como
protein kinasa activada por estrés – 2, es parte de una familia de serina/teorina
79
prolin-dirigidas kinasas. Es destacable que la estimulación por citokinas pro-
inflamatorias genera un incremento de la fosforilación de p38 tanto como ILGF-
1, la contracción muscular, ácidos lipídicos, 5-aminoimidazola-4-carboxamida
ribonucleósida, citokinas pro-inflamatorias e isquemia también aumenta la
captación de glucosa [77].
Somwar S, et al demostraron que la inhibición farmacológica de MAPK p38 y
la expresión de un dominante negativo mutante para p38 reduce la estimulación
insulino-dependiente de la captación de glucosa sin alterar la translocación de
GLUT4 [77].
Se ha encontrado que la insulina y la contracción muscular estimulan el estado
fosforilado y la actividad kinasa del p38 MAPK, sin embargo, el efecto
estimulatorio de la insulina sobre la p38 kinasa aún no son del todo claras, sin
embargo esta sustancia podría estar ayudar a explicar el aumento de la
sensibilidad por la insulina en la captación de glucosa en periodos post-ejercicio
[78].
Mei Yu et al, encontraron que el ejercicio agudo aumenta la señalización de la
p38 MAPK, asimismo, el ejercicio y la contracción incrementan la fosforilación
del p38 MAPK teniendo una respuesta igual de intensa tanto en sujetos
entrenados como no-entrenados [79]. Li H et al, demuestran que la contracción
muscular genera un incremento en la fosforilación del p38, teniendo un mayor
efecto observado luego de 5 minutos luego de un ciclo de trabajo al 10 % y al
1% contracciones en ciclos de trabajo [80] .Sin embargo, Mei Yu et al, sugieren
80
que en atletas altamente entrenados podrían someterse a una adaptación
parcial a la señalización del p38 MAPK en el musculo esquelético [79].
La p38 parece contribuir con la patogénesis de la neuropatía diabética
marcándose un aumento en su actividad a nivel de la corteza renal en
situaciones de hiperglicemia. Donghong Fang et al, sugieren que el tratamiento
con insulina previene el aumento cortical de la p38 en ratas diabéticas tipo II y
se atenuaron las anormalidades patológicas de la neuropatía diabética, sin
embargo un profundo incremento la activación del p38 a nivel cortical en los
riñones no es eliminada por el tratamiento tardío con insulina y resulta en una
hipertrofia glomerular y la expansión de la matriz extracelular [81].
Xiuli Lu et al, sugieren que el exceso de generación de ROS por cargas de
colesterol inducen una activación persistente de la señalización del MAPK p38,
en conjunto estas sustancias generan apoptosis de las células MIN6 mediadas
por una vía de estrés oxidativo. Esta citotoxicidad por colesterol se ha mostrado
más en macrófagos y en células endoteliales vasculares. Estos hallazgos,
promueven evidencia directa que a nivel celular la hipercolesterolemia, bajo
condiciones diabéticas, perjudica el funcionamiento de las células β
pancreáticas [82].
81
4.12 MEF-2.
El potenciador de GLUT-4 se basa en la interacción concertada entre los
factores de transcripción MyoD y MEF-2 y el receptor de la tiroides-1 para
producir la expresión completa. La sobreexpresión de GLUT4 en el músculo
esquelético aumenta en todo el cuerpo la acción de la insulina. El ejercicio
aumenta el GLUT4 expresión de genes y proteínas, y se requiere un sitio de
unión para los miocitos factor potenciador 2 (MEF-2) en el GLUT-4 para esta
respuesta [83]. El ser humano promotor de GLUT4 está regulado a través de la
función de cooperación de dos elementos distintos reguladores, y se han
identificado dos regiones conservadas en el promotor del gen GLUT4 que se
requieren para el normal expresión de GLUT4 musculo esquelética. La primera
región contiene un sitio de unión para la miocitos factor potenciador 2 (MEF2)
factor de transcripción, entre -464 y -473 pb, y parece que un MEF2A / D
heterodímero se une esta secuencia. Sin embargo, este sitio no es suficiente
para soportar toda la expresión de GLUT4, y otra región entre -712 y -742 pb,
denominado Dominio 1, también se requiere. Un nuevo factor de transcripción,
llamado GLUT4 factor potenciador (FMAM), se encontró que se unen a esta
región. Parece que MEF2 y el FMAM interactuar físicamente con el fin de
inducir la expresión de GLUT4. Una sola sesión de ejercicio es suficiente para
aumentar tanto la transcripción GLUT4 y la abundancia de ARNm. Sin embargo,
los mecanismos moleculares que sustentan esta respuesta siguen siendo en
gran parte inexplorado, sobre todo en el músculo esquelético humano [84].
82
MEF2 (miocitos factor potenciador 2) son una pequeña familia de factores de
transcripción que juegan un papel clave en la diferenciación del músculo
estriado, el desarrollo y el metabolismo, en la supervivencia neuronal y la
formación de sinapsis, y en la selección de linfocitos y la activación [85]. Es un
factor de transcripción con muchas funciones, incluyendo el desarrollo
embriológico en el cerebro, corazón y músculo esquelético, es posible que
estos mecanismos también sean responsables de regular la expresión de una
variedad de genes metabólicos durante el ejercicio [83].
Los MEF2 tienen isoformas activas en el músculo esquelético son A, C y D,
esto en el músculo esquelético completamente desarrollado, en MEF2 es
necesario aumentar la expresión del ARNm de GLUT4.(2) PGC-1 media el
aumento de GLUT4 expresión, en gran parte, por la unión y el músculo
selectivo MEF2C factor de transcripción [86].
Está regulada por diversos factores, tales como Ca2 + en el músculo y
desfosforilación por calcineurina. MEF2 contiene una secuencia conocida de
localización nuclear que abarca los aminoácidos 472-507 de la secuencia
primaria, lo que indica que MEF2 se puede activar para trasladar al núcleo [83].
En los sistemas celulares, la regulación MEF-2 es un equilibrio entre la
represión transcripcional de las histonas desacetilasas (HDAC) y la activación
transcripcional por el factor nuclear de células T activadas (NFAT), peroxisoma
proliferador activado del receptor-Coactivador 1 (PGC-1 ), y la p38 quinasa
activada por mitógenos de proteína [83].
83
Dado que MEF2 es un factor de transcripción requerido para los genes de
respuesta de ejercicio muchos, es posible que estos mecanismos son
responsables de regular la expresión de una variedad de genes metabólicos
durante el ejercicio. Estos mecanismos también podrían proporcionar dianas
para el tratamiento y gestión de estados de enfermedad del metabolismo, como
la obesidad y la diabetes tipo 2, que se caracterizan por la disfunción
mitocondrial y la resistencia a la insulina en el músculo esquelético [87].
4.13 MUNC-18c.
Munc18 son proteínas solubles de 66 a 68-kDa con ningún dominio
transmembrana aparente, sin embargo, se encuentran con frecuencia en la
membrana plasmática mediante la interacción directa con sus sintaxinas afines.
[89].
La ruptura de la unión de MUNc18c a sintaxina 4 perjudica la translocación de
vesículas de Glut-4 estimulado por insulina en adipocitos 3T3L1.Tres
homólogos, Munc18 (para mamíferos unc18) a, b, c, y las proteínas se han
identificado en las membranas plasmáticas de mamíferos. Munc18a se expresa
principalmente en las neuronas y células neuroendocrinas, mientras que
Munc18b y Munc18c se expresa de forma ubicua [88].
Además, Munc18a y Munc18b tienen acciones preferentemente de unión para
las isoformas de sintaxina, mientras que la Munc18c sólo se une con la
84
sintaxina 4 con alta afinidad. Las proteínas pertenecientes a la familia Sec1 /
Munc18 (SM proteínas) son proteínas citosólicas que se asocian con
membranas diana a través de interacciones de unión de alta afinidad con sus
sintaxinas afines [88].
El núcleo, complejo SNARE está regulada por la Sec1/Munc18 (SM) de la
familia de proteínas, que se unen selectivamente a sus isoformas de
sintaxinacon alta afinidad. El proceso de la secreción de insulina utiliza múltiples
pares de Munc18- isoformasintaxina, la acción de la insulina en los tejidos
periféricos parece utilizar sólo el Munc18c-syntaxin4. Es importante destacar
que, isoformas recientes han asociado la obesidad y la diabetes tipo 2 en los
seres humanos con los cambios en los niveles de proteína y polimorfismos de
un solo nucleótido (SNP) de Munc18 y las isoformas de sintaxina relevantes
para estos procesos de exocitosis, aunque los mecanismos moleculares
subyacentes a los fenotipos observados siguen siendo incompletos [89].
Estudios estructurales han llevado a la conclusión general de que las
proteínasMunc18 comparten una estructura general similar en la que un
pequeño dominioNH2-terminal plegadas, medie su interacción con la membrana
plasmática sintaxina, mientras que el resto del dominio COOH-terminal lleva a
cabo la función efectora, mal entendido que aparece esencial para la fusión.
Dulubova y otros han especulado que un bucle determinado entre los dominios
2 y 3 de proteínas Munc18puede ser crítico para esta función efectora,
consistente con los hallazgos en nuestros propios estudios que muestran que
un péptido inhibidor dirigido a esta región o una mutación de punto único dentro
85
de la que se altera la interacción sintaxina- Munc18cen los adipocitos 3T3L1.
Estos resultados, en combinación con los estudios funcionales de la fusión de
vesículas SNARE, sugieren que Munc18c juega un papel crítico en la transición
entre la sintaxina-4 en estados abierto y cerrado [88].
Munc18c es un importante regulador positivo in vivo en múltiples tipos de
células críticos para la secreción de insulina y la acción de la insulina [88].
El aumento del número de Syn4-Munc18c "sitios de fusión" en la membrana
plasmática del músculo esquelético aumenta la cantidad de GLUT4 disponible
para aumentar la velocidad global de insulina mediada por la captación de
glucosa in vivo [90].
4.14 Oxido Nítrico.
El óxido nítrico, es una molécula con diversas funciones fisiológicas, se produce
en vivo a través de la conversión de L-arginina en L-citrulina por la óxido nítrico
sintasa (NOS). La familia de la enzima óxido nítrico sintetasa se compone de
tres miembros: tipo I, óxido nítrico sintasa neuronal, tipo II, óxido nítrico sintasa
inducible, y tipo III, óxido nítrico sintasa endotelial. Estas isoformas, aunque
estructuralmente relacionadas, difieren entre sí en su origen genético,
distribución anatómica, la dependencia de iones para la actividad, y funciones
patofisiológicas [91].
86
El óxido nítrico se genera continuamente por el músculo esquelético, una
producción que se incrementa por las contracciones. El músculo esquelético
normalmente expresa la óxido nítrico sintasa neuronal y endotelial. Óxido nítrico
sintasa inducible también se expresa en el músculo esquelético pero en
condiciones inflamatorias [91].
Un mediador potencial de la AMPK es la señalización de la vía del óxido nítrico.
[91].
Un aumento en la producción de óxido nítrico a través de la regulación de la
sintetasa de óxido nítrico es visto como beneficioso durante el ejercicio debido a
sus efectos sobre la prestación de la sangre, la captación de glucosa, la
contractilidad y contracción de acoplamiento excitación [91].
En la diabetes tipo 2 la función endotelial se encuentra alterada. Se ha
demostrado que se encuentra alterado tanto la vasodilatación mediada por el
oxido nítrico y la vasodilatación independiente de óxido nítrico o por
prostaciclina (PGI2) [94].
Desacoplamiento de la sintasa de óxido nítrico endotelial que resulta en el anión
superóxido (O2-) en lugar de la formación de óxido nítrico (NO) causa
disfunción endotelial diabética. La sintasa de óxido nítrico regula la movilización
y la función de las células progenitoras endoteliales (CPE), reguladores clave
de la reparación vascular. Postulamos un papel de la sintasa de óxido nítrico
para desacoplar número reducido y la función de las células progenitoras
endoteliales en la diabetes [92].
87
Mecánicamente, el desacoplamiento de la sintasa de óxido nítrico endotelial en
los vasos sanguíneos de los pacientes diabéticos conduce a la excesiva
producción de anión superóxido y disminuye la disponibilidad del óxido nítrico
[92].
Un inhibidor endógeno del óxido nítrico sintasa es la dimetilarginina asimétrica
(ADMA), es elevada en pacientes con diabetes mellitus tipo 2.
Actividad vascular óxido nítrico se reduce en la diabetes, lo que lleva a
problemas de vasodilatación dependiente del endotelio y la agregación
plaquetaria elevada. Es posible que la reducción de la actividad del oxido nítrico
contribuye al aumento de la morbilidad cardiovascular en pacientes con
diabetes. De nota, los niveles elevados de ADMA son predictivos de la
enfermedad de la arteria carótida. Además, 2 estudios recientes indican que el
plasma ADMA es un predictor independiente de eventos cardiovasculares y la
mortalidad total [93].
Algunos hallazgos apoyan la idea de que la vasodilatación dependiente de
oxido nítrico disminuye en pacientes con DM2. Evidencia farmacológica también
sugiere inhábil no dependiente de la capacidad de respuesta vasodilatadora en
la piel humana. Estudios con iontoforesis local de acetilcolina y nitroprusiato han
demostrado vasodilatación disminuida para ambos dependientes del endotelio y
el endotelio independiente-NO estímulos en algunos grupos de pacientes con
DM2 [95].
88
Existen estudios que indican que la AMPK mediada por la activación de la vía
del óxido nítrico desempeña un papel en la mediación de los efectos de AICAR
para estimular el transporte de glucosa GLUT y translocación en el músculo
cardíaco [96].
En otro estudio se ha demostrado que el oxido nítrico donante también aumentó
la captación de glucosa y la translocación de GLUT4. La inhibición de la oxido
nítrico sintetasa con Nω-nitro-L-arginina y Nω-metil-L-arginina reduce la
absorción de la glucosa estimulada por AICAR [96].
4.15 PGC- 1alfa.
El ejercicio estimula el PGC-1α y aumenta la expresión de genes VO 2 máx.
[100]. Consistentemente, los bajos niveles de PGC-1α ARNm y variación de la
secuencia de nucleótidos en el PGC-1α se asocian con un menor nivel de VO 2
máx. y riesgo incrementado de diabetes. Así, la variación de la secuencia del
PGC-1α puede interactuar con la actividad física para modificar el riesgo de la
diabetes a través de cambios en el metabolismo energético oxidativo [100].
PGC 1 alfa es miembro de una familia de coactivadores de transcripción que
juegan un papel central en la regulación del metabolismo energético celular.
Está fuertemente inducida por la exposición al frío, que une este estímulo
ambiental para la termogénesis adaptativa [97]. Estudios recientes han aclarado
89
la función de los coactivadores de PGC-1 en tejidos diferentes y han puesto de
relieve las consecuencias de la desregulación de PGC-1 en enfermedades
como la diabetes, la obesidad, cardiomiopatía, o la neurodegeneración [99].
El PGC- 1 alfa estimula la biogénesis mitocondrial y promueve la remodelación
del tejido muscular a una composición del tipo de fibra que es metabólicamente
más oxidativo y menos glucolítica en la naturaleza, y participa en la regulación
de los hidratos de carbono y el metabolismo lipídico [97], por lo tanto, este
coactivador es un potente coactivador trascripcional que interacciona con una
variedad de factores de transcripción (por ejemplo: MEF2, Erra, NRF-1, NRF-2)
para regular la glucosa y el metabolismo de los ácidos grasos, la biogénesis
mitocondrial y la transformación de las fibras musculares tipo II a fibras tipo I
[98].
Recientemente, este coactivador de receptores nucleares y factores de
transcripción se ha demostrado que controla la gluconeogénesis hepática, un
elemento importante de la patogénesis de diabetes tipo 1 y tipo 2 [101]
Peroxisoma proliferador activado del receptor coactivador-1 alfa (PGC-1 alfa) es
un coactivador transcripcional implicado en la transcripción de los programas de
la gluconeogénesis hepática, la fosforilación oxidativa y la liberación de insulina
por las células beta. La resistencia a la insulina, alteración de la regulación
positiva compensatoria de la secreción de insulina, y la gluconeogénesis
hepática mejorada son las características de la diabetes tipo 2, el PGC-1 puede
jugar un papel patogénico en cada componente de esta triada. PGC-1
90
interactúa con el factor nuclear de hepatocitos (HNF)-4, el receptor de
glucocorticoides y el FOXO1 para ejecutar programas transcripcionales de
insulina regulada por gluconeogénesis. Además, PGC-1 aumenta la captación
de glucosa en las células musculares por la inducción de la expresión a través
de GLUT-4 [102].
4.16 Proteína Kinasa C
La isoforma clásica de la PKC ha sido implicada en la degradación del receptor
de insulina y la inhibición de la actividad de la kinasa del receptor de insulina a
través de la fosforilación de serina/treonina en la subunidad-beta del receptor de
insulina o el substrato 1 del receptor de insulina. La desregulación o cambios
en los nivel de expresión de la isoforma de la PKC, especialmente la d θ y ε
han sido asociadas con la resistencia a la insulina y a la diabetes tipo 2 en
varios animales y pacientes diabéticos. Recientemente, las investigaciones se
han concentrado en el posible rol de una isoforma atípica de la PKC en la
cadena de señalización de la insulina involucrada en la estimulación de la
captación de glucosa. La insulina a demostrado activar la PKC atípica a través
de fosfatidil inositol (PI) 3-kinasa en una via dependiente. Esto estimula la
translocación de las vesículas de GLUT4, requerida para activar la
translocación y el transporte de glucosa [103].
91
Consecuentemente a la unión de la insulina a su receptor en la superficie
celular y su activación de la actividad kinasa de la sub unidad beta del receptor
de insulina, un numero de substratos intracelulares del receptor de insulina
(IRSs) son fosforilados en su residuo de tirosina (Y), y grupos ácidos
específicos de la tirosina fosforiladas, en turno, activan la cascada de
señalización. Una de esas cascadas (PI3K) es ahora aceptada generalmente
por ser requerida por el transporte de glucosa insulino-estimulado,
particularmente en células que contienen el transportador de glucosa GLUT4,
por ejemplo, celular musculo esquelética y adipocitos, envueltos en la activación
del fosfatidilinositól (PI) 3-kinasa, por medio de pYXXM (subunidad catalítica
p85) sobre miembros de la familia IRS (y otras proteínas similares), esta
interacción con los dominios src homologo (SH)2 de la subunidad reguladora
p85 de la PI 3-kinase (fig.1). La subunidad catalítica p110 del PI 3-kinase es
activada por ellos, y estas conducen a incrementar los niveles de PI-3.4.5-
(PO4)3 (PIP3) y otros D3-PO4 fosfoinosilados en la membrana celular, cuando
están activados un numero de proteinkinasas, ya sea directamente o a través
de la activación mejorada o la acción del 3-fosfoinositol dependiente de la
proteína kinasa-1 (PDK-1), la cual fosforila de manera importante los residuos
de treonina en la activación de ciertos lasos de proteína kinasa. Ambas PI3-
kinase/PDK-1-dependiente de proteína kinasa han sido postuladas por ser
importantes para el transporte de glucosa insulino-estimulada son aPKC-ζ y -λ/ι
y la proteína kinasa B (PKB o Akt). De esas dos proteínas kinasas, como ya se
ha aludido, hay fuerte evidencia que la aPKCs sirve de interruptor molecular
terminal que participa en la respuesta del transportador de glucosa no solo
92
durante la acción de la insulina si no también durante la acción de un número
de otros agonistas importantes, incluyendo tiazolidinedionas (TZD),
carbohidratos y ejercicio. Se ha descrito que la activación de la aPKCs pueden
ser afectadas no solo por medio del incremento de PI 3-kinasa/PDK-1-
dependiente en PIP3, como es usado por la insulina y ciertos otros factores de
crecimiento en las celular musculo-esqueléticas y de adipocitos pero también
por ciertos otros ácidos lipídicos, tal como se utiliza por los carbohidratos,
glucosa, sorbitol y ejercicio. [104].
Figura 6: Vías de señalización en los adipocitos y / o músculos esqueléticos mediado por la insulina, tiazolidinedionas (TZD), ejercicio, el 5-AMP- proteína quinasa (AMPK) activador de 5-amino-imidazol-4-carboxamida-1-D-ribósido (AICAR) y carbohidratos (CH2O) para activar GLUT4 (G4), translocación a la membrana plasmática y los efectos de la diabetes tipo 2 en estas vías de señalización. FFA, ácidos grasos libres; TNF-alfa, factor de necrosis tumoral; PPAR, receptor de peroxisoma proliferatoractivated; IRS-1/2, receptor de insulina sustrato-1/2, de la PAC, CBL- proteína activada ; PI, fosfatidilinositol, PI3K, PI 3-quinasa, PKB, proteína quinasa B, la PKC, la proteína quinasa C; PDK-1, 3-phosphoinositide dependiente de la proteína quinasa-1; PYK2, rica en prolina tirosina kinasa-2, ERK, señal extracelular-quinasa regulada; PLD , la fosfolipasa D, SH2, src homología 2 dominios, PA, ácido fosfatídico [104].
93
Streton et al, demostraron que, en respuesta a la insulina, aPKCs (PKC
atípicas) son capaces de asociarse con IRS-1 Serina fosforilado tanto en vivo
como en in vitro sin afectar los niveles de expresión total de IRS-1 [105].
Weigert y sus colaboradores (41) han sugerido que la fosforilación de este sitio
por aPKC sirve como una señal de atenuación para la insulina y que la
mutación de este residuo que se produce una alanina resulta en sólo en una
señalización sostenida de IRS-1 pero mantiene la captación insulino-estimulado
en un rango elevado [106].
4.17 Proinsulina y Péptido C.
El péptido C se forma a partir de proinsulina co secretada con insulina, es una
entidad independiente con características bioquímicas y fisiológicas que difieren
de los de la insulina [113]. Está formado típicamente de 31 aminoácidos de
longitud y contiene 4 o 5 residuos ácidos y, en sólo unas pocas especies, un
solo residuo básico. Es muy variable en su estructura, pero en general está
desprovista de los aminoácidos aromáticos. Aunque muchos estudios no han
conseguido detectar estructuras ordenadas en el C-péptido (Weiss et al., 1990),
los estudios de equilibrio de desnaturalización más recientes han indicado que
no es una espiral aleatoria, sino que contiene una estructura ordenada
detectable tanto cuando libre o unido a insulina en la proinsulina. La región
central del péptido-C por lo general contiene un segmento rico en glicina que se
94
esperaría para conferir gran flexibilidad, permitiendo que se doble sobre sí
misma para formar una estructura en forma de U o de horquilla cuando se une a
las cadenas de insulina en la proinsulina nativa [108].
Es bien sabido que el péptido C tiene una función importante en la síntesis de
insulina. Después de la escisión de la proinsulina en las células-βdel páncreas,
el ácido 31-amino del péptido C es secretada en la circulación portal en
concentraciones equimolares con insulina [107]. La proinsulina se une
débilmente al receptor de insulina, la hormona bioactiva es liberada por el
procesamiento proteolítico, el tránsito es a través del aparato de Golgi y la
entrada es en granulos secretores inmaduros, el péptido C se escinde por
convertasas de prohormonas específicas. La escisión se produce en sitios
conservados dibásicos (BC y uniones CA) [112].
Después de su descubrimiento en 1967, se creía que el C-péptido podía ejercer
efectos fisiológicos similares a los de la insulina. Sin embargo, ninguna
influencia sobre la glucosa o el metabolismo de lípidos se pudo demostrar, y el
péptido C fue considerado posteriormente como un producto de desecho de la
síntesis de insulina. Sin embargo, se ha encontrado que es útil como un
indicador de la función de las células β, y desde la década de 1970, el péptido
C se ha utilizado como un marcador sustituto para el seguimiento del curso de
diabetes tipo 1 y 2 y la determinación de los efectos de intervenciones
diseñadas para preservar y mejorar residual β-función de la célula [107].
95
La proinsulina consiste en una cadena A, un péptido de conexión (péptido C), y
una cadena B. Los enlaces de péptido C de la insulina A y B en las cadenas de
proinsulina, proporcionan un medio para promover su plegamiento y
ensamblaje eficiente en el retículo endoplasmático durante la biosíntesis de la
insulina. Luego, facilita el transporte intracelular, la clasificación, y el
procesamiento proteolítico de la proinsulina en insulina biológicamente activa en
los gránulos secretores de maduración de las células β. Estas múltiples
funciones imponen restricciones significativas en la estructura del péptido C que
se conservan en la evolución. Después de la escisión de proinsulina, el péptido
C intacto se almacena con insulina en la fase soluble de los gránulos secretores
y se libera posteriormente en cantidades equimolares con insulina,
proporcionando un indicador útil independiente de la secreción de insulina [108].
Está claro que la proinsulina del péptido C no es biológicamente inerte, sino que
tiene, además, acciones biológicas, cuya ausencia podría contribuir en el
desarrollo de las neuropatías diabéticas. La utilización de glucosa en todo el
cuerpo bajo condiciones sujetas a euglicémicos, son mejoradas por el péptido
C. Además, se ha demostrado que tiene una relación sobre los vasos, esto
incluye la estimulación del Óxido nítrico (NO), la reducción del intercambio
leucocito-endotelio, y la protección contra el daño por re perfusión isquémica
del corazón. Además, su respuesta ha sido examinada en animales [110]. El
péptido ha demostrado generar un efecto beneficioso en la regeneración de
fibras nerviosas en el deterioro de pacientes diabéticos por la normalización
de las respuestas de genes y expresión de factores neurotróficos [111].
96
De los efectos multifacéticos del péptido-C descritos anteriormente, debería
estar claro que el péptido ya no puede ser considerado un irrelevante
subproducto de la biosíntesis de insulina. Su unión específica a las membranas
celulares, su particular modelo de señalización intracelular con efectos en los
extremos que implican la activación y una mayor expresión de eNOS y la Na +,
K +-ATPasa, y la activación de varios factores de transcripción importantes
todos atestiguan el péptido-C es un péptido bioactivo endógeno. Los numerosos
estudios en modelos animales de diabetes y los primeros ensayos clínicos en
pacientes con diabetes tipo 1 demuestran que la sustitución de péptido C da
lugar a efectos beneficiosos sobre las anomalías diabetes inducida funcional y
estructural de los nervios periféricos, los riñones y el cerebro [107].
Existe alguna evidencia de que el péptido C y la insulina pueden interactuar
sinérgicamente en la vía de señalización de la insulina. La evidencia clínica
sugiere que la sustitución de C-péptido, junto con la terapia de insulina regular,
puede ser beneficiosa en pacientes con diabetes tipo 1 y sirven para retardar o
prevenir el desarrollo de complicaciones a largo plazo [113].
4.18 Sintaxina – 4.
97
La sintaxina-4 es una molécula que pertenece a la familia de las
sinaptobrevinas (VAMPs). Estas proteínas en la membrana vesicular
intervienen en el proceso de exocitosis de gránulos de insulina, ya que
reconocen una proteína membrana vesicular y la anclan. Posteriormente, se
fusionan a las membranas y se libera el contenido de la vesícula al espacio
extracelular [114].
En un estudio de Beth Spurlin et al. Se analizó los islotes de sintaxina-4 en
ratones heterocigotos que fueron aislados y comparados con los islotes de
ratones de tipo silvestre que no ha sufrido modificación genética. Tomados en
conjunto, los datos del análisis, apoyan la noción de que Sintaxina 4 en función
de complejos SNARE son esenciales para la fusión bifásica de gránulo de
insulina en las células beta pancreáticas [115].
En otro estudio de Fukuda et al. Se encontró que DOC2b (una proteína de
unión para la sintaxina-4) es una proteína SNARE positiva para la regulación de
vesículas de fusión de GLUT-4 y media el transporte de glucosa estimulada
por insulina en adipocitos [116].
Los estudios han sugerido un papel importante para homólogos sinaptobrevina
y sintaxina en este caso, especialmente los receptores solubles en v – soluble
N-etil maleimida de la proteína de unión celubrevina (SNARE) y asociada a
vesículas de membrana de proteína-2 (VAMP-2) y la sintaxina 4 t-SNARE, pero
la expresión de estas proteínas no ha sido estudiado en los tejidos
98
insulinresistentes. Finalmente los datos de este estudio sostienen que los
niveles de proteína SNARE pueden verse alterados en los estados de insulino-
resistencia y que los niveles de estas proteínas están modulados por agentes
que aumentan la sensibilidad a la insulina. Además los datos de este estudio
demuestran por primera vez la expresión alterada de proteínas conocidas en la
regulación de la traslocación GLUT-4 en un modelo de diabetes [117].
En otro estudio de Beth Spurlin et al. Se quiso investigar el impacto de la
creciente abundancia de proteína sintaxina-4 en la homeostasis de la glucosa in
vivo, para eso ingeniaron Tetraciclina represora en ratones transgénicos que
sobreexpresaban sintaxina-4 por 5 veces en el musculo-esquelético y páncreas
y el triple en el tejido adiposo. En conclusión los datos sugieren que el
incremento en número de “sitios de fusión” de sintaxina 4 – MUNC18c en la
membrana plasmática del musculo esquelético, aumenta la cantidad de Glut-4
disponible para incrementar la velocidad global de captación de glucosa
mediada por insulina in vivo [118].
En el estudio de Matthew D’Andrea-Merrins et al. Se utilizó in vivo la resonancia
con fluorescencia de energía en un tipo de adipocitos, co-inmunoprecipitación, y
la unión en ensayos in vitro, donde proporcionaron datos para indicar que
MUNC18c también se asocia con una afinidad casi igual a una mutación de la
sintaxina 4 en un estado constitutivamente abierto (sin plegar) (L173A/E174A,
LE). Finalmente se concluyo que la conformación de “apertura” en la sintaxina 4
99
en lugar de la disociación de MUNC18c es el evento crítico requerido para el
acoplamiento de vesículas del Glut-4 [119].
En un revisión sistemática de Jenna Jewell et al. donde se estudia los
mecanismos que subyacen a la liberación de insulina y la captación de glucosa,
en especial el rol de las proteínas MUNC18c y sintaxina-4, y se confirma que
estas proteínas son claramente conexiones comunes en el mecanismo de
exocitosis de los gránulos de insulina y de la traslocación de vesículas de Glut-
4, sin embargo los procesos bioquímicos completos aún está por dilucidarse
[89].
4.19 SNAP-23.
SNAP -23 y su homólogo SNAP- 25 son las proteínas SNARE, que son
esenciales para la exocitosis regulada en diversos tipos de células. Trabajos
recientes han demostrado que la SNAP-25 y SNAP-23 están parcialmente
localizados en los dominios de balsas esfingolípidos / ricos en colesterol de
lípidos de la membrana plasmática y que la integridad de estos dominios es
importante para la exocitosis [120]. El sistema SNARE parece tener un papel
importante en la fusión de gotas de lípidos [123].
100
VAMP-2, sintaxina 4, y SNAP 23, que se encuentra en el músculo y células
grasas, forman un complejo SNARE que es similar pero no idéntico a su
contraparte neuronal, constituido por VAMP-2, sintaxina 1, y SNAP 25 [120].
SNAP23, es probable que sea un catalizador de fusión junto con syntaxin-4 y
vesícula proteína asociada a la membrana -2 (VAMP). Además, el contenido
endógeno de SNAP23 parece ser un limitante insulino-dependiente de GLUT-4
y su exposición en la superficie celular.
En diversos estudios se ha demostrado que la SNAP-23 está implicada en la
translocación dependiente de la insulina del transportador de glucosa GLUT4 a
la membrana plasmática. Los ácidos grasos inducen una vía errónea al SNAP-
23 de la membrana de plasma al interior de la célula, dando lugar a resistencia
a la insulina celular que puede ser superado mediante el aumento de los niveles
de SNAP-23, esto se presenta en vivo en las biopsias de músculo esquelético
de pacientes con DT2 (diabetes de tipo 2).Por otra parte, existen estudios que
han demostrado una relación lineal entre la cantidad de SNAP-23 en la
membrana plasmática de los músculos esqueléticos humanos biopsias y la
sensibilidad a la insulina sistémica. Syntaxin-5 es baja en pacientes DT2, lo que
conduce a una disminución de la fosforilación dependiente de la insulina de Akt
(también conocida como proteína quinasa B). Así, tanto la SNAP-23 y sintaxina
5-están muy implicados en el desarrollo de resistencia a la insulina [121].
En las células musculares no transfectadas, el GLUT-4 se inserta en la
membrana en los sitios de membrana volantes soportados por estructuras de
101
actina corticales. Notablemente, SNAP-23 y sintaxin 4 parece concentrarse en
los sitios de contacto de la malla de actina con la membrana plasmática.
En algunos estudios se ha demostrado previamente que SNAP23 puede jugar
un papel en el desarrollo de resistencia a la insulina. En concreto, puso de
manifiesto que la acumulación de de gotitas de lípidos en los cardiomiocitos
después del tratamiento con ácidos grasos resulta en una redistribución de
SNAP23 al interior de la célula, que coincide con el desarrollo de resistencia a
la insulina celular, Sin embargo, este tratamiento no afecta a la cantidad total de
SNAP23 [122].
Estos estudios también muestran que el tratamiento con ácido oleico disminuye
la sensibilidad a la insulina de las células musculares del corazón, y esta
sensibilidad está completamente restaurada por la transfección con SNAP23.
Por lo tanto, SNAP23 podría ser un vínculo entre la sensibilidad a la insulina y
la entrada de ácidos grasos a la célula [123].
4.20 VAMP-2.
La proteína VAMP-2, junto con las sinaptobrevinas, sintaxinas y SNAP-
25 son los principales componentes de una proteína compleja envuelta
en el acoplamiento y/o fusión de vesículas sinápticas en la membrana
pre sináptica. Esta proteína es codificada en los humanos por el gen
102
VAMP-2. VAMP-2 es un miembro de las proteínas asociadas a vesícula
de membrana/familia de la sinaptobrevina [124].
VAMP-2 junto con la Sintaxina-4 y NSF son 3 elementos envueltos en el
complejo SNARE cuya función es la de acoplar y fusionar las vesículas
de GLUT-4 sensibles a la insulina con la membrana plasmática [13].
En un estudio de Lin Y. y Sun Z. Donde el propósito fue probar la
hipótesis de que T3 (hormona tiroidea) promueve la captación de glucosa
a través de la mejora de la insulina inducida por la fosforilación de AKT y
la translocación de VAMP2 en adipocitos 3T3-L1. La caída de VAMP-2
usando siRNA, abrogó los efectos de T3 en la insulina inducida por la
translocación de GLUT-4 y la captación de glucosa, lo que sugiere que
VAMP-2 es un mediados importante de estos procesos. Finalmente
concluyeron que T3 puede promover la captación de glucosa a través de
la mejora de la insulina inducida por la fosforilación de AKT y la
subsecuente translocación de VAMP-2 y GLUT-4 en adipocitos 3T3-L1.
VAMP-2 es esencial para T3 ya que gracias a VAMP-2 podrá aumentar
la insulina inducida por la translocación de GLUT-4 y subsecuente
captación de glucosa en adipocitos [126].
En un estudio de Varinder et al., señalan que la insulina y la
hipertonicidad aumentan el contenido de GLUT-4 en la superficie de las
células musculares. La insulina mejora la exocitosis de GLUT-4 con
disminución de la endocitosis. La respuesta de la insulina pero no la de la
103
hipertonicidad se ve reducida por la neurotoxina “Tétano”, la cual se unirá
vesícula asociada a la proteína de membrana VAMP-2 y VAMP-3, y es
rescatado al introducir el VAMP-2 resistente al tétano. Para examinar si
el mecanismo SNARE es requerido para la fusión del tétano insensible a
la vesículas de GLUT-4 a la membrana plasmática, el mioblasto L6 que
esta establemente expresando myc-tagged GLUT-4 fue transientemente
transfectado con factor N-etilmaleimida sensible (DN-NSF) o con ARN de
interferencia al tétano por el VAMP-2 (TI-VAMP siRNA) resistente a la
neurotoxina. Ambas estrategias redujeron marcadamente el nivel basal
de GLUT-4myc y hubo ganancia de GLUT-4myc en la superficie en
respuesta a la hipertonicidad. El efecto de la insulina fue abolido por DN-
NSF, pero solamente en parte reducido por TI-VAMO siARN. Ellos
proponen finalmente que la insulina y la hipertonicidad reclutan GLUT-
4myc, pero distintas fuentes se han definido por VAMP-2 y TI-VAMP,
respectivamente [125].
4.21 Vanadio.
El vanadio es un elemento natural en la tierra, el 23° en la tabla periódica, que
a menudo es encontrado en forma de cristales de un color blanco y gris
metálico [127], teniendo una abundancia de 0,02% en la naturaleza, teniendo
una concentración intracelular de 20 nM, se estima además que la cantidad de
104
vanadio en el cuerpo humano (en forma natural) es aproximadamente 100-
200μg [128].
El interés por la química del vanadio en su forma biológica y farmacológica a
incrementado en los últimos 20 años. Esto se basa principalmente en el efecto
similar a la insulina de los componentes del vanadio, y de la presencia de
vanadio en ciertas haloperoxidasa y nitrogenasas [129].
Las acciones insulino-miméticas del vanadato han sido estudiadas en varios
tejidos en sujetos sanos y diabéticos) en células que responden la insulina. La
administración de vanadato a ratas diabéticas ha mostrado imitar a la insulina
en la translocación de GLUT-4 del citosol a la membrana tanto in vitro como in
vivo, sin embargo, los compuestos del vanadio han demostrado ser tóxicos en
las dosis en que alcanza un efecto mimético al de la insulina [130].
La diabetes tipo 2 está asociada con una resistencia insulínica progresiva de los
tejidos periféricos, y a pesar de los niveles plasmáticos de insulina. En la última
década los componentes del vanadio ganaron la atención como un candidato
para el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 2. El tratamiento tanto con
componentes del vanadio en su forma orgánica e inorgánica disminuye
significativamente los niveles de insulina en plasma y mejora la sensibilidad por
la insulina en modelos animales con resistencia a la insulina [131].
Cabe agregar que en ratas zucker obesas y diabéticas el tratamiento crónico
con vanadio reduce el alto nivel de glucosa en plasma. El efecto gluco-
regulatorio de la insulina es mediado principalmente por la mejora de la
105
utilización/captación de glucosa periférica y la supresión del excreción de
glucosa hepática, esto es similar a como el vanadio mejora la sensibilidad a la
insulina, logrando imitar el proceso metabólico de la insulina sobre estos tejidos.
Ya que el incremento de la captación glucosa en músculos no está asociado a
alteraciones en el RNAm de GLUT-4 o a la expresión de proteínas por el tejido,
el efecto estimulador del Vanadio sobre la glucosa o el transportador de esta
podrían ser mediado por una translocación más eficiente del GLUT4 o un
incremento en su actividad intrínseca. En adición a su efecto sobre la captación
de glucosa, el vanadio restaura la actividad de la enzima clave en el
metabolismo de la glucosa (glucosa sintetasa a y fosforilasa a) y las enzimas
hipogénicas (enzima málica y la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa) en animales
con insulino resistencia. El vanadio también mejoro el efecto de la insulina en
ratas Zucker obesas diabéticas y preservo efectivamente la función d las
celular-β del páncreas. En adición de los efectos en el tejido periférico, la
insulina regula el apetito y el consumo de comida a través de la inhibición del
neuro-péptido Y hipotalámico (NPY), conduciendo a un incremento en la
secreción de leptina desde los adipocitos. Previos estudios con bis-maltolato-
oxovanadio(BMOV) y bis-etilmaltolato-oxovanado IV (BEOV), 2 potentes
agentes reductores de la concentración de glucosa asociados a vanadio,
redujeron el peso corporal y el apetito en ratas obesas Zucker, un mecanismo
propuesto por la acción del vanadio podría ser que el vanadio imita el efecto de
la insulina en el hipotálamo y ese cambio observado en el peso corporal y el
apetito luego del tratamiento con BMOV podría estar relacionado a niveles
alterados de NPY en el hipotálamo [131].
106
En adición a su acción sobre el metabolismo de la glucosa, los componentes
del vanadio pueden modular el metabolismo de los lípidos tanto in vivo como in
vitro. El tratamiento con NaOV (una de las formas del vanadio como sal) en
ratas zucker disminuye significativamente los triglicéridos en plasma. El
vanadato también ha mostrado reducir el colesterol total y libre en sujetos
normales, lo cual puede ser debido a la inhibición de los pasos involucrados en
la biosíntesis del colesterol. En hepatocitos aislados y adipocitos el NaOV
modula el metabolismo de los lípidos a través de la estimulación la actividad
lipogénica y reduciendo la lipolítica [132].
V.- TRATAMIENTO FARMACOLÓGICO
La meta es lograr niveles de glicemia lo más cercano al rango normal,
resguardando la seguridad del paciente. Como la diabetes tipo 2 se caracteriza
por insulino-resistencia y una declinación progresiva de la función de la célula
beta, lo esperable es que los niveles de glucosa en sangre se deterioren a
través del tiempo, lo que amerita un abordaje terapéutico dinámico. Lo
importante es tener en consideración que los pacientes con DM II son un grupo
heterogéneo, por lo tanto los planes y metas terapéuticas deben ser
personalizados. Por otro lado el médico también debe considerar los siguientes
factores [1].
107
Nivel de la hiperglicemia
Riesgo de hipoglicemia
Efectos colaterales del medicamento
Enfermedades concomitantes
Capacidad para adherir al plan terapéutico
Preferencias del paciente
Costos
ESQUEMA TERAPÉUTICO UTILIZADO EN CHILE
Son bastantes los medicamentos utilizados para la DM II hoy en día. La
industria farmacológica ha avanzado bastante en este punto, demostrado
que para esta patología hay otros fármacos más además de la ya conocida
metformina y de la terapia con insulina propiamente tal. Son nueve clases de
medicamentos los que están disponibles actualmente para el tratamiento de
la diabetes como son la insulina, sulfonilureas, biguanidas, inhibidores de la
alfa glucosidasa, tiazolodinedionas, glinidas, análogos del péptido-simil al
glucagón e inhibidores DPP-IV (dipeptidil peptidasa IV) [1,6].
108
Figura 7: Tratamiento de la diabetes tipo 2 según mecanismos de acción [1].
VI.- TRATAMIENTO NO FARMACOLÓGICO
Existen algunas medidas no farmacológicas como la pérdida de peso, reducción
de la ingesta de sal y de alcohol, abandono del tabaco y ejercicio físico, que si
bien no han sido específicamente estudiadas en pacientes diabéticos, han
demostrado ser eficaces en reducir la PA en la población general y deben
formar parte de la estrategia terapéutica [151].
6.1 INFLUENCIA DEL EJERCICIO EN PACIENTES CON DM2
109
El ejercicio y la dieta son los pilares fundamentales en el tratamiento de la
diabetes mellitus tipo 2, siendo su combinación más efectiva que su uso
aislado para mantener una pérdida de peso adecuada y una mejoría del control
metabólico. La pérdida ponderal conduce a una disminución en la resistencia a
la insulina y puede ser más beneficiosa en la progresión de la diabetes mellitus
tipo 2 cuando la secreción de insulina aún es adecuada [134].
El ejercicio es un componente importante en el manejo de la diabetes, de
manera que puede ser utilizado para fomentar la salud y la calidad de vida de
los pacientes afectados de dicha enfermedad [134].
Existen una serie de objetivos a obtener con el ejercicio físico para que este sea
efectivo en términos de prevención y terapia de diabetes tipo2, de dislipidemia,
de insulino resistencia, de hipertensión arterial de exceso de adiposidad, de
osteopenia y sarcopenia en el ser humano contemporáneo. Las alteraciones
que otorga la vida sedentaria al ser humano actual, por las condiciones de vida,
son tanto centrales como periféricas, sin embargo en gran parte de los
pacientes con factores de riesgo y los portadores del síndrome metabólico,
poseen una baja tolerancia al esfuerzo o una disminuida capacidad de trabajo,
cuyas limitaciones son periféricas y no centrales. Esto ha quedado en evidencia
mediante la determinación de la diferencia arterio-venosa y del cuociente
respiratorio durante el ejercicio [150].
110
El ejercicio físico es una intervención potente para mejorar la acción de la
insulina en la homeostasis de la glucosa en individuos tanto sana y resistente a
la insulina, así como en pacientes con diabetes tipo 2. Este efecto beneficioso
del ejercicio físico se debe en parte a la acción mejorada de la insulina sobre la
captación de glucosa en el músculo esquelético, sin embargo, los mecanismos
subyacentes no están claros. Adaptaciones del músculo esquelético al
entrenamiento son múltiples, incluyendo la mejora de los efectos
hemodinámicos de la insulina [133].
El ejercicio por sí solo, en ausencia de cambio en el peso corporal, es capaz de
aumentar la captación de la glucosa, debido a que el músculo esquelético es el
depósito más grande para la eliminación de la glucosa, la atrofia muscular con
la edad, la sarcopenia y/o la inactividad exacerba los problemas de la captación
de glucosa periférica debido a la deficiencia de insulina o falta de sensibilidad
[6].
La debilidad muscular, disminución de la masa muscular, disminución del
número de fibras musculares y del tamaño están relacionados entre sí, y
pueden preceder, la resistencia a la insulina, intolerancia a la glucosa, y la
diabetes tipo 2 [6].
111
Se ha demostrado que el ejercicio puede mejorar la sensibilidad a la insulina y
la glicemia de control, los mecanismos subyacentes a tales beneficios no se
entienden completamente, de hecho, hay estudios recientes de los beneficios
metabólicos de la actividad física, pero no hay ninguna revisión sistemática de
los efectos del ejercicio resistido sobre determinadas adaptaciones del músculo
en las personas con diabetes tipo 2 [6].
La relevancia del ejercicio físico como terapia no farmacológica no está
solamente enfocada al tratamiento del paciente diabético sino también a la
disminución de su incidencia en sujetos con riesgo de padecer la enfermedad
[135, 136].
La mantención de la glicemia en reposo como en ejercicio se establece bajo
rangos muy estrechos. Sin embargo, el nivel normal de glicemia puede ser
mantenido a través de la glucogenólisis hepática, la gluconeogénesis o bien
movilización de otros sustratos energéticos que sirven como alternativa.
[137,138].
El ejercicio físico es un potente estímulo para la captación de glucosa muscular
pudiendo aumentar hasta 20 veces el nivel de reposo.
En sujetos sanos, en estado post-prandial, la captación de glucosa del torrente
sanguíneo satisface entre un 15-30% los requerimientos del tejido muscular
activo durante ejercicio de moderada intensidad; esto puede aumentar a 40%
durante ejercicio de alta intensidad. Es importante recalcar que la tasa de
112
captación de glucosa aumenta exponencialmente con ejercicios de intensidad
mayor al 50% del VO2 máx [138].
6.2 BENEFICIOS DEL EJERCICIO EN DM2
El ejercicio tiene efectos metabólicos favorables en lo que es el control de la
glicemia, la pérdida de peso corporal, y efectos en otros factores de riesgo
(como el aumento del colesterol, la hipertensión), y los efectos vasculares
directos. Sin embargo, a pesar de un número de estudios sugiriendo efectos
favorables en el control metabólico y los factores de riesgo ECV, el efecto neto
de estos en los resultados clínicos en DMT2 es aún un tema a definir:
Uno de los efectos agudos del ejercicio en la diabetes mellitus tipo 2 es la
disminución de la glucemia, actuando de forma sinérgica con la insulina en los
tejidos sensibles a ésta. La mayoría de los pacientes con diabetes mellitus tipo
2 obesos muestra una disminución de los niveles de glucemia tras el ejercicio
físico correlacionada con su duración e intensidad, así como con la glucemia
pre-ejercicio. Esta reducción en los niveles de glucemia se atribuye a la
disminución en la producción hepática de glucosa con un incremento paralelo
de su consumo por parte del músculo esquelético. La disminución de la
producción hepática de glucosa se debe a un mecanismo de feed-back negativo
asociado a niveles mantenidos de insulina durante el ejercicio y a niveles
elevados de glucemia antes del ejercicio. Este efecto reductor de la glucemia
113
es, además, mantenido tras un ejercicio de mediana intensidad. Durante
ejercicios de corta duración y de alta intensidad, las glucemias sanguíneas
frecuentemente se incrementan en obesos con diabetes mellitus tipo 2 que
tienen hiperinsulinemia y permanecen así hasta 1 hora después del ejercicio
debido al incremento de hormonas contra reguladoras [6].
El ejercicio físico mejora y mantiene la adaptabilidad cardiorrespiratoria, fuerza
muscular, resistencia y composición corporal [6].
6.3 CONTROL DE GLICEMIA EN EL EJERCICIO FÍSICO
El ejercicio físico mejora el control metabólico (HbA1c, glicemia o sensibilidad a
la insulina), Se logran mejoras que van desde -0,38 a -0,97 puntos porcentuales
en la HbA1c con ejercicios de 135 a 270 min. por semana durante 6 meses
[139]. El beneficio del ejercicio es modesto sobre los niveles de HbA1c, pero
clínicamente significativo y solo comparable al resultado de una intensa
intervención farmacéutica [139].
Investigaciones previas han reportado que el ejercicio físico produce una mejora
en la sensibilidad y resistencia a la insulina, lo cual produciría una gran
reducción en la medicamentación del paciente DMT2 [140, 6].
114
Se habla de que existe una buena relación entre la pérdida de Grasa Corporal y
mejora del control glicémico [136], aunque sin embargo esto último puede ser
independiente de la pérdida de grasa [141], como la mejora en la sensibilidad a
la insulina, efectos sobre los transportadores de glucosa (Glut 4) la contracción
muscular puede ayudar a la circulación de los transportadores de glucosa
(GLUT4) a la membrana plasmática con independencia de la insulina. La
hipertrofia muscular y la circulación sanguínea también son mecanismos que
contribuyen a dicho control glicémico [6].
6.4 FACTORES DE RIESGO DEL EJERCICIO FÍSICO EN PACIENTES
DIABETICOS TIPO 2.
El ejercicio físico es una herramienta muy beneficiosos específicamente en lo
que significa la disminución de la HTA, dislipidemia o colesterol elevado,
Obesidad y mejora en el perfil lipídico, incluso si este se combina con una dieta
balanceada en pacientes obesos con DMT2 [II (A)]. Mediante esto se produce
una reducción de la Presión arterial sistólica en 5,6 + 3,7 mmHg y Presión
arterial diastólica en 5,5 + 4,4 mmHg, junto con modestas reducciones en los
valores de triglicéridos en un promedio de 26,6 mg/dL y pequeños aumentos en
las lipoproteínas de alta densidad en un promedio de 5,0 mg/dl [6].
115
6.5 RIESGOS CARDIACOS DEL EJERCICIO DE ENTRENAMIENTO EN DM 2
El riesgo de un acontecimiento cardiaco importante durante un ejercicio físico
es bastante bajo, incluso en pacientes con paro cardiaco, de riesgo elevado no
se ha divulgado ninguna muerte durante dicho ejercicio, y el beneficio que este
experimenta excede sustancialmente su riesgo [142,143].
116
La preocupación principalmente está relacionada siempre con el peligro de una
enfermedad coronaria. La detección de la enfermedades coronarias, se logra a
través de pacientes con síntomas cardiovasculares, de los cuales ellos se
deben evaluar adecuadamente antes de seguir con cualquier tipo de programa
de ejercicios, un electrocardiograma anormal, en pacientes con DMT2
asintomáticos se sugiere como prueba útil para estratificar el riesgo [142,143].
La raza claramente tiene un efecto sobre la prevalencia de las alteraciones
subclínicas en enfermedades arterio-coronarias, siendo mayor en blancos por
un 78%, orientales 68%, los hispanos 58% y los africanos 54%, el test de
esfuerzo se recomienda en pacientes sintomáticos o con diagnósticos de
enfermedad arterio coronarias (CAD) si hay cambios en el estado clínico menor
a 2 años. En pacientes con DMT2, pero sin historia de CAD, se recomienda si
hay dolor de pecho o disnea de esfuerzo, sospecha de CAD, con ECG anormal
o si se prevé ejercicio vigoroso [142,143].
Tanto la contracción muscular esquelética como la insulina, incrementan el
transporte de glucosa a la célula muscular. Los mecanismos moleculares por
los cuales la insulina y el ejercicio aumentan esta captación de glucosa han sido
parcialmente dilucidados, con grandes avances en estos últimos 10 años. Sin
embargo se sabe con bastante certeza que los mecanismos por los que
actuaría el ejercicio y la insulina serian diferentes; de hecho existen varios
estudios que han demostrado un efecto aditivo del ejercicio y la insulina en la
captación de la glucosa muscular esquelético [6, 144,145].
117
Es así como existe evidencia de pules de Glut-4 distintos, unos sensibles a
insulina y otros sensibles al ejercicio. Hasta la fecha se ha descrito que, la
enzima censora de energía AMP-Activated Protein Kinasa, juega un rol
importante en el transporte de glucosa mediado por la contracción muscular
[147].
En cuanto a la frecuencia como estipula Elliot Joslin, en su tratado, 1935 el
ejercicio debiera ser diario; pero si nos ajustamos a la realidad el ejercicio
tendría que tener una frecuencia mínima de 4 veces por semana, sin tener 2
días consecutivos de reposo; la intensidad debe ser entre 40 y 75% de su
máximo consumo de oxigeno. En relación a la duración este deberá contemplar
de 20 a 45 minutos; respecto al tipo de ejercicio este debe ser principalmente
aeróbico. La especificidad de extremidades debe ser enfocada a las
extremidades inferiores, lo cual se explica por la asimetría observada de
sensibilidad. [147,149].
118
Sin embargo este no sería el único mediador sino también una serie de
mediadores posibles dentro de los cuales, los con mayor apoyo bibliográfico
encontramos a: el Calcio, Óxido Nítrico, Bradicinina y Akt. [146, 147,148]
Teniendo en cuenta las bases moleculares de la captación de glucosa y la
contracción muscular hay que tener presente que el componente más
importante de la capacidad física que ha sido relacionado con la prevención en
diabetes corresponde a la potencia aeróbica. Entonces el ejercicio físico con
adecuada intensidad en su entrenamiento tanto de resistencia como sobrecarga
corresponde al arma terapéutica para el paciente diabético tipo 2. Para lograr
los beneficios del ejercicio físico en los pacientes diabéticos hay que tener en
cuenta que la evaluación de su capacidad aeróbica es fundamental, como parte
de la evaluación inicial del paciente diabético; entendiendo que este tipo de
pacientes tiene un menor consumo máximo de oxigeno comparado con sujetos
sanos; la evaluación médica previa está enfocado a descartar las
complicaciones crónicas propias del paciente diabético que contraindique la
práctica de ejercicio físico y el ajuste medicamentoso; desafortunadamente el
ejercicio es comúnmente subutilizado como terapia no farmacológica a pesar de
los cambios beneficiosos tanto en la tolerancia a la glucosa como la sensibilidad
a la insulina; cambios que normalmente se revierten dentro de 48 horas
respecto a la última sesión de ejercicio [144,145,146,147,149,6].
Es así como, la actividad física regular debiera de ser un imperativo para
mantener el control glicérico, mejorar la sensibilidad insulínica y control que el
peso corporal en este tipo de pacientes.[144,145,146,147,149, 6]
119
El programa básico de ejercicio terapéutico para el paciente diabético consta de
ciertos requisitos respecto a: frecuencia, intensidad, duración, tipo y
especificidad de extremidades a ejercitar.
VII.- CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO
Tipo de Investigación: Revisión Sistemática
Diseño de Investigación: Descriptivo
Materiales:
MATERIALES
- Base de datos: www.jap.org, www.pubmed, www.fisterra.com,
www.clinicalevidence.com, www.physiobase.com, www.medline.com,
www.cochranelibrary.net, www.scielo.cl.
- Población y muestra: Se analizaron 118 artículos entre el año 2002 y
2012, en los cuales se describe mediante experimentación o
descripción, sustancias y mecanismos implicados en la captación de
glucosa en pacientes diabéticos tipo 2, que cumplieron con los
criterios de inclusión y exclusión que se describen a continuación..
120
Operacionalización de las variables:
Se realizó una búsqueda en fuentes virtuales de información científica,
utilizando los términos de:
Ejercicio, captación de glucosa, diabetes mellitus II, glucose uptake, excercise.
Se realizó una búsqueda manual de todos los títulos para su potencial inclusión
y búsquedas adicionales para las citas pertinentes.
Protocolos de evaluación y de recolección de datos:
Se usó la escala de PEDro (Anexo Tabla 1), la cual asignó un valor numérico,
donde, mientras más alto es el puntaje es indicativo de mayor calidad del
artículo.
Dicha escala tiene una buena confiabilidad de aplicación con respecto a otras
escalas ya validadas y es de elección al momento de realizar trabajos de
investigación relacionados con la Kinesiología.
Esta valoración de artículos también es conocida como validez interna.
Tratamiento estadístico: No amerita.
121
RESULTADOS
Se revisaron 118 artículos que cumplieron con los criterios de inclusión, de los
cuales 72 fueron estudios experimentales y 42 no experimentales.
Dentro de los experimentales solo 10 fueron ciegos, 62 sin sesgo y no hubieron
doble ciegos. 25 estudios fueron aleatorizados, 25 con grupo control y 47 sin
grupo control, además, dentro de estos 19 fueron estudios in vitro.
La cantidad de artículos encontrados para cada sustancia
66
13
4
5
6
83376
53
6
6
4
7
74
3 6
AICAR AMP-KAS160 BradiquininaCalcineurina CaMKIIEstrogeno GLUT-4Hexoquinasa-2 IGF-1MAPK MEF-2MUNC-18 ONPGC-1-ALFA PKCPC y Proinsulina Sintaxina-4SNAP-23 VAMP-2VANADIO
Figura 8: Cantidad de artículos (en unidades) para cada sustancia descrita.
Se analizaron 72 artículos de diseño experimental según la escala de PEDro.
En el total de valores, la gran mayoría de trabajos, 33, tuvieron valores bajos y
122
solo la minoría, 2, tuvieron valores elevados. Las cantidades totales de trabajos
evaluados con la escala de PEDro se describen en la tabla X
1 a 2 3 a 4 5 a 6 7 a 8 9 a 100
5
10
15
20
25
30
35
Cantidad articulos V/S Valores (Escala PEDro)
Valores (PEDro)
Canti
dad
de a
rticu
los
Gráfico 2: Cantidad de trabajos en función de los valores en escala de PEDro.
123
DISCUSIÓN
La diabetes tipo 2 se caracteriza por un metabolismo anormal de la glucosa,
grasa y la insulina, debido en parte a la resistencia a las acciones de la insulina en
los tejidos periféricos. El beneficio del ejercicio en pacientes diabéticos es bien
conocido y la investigación reciente indica que la proteína quinasa activada por
AMP (AMPK) juega un papel importante en este. En todos los estudios que se
analizaron sobre la acción del AMPK en la captación de glucosa desde el
músculo-esquelético se concluyó que el AMPK es un actor clave en la regulación
del metabolismo de la energía, colocándolo en el centro de la escena en los
estudios de la diabetes y enfermedades metabólicas expresado en los principales
órganos metabólicamente. Actúa como un integrador de señales reguladoras en
constante seguimiento del estado de energía sistémica y celular. AMP kinasa
también interviene en la oxidación de ácidos grasos estimulada por contracción.
En 6 estudios analizados, los 6 concluyeron que la activación del AMPK
contribuye a muchos efectos beneficiosos para la salud del ejercicio físico sobre
la glucosa y el metabolismo de los lípidos de forma aguda aumentando la
eliminación de glucosa muscular y la oxidación de ácidos grasos y, crónica,
mediante la mejora de número de mitocondrias y su función. Ahora otros estudios
indican que hay indicios de que el sistema AMPK está involucrado en los efectos
beneficiosos de la restricción calórica en Alargamiento vida útil. En el caso del
MEF-2 de los 5 estudios analizados para conocer la acción de este, 4 de ellos
indican que el MEF-2 es un factor de transcripción requerido para los genes de
respuesta al ejercicio y refieren que es posible que estos mecanismos sean
124
responsables de regular el metabolismo durante el ejercicio, además de que
podrían proporcionar dianas para el tratamiento y gestión de estados de
enfermedad del metabolismo como la obesidad y la diabetes tipo 2, que se
caracterizan por la disfunción mitocondrial y la resistencia a la insulina en el
músculo esquelético, el otro estudio nos muestra que el MEF-2 juega un papel
clave en la diferenciación del músculo estriado, el desarrollo y el metabolismo, en
la supervivencia neuronal y la formación de sinapsis, y en la selección de
linfocitos y la activación. Con respecto al Óxido Nítrico es una molécula con
diversas funciones fisiológicas, se produce en vivo a través de la conversión de L-
arginina en L-citrulina por la óxido nítrico sintasa (NOS). 1 de los estudios
analizados refiere que un aumento en la producción de óxido nítrico a través de la
regulación de la sintetasa de óxido nítrico es visto como beneficioso durante el
ejercicio debido a sus efectos sobre la prestación de la sangre, la captación de
glucosa, la contractilidad y contracción de acoplamiento excitación. Algunos
hallazgos apoyan la idea de que la vasodilatación dependiente de óxido nítrico
disminuye en pacientes con DM2.. Estudios con iontoforesis local de acetilcolina y
nitroprusiato han demostrado vasodilatación disminuida para ambos dependientes
del endotelio y el endotelio independiente-NO estímulos en algunos grupos de
pacientes con DM2. Uno de los estudios analizados refiere que existen estudios
que indican que la AMPK mediada por la activación de la vía del óxido nítrico
desempeña un papel en la mediación de los efectos de AICAR para estimular el
transporte de glucosa GLUT y translocación en el músculo cardíaco.
125
Con respecto al PGC-1 ALFA uno de los 6 estudios analizados nos muestra que
el ejercicio estimula el PGC-1α y aumenta la expresión de genes VO 2 máx.
Otro estudio refiere que PGC 1 alfa es miembro de una familia de coactivadores
de transcripción que juegan un papel central en la regulación del metabolismo
energético celular. Estudios recientes han aclarado la función de los
coactivadores de PGC-1 en tejidos diferentes y han puesto de relieve las
consecuencias de la desregulación de PGC-1 en enfermedades como la
diabetes, la obesidad, cardiomiopatía, o la neurodegeneración. Se demostró
que el PGC-1 puede jugar un papel protagónico en la resistencia a la insulina,
alteración de la regulación positiva compensatoria de la secreción de insulina, y
la gluconeogénesis hepática mejorada. PGC-1 interactúa con el factor nuclear
de hepatocitos (HNF)-4, el receptor de glucocorticoides y el FOXO1 para
ejecutar programas transcripcionales de insulina regulada por gluconeogénesis.
Además, PGC-1 aumenta la captación de glucosa en las células musculares por
la inducción de la expresión a través de GLUT-4.
En diversos estudios se ha demostrado que la SNAP-23 está implicada en la
translocación dependiente de la insulina del transportador de glucosa GLUT4 a
la membrana plasmática. Uno de los estudios analizados nos muestra que los
ácidos grasos inducen una vía errónea al SNAP-23 de la membrana plasmática
al interior de la célula, dando lugar a resistencia a la insulina celular que puede
ser superado mediante el aumento de los niveles de SNAP-23, esto se presenta
en vivo en las biopsias de músculo esquelético de pacientes con DT2 (diabetes
126
de tipo 2).Por otra parte, existen estudios que han demostrado una relación
lineal entre la cantidad de SNAP-23 en la membrana plasmática de los
músculos esqueléticos humanos biopsias y la sensibilidad a la insulina
sistémica. Syntaxin-5 es baja en pacientes DT2, lo que conduce a una
disminución de la fosforilación dependiente de la insulina de Akt (también
conocida como proteína quinasa B). Así, tanto la SNAP-23 y syntaxin 5-están
muy implicados en el desarrollo de resistencia a la insulina.
Un estudio de 7 analizados sobre la Proinsulina y Péptido C nos informa que el
péptido C se forma a partir de proinsulina co secretada con insulina, es una
entidad independiente con características bioquímicas y fisiológicas que difieren
de los de la insulina. Otro de los estudios analizados refiere que se ha
encontrado que es útil como un indicador de la función de las células β, y desde
la década de 1970, el péptido C se ha utilizado como un marcador sustituto
para el seguimiento del curso de diabetes tipo 1 y 2 y la determinación de los
efectos de intervenciones diseñadas para preservar y mejorar residual β-función
de la célula. Todos llegan a la conclusión que el péptido ya no puede ser
considerado un irrelevante subproducto de la biosíntesis de insulina. Los
numerosos estudios en modelos animales de diabetes y los primeros ensayos
clínicos en pacientes con diabetes tipo 1 demuestran que la sustitución de
péptido C da lugar a efectos beneficiosos sobre las anomalías diabetes inducida
funcional y estructural de los nervios periféricos, los riñones y el cerebro. Existe
alguna evidencia de que el péptido C y la insulina pueden interactuar
127
sinérgicamente en la vía de señalización de la insulina. La evidencia clínica
sugiere que la sustitución de C-péptido, junto con la terapia de insulina regular,
puede ser beneficiosa en pacientes con diabetes tipo 1 y sirven para retardar o
prevenir el desarrollo de complicaciones a largo plazo.
Con respecto a Munc-18 2 estudios de los 3 analizados nos muestran que
Munc18c es un importante regulador positivo in vivo en múltiples tipos de
células, críticos para la secreción de insulina y la acción de la insulina. El
aumento del número de Syn4-Munc18c "sitios de fusión" en la membrana
plasmática del músculo esquelético aumenta la cantidad de GLUT4 disponible
para aumentar la velocidad global de insulina mediada por la captación de
glucosa in vivo.
El AICAR es una de las sustancias que claramente activa la cascada de
señalización del AMP-K fuera del ejercicio, sin embargo, esta activación es
selectiva, logrando generar la translocación de GLUT-4 a la membrana celular,
excluyendo a los Túbulos T, componente importante en el área de superficie
celular.
Respecto al AICAR se ha demostrado que tienen preferencia en su acción
sobre fibras musculares IIb pudiendo de esta manera tener un efecto importante
sobre la regulación de glucosa y lípidos, pudiendo funcionar como fármaco para
la prevención de la hiperglicemia sumándose al efecto de la actividad física.
128
Otras de la sustancias estudiadas es la Bradiquinina que es un elemento que ha
demostrado aumentar la captación de glucosa en las fibras musculares
principalmente a través de 2 mecanismos, el primer es la generación de la
translocación de GLUT-4 siendo un efecto de bajo impacto, y un segundo efecto
dado por el aumento de la producción y de la sensibilidad del receptor de la
insulina, eso sumado a su efecto vasodilatador los que probablemente son los
verdaderos causantes de la disminución de los niveles de glucosa sanguíneas
tras su aplicación. Sin embargo este efecto puede ser muy limitado post-
ejercicio, básicamente por su alta degradación por quinasas. Con respecto al
GLUT-4 es claramente la proteína de mayor importancia en los mecanismos de
captación de glucosa, su translocación a la membrana celular se debe a la
activación de la via MAPK y PK1 Ca2+ dependiente. A pesar de que el
conocimiento de este receptor no es nuevo, sus vías de actividad aun no están
completamente descrita, sin embargo, se ha demostrado el amplio espectro de
señales que generan su translocación, generando un amplio espectro
terapéutico, lo que permite una gran versatilidad en el tratamiento de la
diabetes.
IGF-1 es una sustancia tiene principalmente 2 efectos, el primero es aumentar
la sensibilidad del receptor de la insulina, y el segundo es su habilidad para
disminuir la actividad de la hormona de crecimiento (el cual tiene un efecto
antagónico sobre el receptor de la insulina). Se ha sugerido una acción directa
sobre la translocación del GLUT-4 en parte por su larga concentración de
129
receptores en la fibra muscular, sin embargo la vía de acción de esta cascada
aun no se ha dilucidado completamente.
Con respecto al PKC existen investigaciones sobre esta sustanci que son
básicamente sobre su isoforma atípica, ya que su isoforma clásica es un
inhibidor de la actividad del receptor de la insulina, activando en las células
musculoesqueléticas y en adipocitos la translocación de GLUT-4 a través de la
vía de fosfatidilinositól 3 kinasa (PI3K). Sus vías de señalización aun no están
realmente descritas.
Otra de las sustancias estudiadas es el vanadio es un elemento natural
presente en bajas concentraciones en el cuerpo humano. El interés por esta
sustancia comenzó con el descubrimiento de su acción insulino mimética, ,
larga concentración de receptores generando translocación de GLUT-4,
mejorando la actividad enzimática clave en el metabolismo de la glucosa y se
postula, además, su capacidad para mejorar la acción y sensibilidad por la
insulina, convirtiéndolo en un candidato importante en el tratamiento de la
diabetes mellitus tipo 2. Sin embargo, es un elemento con un umbral de
toxicidad muy bajo, convirtiéndolo en un elemento difícil de utilizar.
En 7 de los 12 estudios escogidos para estudiar la acción del AS160 en la
captación de glucosa desde el músculo-esquelético se observó que es una
sustancia importante en la señalización de la insulina y que ha demostrado ser
muy eficaz en estimular la translocación de GLUT-4 ya que regula el tráfico de
este mismo ya que durante el ejercicio se aumenta la fosforilación del AS160 y
por consiguiente captación de glucosa desde el músculo. También en otros
130
estudios se apoya la idea de que puede generar un aumento del nivel de
insulina dependiente del transporte de glucosa post-ejercicio. En el caso de la
Calcio-Calmodulina dependiente de proteínas kinasas (CaMKII), los 6 estudios
escogidos mostraron algún tipo de evidencia de que tanto el calcio como el
AMPK están implicados en el transporte de glucosa estimulada por la
contracción muscular y que la CaMKKs actúa en el músculo esquelético del
ratón regulando la fosforilación de la AMPK y la captación de glucosa en el
inicio de la contracción tetánica leve. También se muestra en los trabajos que
CaMKII es la CaMK más importante y multifuncional CaMK en el músculo
esquelético y su activación se produce rápidamente y se mantiene durante el
ejercicio continuo, siendo mayor la activación durante el ejercicio intenso. Con
respecto a la Calcineurina, de los 5 estudios analizados 3 resultaron tener
efectos positivos sobre la captación de glucosa. Se demostró que la
Calcineurina aumenta la capacidad oxidativa del músculo-esquelético y la
expresión de genes mitocondriales, mejorando la capacidad de almacenamiento
de glucógeno y la sensibilidad a la insulina muscular. También se demuestra
que la activación de la Calcineurina es suficiente para anular una deficiencia
importante en la represión de la vía de la glucosa. El estrógeno otra hormona
importante en la regulación del metabolismo de la glucose. De los 8 estudios
son 7 los que demostraron tener efecto beneficioso en la homeostasis de la
glucosa. Los estudios demostraron que el estrógeno tiene efectos positivos en
la disminución de la glucosa post-ejercicio, también que mejora la sensibilidad
hepática a la insulina y que tiene un efecto antiabetógeno. En otro estudio se
evidencia que un descenso en esta hormona provoca una disminución en la
131
capacidad para captar glucosa estimulada por la contracción muscular. En la
Sintaxina-4 de los 6 estudios analizados los 6 demuestran tener efectos a favor
de la captación de la glucosa, donde señalan que junto a las demás proteínas
SNARE son una conexión importante para el mecanismo de exocitosis de los
gránulos de insulina y de la translocación de vesículas de GLUT-4. Otro estudio
revela que mientras más sitios de unión para Sintaxina-4 hayan, aumenta la
cantidad de Glut-4 disponible para incrementar la velocidad global de captación
de glucosa mediada por insulina in vivo. En el caso de la hexoquinasa II, que
pertenece al grupo de las glucoquinasa, es la enzima cuya función es la de
catalizar la fosforilación de la glucosa. Uno de los estudios analizados concluyó
que la alimentación alta en grasas perjudica tanto la captación de glucosa del
musculo por la estimulación de insulina como por el ejercicio, pero únicamente
la captación de glucosa muscular estimulada por el ejercicio fue corregida por la
sobreexpresión de hexoquinasa II. En el caso del VAMP 2
132
Se observo una gran cantidad de trabajos con valores bajos en la escala de
PEDro (1 a 4), esto se debió a la falta de aleatoriedad y la falta de grupos de
control en los artículos. Sin embargo, gran parte de los estudios son recientes y
sus objetivos fueron los de desvelar nuevos mecanismos y acciones en las
sustancias, conocimiento que funcionan como directriz para futuros estudios.
133
CONCLUSIÓN
Se sabe que la Diabetes Mellitus tipo II es un grupo complejo y heterogéneo de
desordenes metabólicos caracterizados por hiperglicemia y deterioro en la
acción de la insulina y/o secreción de la misma. La etiología y la fisiopatología
de la DM II aún no han sido dilucidadas por completo, pero si hay teorías al
respecto que se acercan bastante a la causa y al cómo se produce esta
enfermedad, y que en este trabajo se ha puesto al descubierto en base a
estudios publicados en los últimos años. Si bien, es conocido ya que en la DM
II, en la fisiopatología de esta enfermedad específicamente, que las vías de
señalización de la insulina se ven alteradas, y se deja en claro en esta revisión
que hay otras vías alternativas que pueden suplir esta función, captando la
glucosa del músculo con dieta y por sobre todo ejercicio, donde se pone de
manifiesto la actuación de estas vías hasta hace unos años desconocidas y que
cumplen un papel importante en la captación y transporte de glucosa desde el
músculo-esquelético.
En este estudio se deja en claro que el ejercicio físico es un importante estimulo
para la regulación de múltiples procesos metabólicos y transcripcionales en el
músculo esquelético. Por ejemplo, el ejercicio incrementa la captación de
glucosa, la perfusión capilar, la velocidad de síntesis de glucógeno, la
sensibilidad a la insulina, lleva a una remodelación estructural de las células y a
una hipertrofia compensatoria. El ejercicio físico ha sido identificado como un
134
activador fisiológico del transporte de glucosa independientemente de insulina,
incrementando la expresión de genes y activando el transporte de glucosa por
una vía independiente apoyada básicamente en la translocación de GLUT4 lo
que tiene un implicancia terapéutica muy importante en el control de la
homeostasis de la glucosa en pacientes diabéticos insulino resistentes.
Los estudios analizados en esta tesis tuvieron bajos valores según la
evaluación con la Escala de Pedro, sin embargo, a pesar de esto muchos
estudios llegaron a conclusiones similares lo que da una cierta validez subjetiva
del conocimiento planteado, esto puede ser debido a que gran parte de este
conocimiento es reciente de tal manera que estos estudios intentan dar a
conocer e instaurar nuevas bases para futuros estudios.
Finalmente concluimos que los mecanismos y sustancias con mayor sustento
científico que corroboré el efecto positivo sobre el mecanismos de captación de
la glucosa en la DM II son AS160, GLUT-4, AMPK, ON, CaMKII, Vanadio,
Sintaxina-4 y AICAR.
135
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153
ANEXOS Y APENDICES
Anexo 1: Escala de PEDro
Criterios Si No
01-C riterios de elegibilidad fueron especificados (no se cuenta para el total) 1 0
02- Sujetos fueron ubicados aleatoriamente en grupos 1 0
03- La asignación de grupos fue encubierta 1 0
04- Los grupos tuvieron una línea de base similar en los indicadores de pronostico más importante
1 0
05- Hubo un cegamiento para todos los sujetos 1 0
06- Hubo un cegamiento para todos los terapeutas que administraron la intervención
1 0
07- Hubo cegamiento de todos los asesores que midieron al menos uno resultado clave
1 0
08- Las mediciones de al menos un resultado clave fueron obtenidas en mas del 85% de los sujetos inicialmente ubicados en los grupos
1 0
09- Todos los sujetos medidos en los resultados recibieron el tratamiento o condición de control tal como se les asigno, o si no fue el caso, los datos de al menos uno de los resultados claves fueron analizados con intención de tratar
1 0
10- Los resultados de comparaciones estadística entre grupos fueron reportados en al menos un resultado clave
1 0
11- El estudio provee puntos y mediciones de variabilidad para al menos un resultado clave
1 0
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