PÁNCREAS
EXOCRINO
El
páncreas es una glándula abdominal constituida por una porción endocrina que
contiene hormonas moduladoras de la concentración plasmática de glucosa, y una
porción exocrina con las enzimas digestivas que lo convierten en la principal
glándula digestiva del organismo. Su secreción es de un líquido claro de alto
contenido en bicarbonato que es vertido al intestino delgado.
El páncreas exocrino tiene como función
primordial secretar jugo alcalino al duodeno, que colabora en la digestión de
grasas, proteínas e hidratos de carbono y por u alcalinidad (pH
entre
8.1 y 8.5) neutraliza el ácido procedente del estómago. Se estima que se
secreta alrededor de 1.5L de jugo pancreático al día.ESTRUCTURA DEL PÁNCREAS EXOCRINO
Figura 1. Estructura del páncreas
exocrino.
El
páncreas es una glándula mixta compuesta por 2 tipos de tejido, endocrino y
exocrino, que se agrupan formando lóbulos macroscópicamente visibles y
separados entre sí por septos de tejido conjuntivo que contienen vasos
sanguíneos, linfáticos y nervios. En humanos, aproximadamente un 80-85% del
volumen pancreático está compuesto por la porción principal de tejido que es de
naturaleza exocrina, un 10-15% corresponde a la matriz extracelular y los
vasos, mientras que la porción endocrina constituye alrededor del 2%.
El páncreas exocrino está formado por los
ácinos y el sistema ductal. Cada unidad funcional básica está formada por
células secretoras acinares, células centroacinares y células ductales, dispuestas
en grupos redondeados o tubulares.
Figura
2. Células del páncreas exocrino.
Las
células acinares tienen morfología poligonal o piramidal, con el vértice
dirigido hacia la luz central del ácino. El núcleo se localiza en situación
basal y el citoplasma contiene abundante retículo endoplásmico rugoso que le
confiere una intensa basofilia. Las células acinares tienen además un aparato
de Golgi grande, rodeado de numerosos gránulos acidófilos o gránulos de
zimógeno, que están provistos de membrana, y que contienen en su interior las
enzimas constituyentes de la secreción pancreática. En la membrana basolateral
de las células acinares hay receptores para las hormonas y los
neurotransmisores que regulan su secreción. Las células ductales y
centroacinares tienen características similares: son cuboideas, con citoplasma
claro, núcleo ovalado, aparato de Golgi y retículo endoplasmático poco
desarrollados y sin gránulos. La diferencia entre ambos tipos celulares reside
en su localización con respecto a las células acinares. Las centroacinares se
localizan hacia la luz del ácino al inicio de los conductos intercalares,
mientras que las ductales forman estos conductos intercalares. Los conductos
intercalares concurren para formar los conductos intralobulares, que a su vez
van confluyendo para formar los interlobulares. Finalmente, éstos irán convergiendo
hasta formar los conductos pancreáticos principales, el de Wirsung y el de
Santorini.
SECRECIONES
DEL PÁNCREAS EXOCRINO
Características
del jugo pancreático
El jugo pancreático es un líquido incoloro,
acuoso, de densidad entre 1.007 y 1.035 según la concentración de proteínas,
con pH alcalino, que contiene 2 tipos de secreciones: la enzimática y la
hidroelectrolítica. La enzimática es la causante del hidrólisis de las
sustancias nutritivas de los alimentos, mientras que la hidroelectrolítica actúa
como vehículo de la enzimática y proporciona un medio alcalino, necesario para
la actuación de las enzimas. Para ello se precisa la neutralización del quimo
ácido procedente del estómago que entra en el duodeno, gracias a la alta
concentración de bicarbonato tan característica de esta secreción. El volumen
de secreción de jugo pancreático oscila entre 0,2-0,3 ml/min en condiciones
basales y 5 ml/min cuando se estimula de forma adecuada; el volumen total
diario oscila entre 1 y 4.
Figura 3. Jugo
pancreático.
Tabla 1. Diferentes enzimas
del jugo pancreáticos, activadores y funciones.
La
mayoría de las enzimas pancreáticas son producidas como moléculas inactivas o
zimógenos, de esta forma se disminuye el riesgo de lesión del tejido
pancreático. Los zimogenos,al ser secretados, deben ser activados por enzimas
localizadas en las microvellosidades duodenales.
Secreción
hidroelectrolítica
Las
células centroacinares y las ductales son las encargadas de la secreción
hidroelectrolítica del páncreas exocrino. Esta secreción está constituida
principalmente por agua, en un 98%, y es muy rica en sodio y bicarbonato. Los
cationes se encuentran en concentraciones relativamente constantes similares a
las del plasma; los principales son sodio (154 ± 7 mEq/l), potasio (4,8 ± 0,9
mEq/l), calcio (1,7 ± 0,3 mEq/l) y magnesio (0,27 ± 0,08 mEq/l). En cuanto a
los aniones, son fundamentalmente el cloro y el bicarbonato. Este último
procedente tanto de la hidratación del CO 2 catalizada por la anhidrasa
carbónica (especialmente la isoenzima II), presente en las células ductales y
centroacinares, como por cotransporte con Na + a través de la membrana
basolateral. El cloro y el bicarbonato se encuentran en concentraciones
variables; con el flujo de secreción aumenta la de bicarbonato, y disminuye
proporcionalmente la de cloro para mantener su suma constante (154 ± 10
mEq/l).
La
secreción hidroelectrolítica es estimulada principalmente por la secretina, que
controla, por tanto, el volumen de jugo pancreático. Esta hormona provoca el
aumento de secreción de bicarbonato por las células ductales y centroacinares
al activar la adenilciclasa y aumentar el adenosín monofosfato cíclico (AMPc).
El mecanismo por el cual el AMPc aumenta la secreción de bicarbonato implica
principalmente la activación de un tipo de canal de cloro en la membrana
luminal, identificado como el regulador de la conductancia transmembrana de la
fibrosis quística, cuya alteración está relacionada con esta emfermedad. La
activación de este canal de cloro aumenta la secreción de este anión en la luz
ductal, y como este incremento está acoplado a un intercambiador de Cl– /HCO3
de la membrana luminal, se produce la sustitución de cloro por bicarbonato; el
resultado final es el aumento de bicarbonato en la luz ductal. La secretina,
además de activar al intercambiador de Cl– /HCO3 en la membrana luminal, estimula
al cotransportador de Na+ -HCO3 en la membrana basolateral. Ambos efectos
favorecen la secreción de HCO3 hacia la luz ductal. Finalmente, se ha propuesto
la existencia de un gradiente electroquímico que a su vez favorecería la
secreción de HCO3 a través de canales de conductancia a aniones.
Figura 4.
Secreción hidroelectrolítica de Bicarbonato.
Secreción
enzimática
El
páncreas posee una gran capacidad de síntesis de proteínas, es el órgano que
mayor cantidad de proteínas produce por gramo de tejido. Las células acinares
son las encargadas de la síntesis y la secreción de las enzimas y proenzimas,
que según la función que desarrollan se clasifican en 4 grupos: proteolíticas,
lipolíticas, glucolíticas y nucleolíticas. La síntesis de las enzimas
digestivas tiene lugar en el retículo endoplásmico rugoso, desde donde son
transportadas al aparato de Golgi. Allí experimentan diversas modificaciones
postraduccionales, especialmente glicosilación, se concentran y,
posteriormente, son transportadas a los gránulos de zimógeno. La secreción de
las enzimas digestivas tiene lugar mediante exocitosis, que incluye el
desplazamiento de los gránulos secretores hacia la membrana apical, y el
reconocimiento de un lugar de la membrana plasmática para la fusión. La
especificidad de la expresión de las enzimas digestivas en los ácinos se debe a
la presencia del PCE (pancreas consensus element) en los promotores de los
genes, el cual regula la transcripción de sus ARN mensajeros (ARNm).
El
factor transcripcional PTF-1 es esencial para la expresión de las enzimas
digestivas y está presente de forma selectiva en el páncreas exocrino donde se
une al PCE. La mayoría de las enzimas pancreáticas se secretan en forma de
zimógenos o proenzimas inactivas, para evitar la autodigestión y la
consiguiente lesión del propio páncreas. Junto con estas proenzimas, el
páncreas secreta el péptido inhibidor de tripsina, que evita su activación
antes de llegar al duodeno. A este nivel el tripsinógeno se convierte en
tripsina por acción de la enterocinasa o enteropeptidasa de la mucosa duodenal,
y esta tripsina produce la activación en cascada del resto de las proenzimas
pancreáticas. En la activación del tripsinógeno a tripsina se liberan pequeños
péptidos denominados péptidos de activación del tripsinógeno. Las enzimas
proteolíticas activas procedentes del jugo pancreático pueden ser de 2 tipos:
endopeptidasas —mayoritariamente serinproteasas— y exopeptidasas. Las
endopeptidasas hidrolizan enlaces peptídicos en lugares específicos de las
cadenas polipeptídicas, y en este caso son la tripsina, la quimotripsina y la
elastasa. La tripsina escinde enlaces peptídicos de los que forma parte el
grupo carboxílico de un aminoácido básico, como la lisina o la arginina.
La quimotripsina hidroliza enlaces peptídicos
en los que intervienen grupos carbonilo de aminoácidos aromáticos. La elastasa
humana presenta 2 isoformas: la elastasa 1 o proteasa E y la elastasa 2. La
proteasa E actúa específicamente en enlaces en los que participan la alanina,
la isoleucina, la valina y los hidroxiaminoácidos. En cambio, la elastasa 2
actúa en la proteína elastina hidrolizando preferentemente enlaces peptídicos
de los que forma parte un aminoácido neutro con radical alifático
Figura
5. Secreción exocrina de enzimas
Las
exopeptidasas del jugo pancreático son la carboxipeptidasa A y B. La primera
hidroliza enlaces peptídicos en el extremo carboxiterminal, liberando cualquier
tipo de aminoácido excepto arginina, lisina y prolina. La carboxipeptidasa B
también hidroliza enlaces peptídicos carboxiterminales, pero sólo cuando el
aminoácido carboxiterminal es arginina o lisina. En cuanto a las enzimas
glucolíticas, la amilasa es una α-1,4-glucosidasa que participa en la digestión de los polisacáridos
hidrolizando enlaces α-1-4.
Por lo que respecta a las enzimas lipolíticas, la lipasa pancreática actúa
sobre los triacilglicéridos para dar ácidos grasos libres y monoacilglicéridos.
Para que la lipasa sea plenamente activa requiere de la denominada activación
de interfase con la colipasa, formando un complejo de anclaje en la interfase
hidrófoba/hidrofílica, en presencia de sales biliares. La colipasa es una
glucoproteína hidrófoba formada a partir de la procolipasa de la secreción
pancreática por acción de la tripsina. La fosfolipasa A2 hidroliza el enlace
éster en posición 2 de los fosfolípidos para liberar ácidos grasos y
lisofosfolípidos. Esta enzima tiene una gran importancia en la patogenia de las
enfermedades pancreáticas por su capacidad para destruir las membranas
fosfolipídicas y para dar lugar a la lisolecitina, con efecto citotóxico por su
marcado efecto detergente.
La
actividad de la carboxilesterasa está muy aumentada en presencia de sales
biliares y actúa principalmente hidrolizando ésteres de colesterol y de
retinol. La secreción enzimática también incluye ribonucleasas y
desoxirribonucleasas, que son fosfodiesterasas capaces de hidrolizar los
enlaces fosfodiésteres de los ácidos nucleicos. Por tanto, las enzimas
digestivas pancreáticas participan en la hidrólisis tanto de proteínas como de
glúcidos, lípidos y ácidos nucleicos, y desempeñan un papel clave en la
digestión de los principios inmediatos.
REGULACIÓN
DE LA SECRECIÓN DEL PÁNCREAS EXOCRINO
Fases
de la secreción del páncreas exocrino
En
la secreción del páncreas exocrino se distinguen 2 períodos, el interdigestivo
y el digestivo-posprandial. En el período interdigestivo la secreción
pancreática es escasa, cíclica y está relacionada con las 4 fases
interdigestivas de la motilidad gastrointestinal, y es máxima en la fase III.
La duración y la tasa de secreción durante estas fases varían considerablemente
incluso en los mismos individuos, y dependen de la hora del día, el estado de
conciencia y el tiempo de ayuno. Se considera que este período interdigestivo
está bajo el control de mecanismos nerviosos y hormonales. La regulación
nerviosa se realiza mediante control principalmente parasimpático, con
conexiones enteropancreáticas. El sistema nervioso simpático influye inhibiendo
la secreción y la motilidad interdigestiva. Las hormonas con un mayor papel en
este período son la motilina y el polipéptido pancreático, que estimulan e
inhiben, respectivamente, la secreción. Se considera que esta regulación
interdigestiva es importante para desalojar o limpiar el tracto
gastrointestinal superior de partículas alimentarias, descamación celular y
flora intestinal.
Así,
cuando sucede una alteración en la regulación hay frecuentemente un
sobrecrecimiento bacteriano.
En
el período digestivo se produce la mayor secreción exocrina del páncreas,
inducida por los estímulos hormonales y nerviosos provocados por los alimentos.
Clásicamente se reconocen en este período 3 fases: cefálica, gástrica e
intestinal. La fase cefálica es desencadenada por vía vagal mediante un
estímulo psíquico, la vista, el olfato y, especialmente, la masticación. La
fase gástrica está mediada por un mecanismo colinérgico, tras la distensión
gástrica, además de que la llegada del bolo alimenticio al estómago libera
gastrina, estímulo, aunque débil, de la secreción pancreática. El ritmo de
vaciamiento de los alimentos desde el estómago modula la siguiente fase o fase
intestinal, que constituye el período en que se produce el mayor flujo de
secreción pancreática exocrina. La cuantía de la secreción pancreática en esta
fase depende de los principios inmediatos que llegan al duodeno (tipo,
cantidad, propiedades físicas), de la concentración de sales biliares, de la
secreción ácida que llega del estómago y de la concentración de las propias
enzimas pancreáticas en la luz intestinal. La secreción pancreática está
mayoritariamente regulada por el área duodenal. En ella, la liberación de
colecistoquinina (CCK) causa más de la mitad de la secreción enzimática
posprandial, actuando indirectamente mediante un mecanismo reflejo colinérgico
duodenopancreático.
Regulación
neurohormonal
Las
secreciones del páncreas exocrino están reguladas principalmente por 2 hormonas
intestinales: la secretina, que estimula la secreción hidroelectrolítica, y la CCK,
que estimula la secreción rica en enzimas. La secretina se libera hacia la
sangre por la mucosa del intestino delgado como respuesta a los productos de
digestión de los lípidos y, sobre todo, al ácido, mientras que la CCK se libera
por el intestino delgado como respuesta a los productos de digestión de los
lípidos y de las proteínas. Otras hormonas con efecto en la secreción
pancreática exocrina son la insulina, que la estimula, y el glucagón, la
somatostatina y el polipéptido pancreático (PP), que la inhiben. La regulación
nerviosa corre a cargo del sistema nervioso parasimpático, que estimula la
secreción a través de vías vagales colinérgicas, y el simpático, que inhibe la
secreción. La acetilcolina es el neurotransmisor más importante en la regulación
de la secreción pancreática exocrina. No obstante, no podemos olvidar el papel
de los neuropéptidos, que también son liberados por la importante inervación
del páncreas.
El
polipéptido intestinal vasoactivo (PIV) es el neuropéptido que desempeña el papel
más importante en la regulación, y su acción es estimular la secreción
hidroelectrolítica. El polipéptido liberador de gastrina (PLG) estimula la
secreción enzimática, mientras que el neuropéptido Y inhibe la secreción
exocrina, principalmente por su potente acción vasoconstrictora. En cualquier
caso, la regulación hormonal no se puede separar de la nerviosa ya que están
íntimamente relacionadas. De hecho, tal y como se comenta más adelante, la CCK
ejerce sus acciones indirectamente actuando sobre las aferencias vagales. El
estudio reciente más profundo de los receptores de CCK en células acinares ha
permitido demostrar la existencia de una relación muy estrecha entre la
regulación hormonal y el control nervioso de la secreción pancreática exocrina
en condiciones fisiológicas. Así, se ha observado que la CCK actúa a través de
las vías vagales colinérgicas para estimular la secreción pancreática
exocrina.
Se
han encontrado 2 tipos de receptores de CCK en los ácinos pancreáticos:
receptores CCK-A o de tipo 1, y receptores CCK-B o de tipo 2. Los receptores
CCK-A son específicos de la CCK, mientras que tanto la gastrina como la CCK se
unen a los CCK-B con alta afinidad. Los receptores CCK-A son mayoritarios en
ácinos pancreáticos de roedores y en nervios aferentes del vago, pero los
ácinos humanos carecen de receptores CCK-A funcionales y sólo expresan los
receptores CCK-B. Los ácinos humanos muestran una intensa respuesta a la
activación de receptores colinérgicos muscarínicos, pero no responden a
concentraciones fisiológicas de CCK y sólo lo hacen a muy altas concentraciones
de esta hormona. Aunque los receptores de la CCK son diferentes en roedores y
en humanos, el mecanismo productor de las acciones fisiológicas de esta hormona
es similar en ambas especies. La atropina inhibe completamente la secreción
pancreática de enzimas inducida por dosis fisiológicas de CCK, que originan
concentraciones hormonales similares a las posprandiales, tanto en ratas como
en humanos. La vagotomía tiene el mismo efecto en ratas.
Estos
resultados indican que la estimulación de la secreción pancreática por la CCK
tiene lugar de forma indirecta por vías colinérgicas vagales. Además, se ha
demostrado que estas vías vagales aferentes tienen su origen en la mucosa
gastroduodenal. Anteriormente ya se conocía que la CCK actúa por medio de las
vías vagales aferentes para producir saciedad y disminuir el vaciado gástrico.
Los receptores CCK-A pueden presentar un estado de alta afinidad y otro de baja
afinidad. El efecto de la CCK en la secreción pancreática está mediado por los
receptores CCK-A vagales de alta afinidad, mientras que su efecto en la
saciedad está mediado por los receptores CCK-A vagales de baja afinidad.
Estos
efectos de la CCK se atribuyen a la hormona liberada endógenamente en el
organismo, que es heterogénea ya que está formada por diversos polipéptidos, de
los que destacan las formas CCK58, CCK-33 y CCK-8. Por otro lado, la secreción
pancreática posprandial rica en enzimas está controlada principalmente tanto
por la CCK de las células de la mucosa duodenal como por la serotonina liberada
por las células enterocromafines de la mucosa intestinal, que estimula el
reflejo vagovagal y activa las neuronas posganglionares colinérgicas del
páncreas.
La
serotonina es liberada por las células cromafines ante estímulos osmóticos,
mecánicos o por la presencia de glúcidos —especialmente disacáridos—, y actúa
de forma paracrina activando las terminales vagales aferentes de la mucosa
intestinal. La interacción sinérgica entre la CCK y la serotonina en las vías
aferentes vagales explicaría la intensa secreción pancreática posprandial que
tiene lugar con un pequeño incremento de la CCK plasmática en el período
posprandial.
Figura 8. Regulación neurohormonal de la fase
intestinal de la secreción enzimática del páncreas.
Figura 9. Regulación de
la secreción del páncreas exocrino.
Regulación
por retroalimentación
La
secreción pancreática exocrina también está regulada por retroalimentación
negativa por las enzimas pancreáticas en el duodeno, particularmente por la
tripsina. De hecho, cuando se deriva la secreción fuera del duodeno se
incrementa la secreción pancreática, y la administración intraluminal de
tripsina puede inhibir tanto esta secreción como el incremento de la CCK. Por
tanto, después de las comidas la tripsina que queda libre inhibe la secreción
de CCK y la secreción pancreática. Dos péptidos intraluminales, uno de ellos
denominado péptido liberador de CCK, parecen mediar el efecto de la tripsina en
la secreción enzimática. Ambos péptidos estimulan la secreción de CCK y son
inactivados por la tripsina. También se ha descrito un péptido liberador de
secretina intraluminal que participaría en el efecto de la tripsina en la
secreción hidroelectrolítica. Este péptido activa la secreción de secretina y
es inactivado por la tripsina.
Por
otro lado, existe un mecanismo de retroalimentación negativa que implica al
páncreas endocrino. La estimulación vagal colinérgica que se produce en el
período posprandial no solamente estimula a los ácinos pancreáticos, sino que
también actúa en los islotes de Langerhans para que secreten el PP. Esta
hormona actúa de forma presináptica en las vías vagales reduciendo la
liberación de acetilcolina y, por tanto, inhibe la secreción hidroelectrolítica
y enzimática del páncreas exocrino.
Figura 10. Retroalimentación negativa.
Inhibición
por nutrientes y sales biliares
Se
han descrito efectos inhibidores de la secreción pancreática exocrina por parte
de nutrientes, sales biliares y algunas hormonas gastrointestinales. Los
aminoácidos y la glucosa disminuyen la secreción pancreática. Así, un aumento
de los valores sanguíneos de aminoácidos o la hiperglucemia producen inhibición
de la secreción pancreática inducida por la ingesta o por estimulación con CCK.
El glucagón y la somatostatina parecen mediar la inhibición por aminoácidos y
glucosa, mientras que el péptido YY causaría un efecto inhibidor de los ácidos
grasos. La concentración de sales biliares en el duodeno también afecta a la
secreción pancreática. Así, un aumento de su concentración en el duodeno
provoca una disminución en la tasa de secreción enzimática del páncreas y, por
el contrario, su disminución produce un aumento de la liberación de CCK y de la
secreción enzimática. Finalmente, la infusión intracolónica de ácido oleico
también inhibe la secreción pancreática exocrina, al igual que la perfusión de
hidratos de carbono o grasas en el íleon a suficiente concentración. No
obstante, cuando se perfunden hidratos de carbono a concentraciones
fisiológicas en el íleon en la fase posprandial, se observa un incremento
selectivo de la amilasa con una disminución global del resto de la secreción
enzimática.
Figura 11.
Trastornos del páncreas exocrino.
Vías de
señalización intracelular en la regulación y la secreción de las células
acinares
Figura 12. Señalización intracelular
Los
mecanismos de señalización intracelular implicados en la estimulación
neurohormonal de las células acinares se han demostrado con el uso de
preparaciones in vitro de células
acinares de animales de experimentación. Mediante el uso de ligandos marcados
radiactivamente y de antagonistas específicos, se han caracterizado los
receptores de la CCK, la secretina, la acetilcolina, la neuromedina C (PLG o
equivalente de bombesina en mamíferos), la sustancia P y el PIV. Estos
receptores están situados en la membrana plasmática basolateral de las células
acinares y están acoplados a proteínas G. Se dividen en 2 categorías: en una de
ellas están los receptores de secretina y PIV, y en la otra los receptores de
la CCK, la acetilcolina, la bombesina y la sustancia P. La unión de la
secretina o del PIV a su receptor da lugar a la activación de la
adenilatociclasa, con el consiguiente incremento del AMPc intracelular y
activación de las proteincinasas dependientes de AMPc. En la segunda categoría
de receptores, la unión del ligando específico estimula el metabolismo de los
fosfoinositoles de membrana, lo que conduce a un incremento del Ca2++
citoplasmático. Concretamente, se produce la hidrólisis del fosfatidilinositol
4,5-difosfato mediante la fosfolipasa C, liberando 1,2-diacilglicerol e
inositol 1,4,5-trifosfato. Este último induce la liberación intracelular de
calcio desde depósitos no mitocondriales, dando lugar a la activación de
proteinquinasas dependientes del calcio y de la calcineurina (o
proteinfosfatasa 2B).
Por
otro lado, el diacilglicerol activa la proteinquinasa C. Todos estos mecanismos
mencionados participan en la secreción enzimática de las células acinares.
Además, existe un efecto sinérgico en la secreción cuando actúan
simultáneamente agonistas que actúan vía AMPc junto con agonistas que lo hacen
vía Ca2++. Por ello, la combinación de pequeños aumentos de ambos tipos de
hormonas puede producir un incremento significativo de la secreción en
condiciones fisiológicas.
INTEGRACIÓN
DE LA FUNCIÓN EXOCRINA PANCREÁTICA EN LOS PROCESOS DIGESTIVOS. RESERVA
FUNCIONAL
La
perfusión en el duodeno de lípidos, proteínas y glúcidos produce diferentes
respuestas secretorias. Las grasas producen una intensa y duradera respuesta secretora;
las proteínas también producen estímulo de la secreción, aunque de menor
cuantía; los glúcidos son los que menos duración e intensidad secretoria
producen. Los lípidos constituyen, generalmente, una de las mayores fuentes
calóricas de la ingesta. En el mundo occidental la ingesta de grasas varía por
término medio entre 90 y 140 g/día, a los que se añaden unos 40-50 g
depositados en el intestino de carácter endógeno. La mayor parte está compuesta
por triglicéridos (TG), cuya digestión y absorción se efectúa con una gran
eficacia. La hidrólisis de los TG se inicia mediante la lipasa gástrica
(resistente al pH ácido), previa emulsión del bolo alimenticio en el estómago,
lo que supone un 20-30% de la digestión lipídica total. La digestión de los
lípidos se produce mayoritaria-mente en el duodeno y en el yeyuno. Para ello,
se necesita el concurso simultáneo de diferentes agentes, como las sales
biliares —que permiten la emulsión con formación de micelas mixtas de
lípidos-sales biliares, aumentando la superficie sobre la que actúan las
enzimas digestivas—, el bicarbonato —que mantiene el pH duodenal por encima de
5—, la colipasa pancreática —cofactor de activación de la lipasa—, y
especialmente de la lipasa pancreática, que efectúa la hidrólisis de los triglicéridos.
El páncreas dispone funcionalmente de una gran reserva secretora que rebasa
hasta 10 veces las necesidades digestivas de la nutrición normal, tanto de
lípidos como de proteínas. De esta forma, cuando esta capacidad se reduce a
menos del 10%, aparece esteatorrea y creatorrea, los signos característicos de
la insuficiencia pancreática.
Adicionalmente,
la fosfolipasa A2 hidroliza los fosfolípidos y la carboxilesterasa contribuye a
la absorción de las vitaminas liposolubles. En general, la digestión de las
grasas no tiene mecanismos complementarios en la mucosa intestinal, por lo que
un fallo significativo de la reserva funcional exocrina del páncreas producirá
su deficiente digestión, en contra de lo que ocurre con las proteínas y los
hidratos de carbono, donde existen mecanismos compensatorios en la pared
intestinal. Las proteínas de la dieta suponen en el mundo occidental, por
término medio, unos 70-100 g/día, a lo que se añaden unos 30-50 g de proteína
endógena (secreciones, descamación celular, moco, etc.). Su digestión se
produce por la secreción gástrica, pancreática y de la mucosa intestinal. Las
diferentes proteasas que proceden de la secreción pancreática —tripsina,
quimotripsina, elastasa, carboxipeptidasas— normalmente hidrolizan mayoritariamente
las proteínas de la ingesta. Al igual que con la lipasa, para que se realice la
acción hidrolítica de estas enzimas es necesario un pH superior a 5 en la luz
intestinal. La existencia de mecanismos compensatorios a esta acción de las
enzimas pancreáticas, como la pepsina gástrica — resistente a pH ácido—, y las
dipeptidasas y tripeptidasas de la mucosa intestinal permiten que la
insuficiencia pancreática en la digestión de las proteínas sea menos frecuente.
Por lo general, en los países occidentales los glúcidos constituyen entre el 40
y el 50% de las calorías ingeridas, entre 200 y 300 g/día. Son consumidas
principalmente en forma de polisacáridos —almidón—, y además como disacáridos
—lactosa, sacarosa— o monosacáridos —glucosa, fructosa—. Su digestión se
produce inicialmente por la αamilasa salival, sobre todo parotídea, que al llegar al estómago es
progresivamente inactivada por el pH ácido, y posteriormente en el duodeno por
la secreción pancreática de α-amilasa, enzima que escinde las uniones α-1-4 glucosídicas, completando la digestión las
disacaridasas y la α-dextrinasa
del borde en cepillo de la mucosa intestinal. La digestión y absorción de los
principios inmediatos es normalmente muy eficiente y casi completa en el
yeyuno; las cantidades anómalamente altas en el íleon tienen un efecto
inhibidor de la secreción pancreática, como ya se ha señalado anteriormente.
Aunque hay ciertas evidencias de la adaptación de la secreción pancreática a la
dieta en función de su composición en principios inmediatos, existen
controversias entre los resultados obtenidos en animales y en humanos. En
animales de experimentación, el incremento de la ingesta de un nutriente induce
un aumento de las enzimas que lo hidrolizan, con disminución del resto de las
enzimas digestivas.
En humanos se ha observado que aumentando la
proporción calórica de lípidos y proteínas de la dieta durante 2 semanas se
induce un aumento global del volumen de secreción de las enzimas pancreáticas.
Sin embargo, cuando este incremento de la proporción calórica es efectuado con
glúcidos, con reducción de lípidos y proteínas, disminuye subsiguientemente la
secreción pancreática —incluida la amilasa— tanto del período posprandial como
del interdigestivo.
ENZIMOLOGÍA
CLINICA 1-2
Enzimas
Las
enzimas son proteínas complejas que producen un cambio químico específico en
otras sustancias, sin que exista un cambio en ellas mismas.
Las
enzimas son empleadas en los laboratorios clínicos y en las investigaciones
biomédicas como reactivos biológicos para la determinación de analitos, y la
medición de sus niveles de actividad en el suero u otras muestras biológicas
constituyen herramientas eficaces en el diagnóstico y pronóstico de una
enfermedad.
La
enzimología clínica es la aplicación del conocimiento de las enzimas (proteínas
especializadas en la catálisis de reacciones orgánicas) al diagnóstico,
tratamiento y pronóstico de la enfermedad. Aunque son raras las enzimas
exclusivas de un tejido, la alteración de la concentración sérica de una enzima
determinada orienta sobre los tejidos más probablemente afectados. Además,
muchas enzimas muestras distintas formas moleculares (isoenzimas)
características de distintos tejidos. El análisis isoenzimático de la enzima
cuya concentración sérica se encuentra alterada a menudo aporta información
adicional sobre las causas de dicha alteración.
Muy
frecuentemente la información deseada se obtiene examinando dos o más enzimas
séricas. Por ejemplo, una elevación en glutamil-transferasa indicará, con gran
probabilidad, colestasis si aparece aumentada la fosfatasa alcalina sérica. El
tipo de alteración observada también proporciona gran información:
Dependiendo
del grado de permeabilidad y de la distancia entre células y capilares existirá
un mayor o menor desfase entre el momento de detección del aumento de actividad
enzimática y el momento de daño tisular.
La
enzimología clínica
La
enzimología clínica es una nueva disciplina cuya aplicación se ha difundido,
desde que O. Warburg demostró que casi todas las enzimas del metabolismo
celular están presentes en los líquidos tisualres.
Campos
importantes de la bioquímica clínica se ha desarrollado recientemente, gracias
a las aportaciones de la enzimología teórica y a los progresos tecnológicos. La
determinación de las actividades enzimáticas suministra al médico importante
información diagnostica y pronostica.
Los
laboratorios de bioquímica clínica suelen determinar entre 12 y 15 enzimas
diferentes; sin embargo, las más frecuentes son aprox. la mitad.
Las
células vivas obtienen la energía y los componentes necesarios para su
supervivencia de un gran número de reacciones químicas.
Para
acelerar la velocidad de estos procesos metabólicos, las células poseen
catalizadores específicos denominados enzimas, que hacen compatibles sus
necesidades metabólicas con las condiciones de temperatura, pH y presión del
medio celular.
Aplicación
clínica de las enzimas
Cuantificación
enzimática
En
condiciones normales hay muchas enzimas involucradas en los procesos
metabólicos (fosforilación, glucolisis, transaminación, oxidación). Estas se
sintetizan en la célula y desde ahí ejercen sus funciones en el interior. Pero
si hay una lesión celular ya sea por agentes infecciosos, traumas, hipoxia, envejecimiento
celular, se produce modificación de la membrana, permitiendo que las enzimas se
liberen al torrente sanguíneo. Este escape de enzimas se puede evidenciar en
patologías como IAM y cirrosis hepática. En personas sanas, las enzimas de
origen intracelular están presentes en el plasma pero en cantidades muy bajas.
Muchas enzimas se encuentran en casi todas las células, sin embargo predominan
en ciertos tejidos. Aunque la enzima sea específica para un tejido, si se
presentan niveles elevados en el plasma solo indica la existencia de un daño
celular más no el tipo de proceso patológico.
La catálisis enzimática.
Posee
características importantes entre ellas:
Elevada eficacia catalítica
Recuperación del estado inicial
Especificidad
Permiten
que tengan lugar las reacciones esenciales para el desarrollo celular
Factores
que intervienen en la catálisis enzimática
La
extraordinaria capacidad catalítica de las enzimas se explica por la suma de
varios factores, que dependen de la constitución del centro activo.
1. Factores
de proximidad y orientación
2. Fenómenos
de superficie
3.
Factores
de distorsión o tensión de enlaces.
4. Presencia
de grupos catalíticos
Figura
1. Catálisis de enzimas.
Tabla 1. Factores que intervienen en
la catálisis enzimática.
Cinética
enzimática
Estudia
la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas y los factores que
afectan estas reacciones.
Factores
que afectan la velocidad de reacción
Temperatura.
pH.
Concentración de reactantes. Presencia de inhibidores.
Tipos
de inhibición
Inhibición irreversible o no
competitiva Este
tipo de inhibidores forman un enlace covalente cerca del centro activo cuyo
enlace difícil de romper evita que la reacción sea reversible.
Figura 3. Inhibición no competitiva.
Inhibición
competitiva o reversible
Esta
reacción se lleva a cabo cuando el sustrato compite por la unión en el cuerpo
activo de la enzima
Figura
4. Inhibición competitiva.
CENTRO ACTIVO: Es la zona del enzima a la que se
une el sustrato para ser catalizado.
COENZIMA O COFACTOR: Tienen un grupo prostético no
peptídico, su naturaleza varía según el tipo de enzima.
Figura 5. Tipos de Cofactores.
Figura 6. Cofactor en acción.
HOLOENZIMA: Cadena polipeptídica que lleva
unida su coenzima.
APOENZIMA: Es la proteína separada de su
cofactor y por lo tanto está inactiva, requiere unirse a su coenzima para poder
catalizar.
Figura
7. Holoenzima y apoenzima.
Tabla 2. Activadores
enzimáticos
Especificidad enzimática
Una
enzima cataliza a un solo sustrato específico.
Principios
del análisis de enzimas
La
concentración de enzimas en suero es muy baja, sin embargo, dada su eleva
capacidad catalítica, es posible determinar su actividad y presuponer que ésta
es proporcional a su concentración. Por tanto, el estudio de las enzimas en el
laboratorio se basa en la demostración “in vitro” de la actividad
catalítica.
Se
puede determinar la actividad enzimática analizando:
La aparición de algún producto.
La desaparición del sustrato.
En
definitiva, la actividad de una enzima se mide mediante la determinación de la
cantidad de sustrato formado por unidad de tiempo, en condiciones exactamente
definidas (pH, Tª…) y estrictamente controladas. La actividad enzimática se
expresa Unidades Internacionales (UI) por unidad de volumen (UI/ml, UI/L…)
siendo una UI la cantidad de enzima que transforma un micromol de sustrato por
minuto en condiciones estándar previamente establecidas.
En
una reacción enzimática podemos diferenciar 3 fases: fase de retardo, fase
lineal y fase de agotamiento de sustrato.
Figura
8. Fases de reacción enzimáticos.
Fundamentos
clínicos de la enzimología
Las
ez plasmáticas se clasifican de acuerdo a Bücher en 3 grandes grupos:
Enzimas Plasmoespecíficas. Serían las enzimas que tienen su
lugar de acción en el plasma. Estas enzimas son sintetizadas en determinados
tejidos y vertidas a la sangre activamente, que es su lugar de acción, donde se
encuentran su sustrato y su coenzima. Por ejemplo, las enzimas del complejo protrombínico,
lipoproteinlipasa, plasminógeno y pseudocolinesterasa. Este grupo de enzimas
son sintetizadas fundamentalmente por el hepatocito y son muy activas en el
plasma (a diferencia de otras que si están aumentadas indican daño). Entonces
de este grupo de ez nos interesa saber sus valores inferiores; porque una
disminución de su actividad (normalmente alta en suero) indica una alteración
en la síntesis, y como la mayoría son producidas en el hígado esto nos estaría
indicando una alteración de la funcionalidad hepática.
Enzimas secretadas o exocitoenzimas.
Son
enzimas secretadas por glándulas ó tejidos muy especializados, su lugar de
acción está alejado, es el caso de las enzimas digestivas segregadas por el
páncreas y que van al duodeno a ejercer su acción, como por ejemplo la amilasa,
lipasa, tripsina, etc. Clínicamente, estas enzimas en sangre están en baja
actividad. Aumentarían sus niveles en la patología aguda como la pancreatitis y
en casos de patología crónica, donde la glándula está hipofuncionante, por lo
que su actividad estaría disminuida en su lugar de acción; en este caso en
duodeno. Enzimas celulares o endocitoenzimas Son todas las enzimas que tienen
su lugar de acción dentro de la misma célula que las sintetiza, no tienen
acción en plasma por falta de sustrato y de coenzima. Se dividen es 2
grupos:
1.
Ubicuas:
Son todas las que intervienen en el metabolismo general como por ejemplo LDH,
MDH, ALT o Alanina-aminotransferasa, AST o Aspartatoaminotransferasa. A estas
ez se las denomina comúnmente transaminasas y su otra.
Tabla
1. División de las enzimas que aparecen en el plasma según su origen.
2. Organoespecíficas: Enzimas
específicas de determinados órganos ó tejidos que actúan en procesos
metabólicos específicos de ciertos tejidos. Por ejemplo, la GLDH, y
SDH.
La
fase de retardo tiene lugar inmediatamente después de mezclar los reactivos con
la muestra biológica. Es una fase de encuentro y acoplamiento de sustrato y
enzima. Su duración es muy variable (segundos a minutos). Al finalizar esta
fase comienza la fase lineal en la que la formación de producto permanece
constante, siendo la concentración de enzima de la muestra es el único factor
limitante. Por último, a medida que va transcurriendo la reacción, llega un
momento en que el sustrato u otro reactivo se van agotando (fase de agotamiento
de sustrato) y la velocidad de reacción disminuye hasta anularse. Para que una
determinación enzimática sea válida es necesario realizarla en la fase lineal
donde el único factor limitante es la concentración de la propia enzima y las
condiciones de reacción son las óptimas (exceso de sustrato y otros
reactivos…). Para ello se suele trabajar con una concentración de sustrato
superior a la Km. Así, en un ensayo enzimático, el límite de linealidad es la
actividad enzimática más alta que se puede medir con exactitud. Por encima de
ese valor habrá que diluir el suero con solución salina y multiplicar el
resultado obtenido por el factor de dilución.
¿Cómo se obtiene en el laboratorio clínico el valor numérico de
actividad enzimática?
Generalmente
la actividad enzimática se evalúa mediante ensayos espectrofotométricos, por
tanto, necesitamos seguir la evolución de alguno de los elementos que
participan en la reacción y que, por supuesto, deben absorber luz a una
determinada longitud de onda así:
En
ocasiones ninguno de los elementos que participan directamente en la reacción
absorben luz, en cuyo caso es necesario acoplar una segunda reacción en la que
algunos de los reactivos o productos presenten un máximo de absorción.
Analizando esta segunda reacción podremos evaluar la actividad enzimática de la
primera.
Aspectos
prácticos
Análisis de isoenzimas.
Las
isoenzimas son formas múltiples de un enzima que catalizan la misma reacción.
Las isoenzimas de una familia pueden diferir en sus propiedades fisicoquímicas,
tamaño, carga, termoestabilidad, Km, especificidad por distintos sustratos,
capacidad de ser reconocidas por agentes específicos o inmunorreactividad.
Estas diferencias son utilizadas como base de los ensayos que permiten
diferenciar isoenzimas concretas. Así:
Determinación enzimática de sustratos.
En
el laboratorio no sólo se puede determinar la actividad de enzimas de interés
clínico, también es muy frecuente utilizar enzimas en la determinación de
sustratos ej. métodos enzimáticos (GOD/POD o de la hexoquinasa) para determinar
la concentración de glucosa de una muestra.
Enzimologia
del corazón
El
término infarto agudo de miocardio (IAM) se refiere a la muerte del tejido
cardiaco resultante de la ausencia del flujo sanguíneo a las células musculares
del corazón. Incrementos transitorios de los niveles séricos de las enzimas
liberadas por el miocardio Las enzimas liberadas son: isoenzima MB de la
creatin kinasa (CK), la lactico deshidrogenasa (LDH) y la aspartato
aminotransferasa.
Enzimologia
Cardiaca Láctico deshidrogenasa (LDH): 24-48 horas luego del comienzo del
infarto, tiene un pico entre el tercero y el sexto día, para regresar a valores
normales cerca del día catorce. La elevación de esta enzima es un indicador muy
sensible pero poco especifico de infarto del miocardio. Creatin kinasa (CK): 4
y 8 horas de iniciado el cuadro, declinando a valores básales cerca del tercero
o cuarto día. El pico enzimático es variable, pues puede ser precoz (8 horas) o
muy tardío (58 horas). Las técnicas de electroforesis han permitido indicar
tres isoenzimas de CK: MM, BB y MB; la BB. La medición de la MB continúa siendo
el método bioquímico más aceptado para el diagnóstico del infarto agudo del
miocardio.
Enzimologia hepática.
Daño
Hepático agudo: por ejemplo, durante la infección con el virus de la Hepatitis
A (VHA).
1.
Puede
localizarse el tejido dañado para confirmar un diagnóstico de dos formas:
Determinación del perfil isoenzimatico: el estudio de la distribución de las
formas moleculares en suero o plasma proporciona información sobre el tejido
afectado.
2.
Por
valoración de más de una enzima (cuantificación): porque las enzimas no son
órganoespecíficas y una determinación de varias actividades enzimáticas nos
podría llevar a una mayor exactitud de un diagnóstico y seguir mejor la
evolución de las enfermedades.
Causas
de elevación no específicas de niveles enzimáticos:
Las
hemólisis en las muestras para diagnóstico pueden generar resultados erróneos
en muchas de las determinaciones habituales en química clínica (liberación de
enzimas que producen falsos positivos) y puede, en algún caso, tener
repercusión grave para el paciente.
Perfiles
enzimáticos
El
torrente sanguíneo contiene cantidades apreciables de enzimas:
a)
Que
realizan funciones específicas en el plasma (plasmáticas funcionales, como las
de la coagulación).
b)
Enzimas
plasmáticas no funcionales (elaboradas por células especializadas o las que
realizan un proceso vital en las células que las originan), como las digestivas
y del metabolismo intermediario. Estas últimas en concentraciones plasmáticas
mayores sugiere una velocidad aumentada de destrucción celular.
Marcadores
hepáticos
El
hígado es un órgano multifacético que lleva a cabo funciones bioquímicas, de
síntesis y de excreción, por lo cual no puede definirse una sola prueba que
tenga la capacidad de detectar el estado de la función total del hígado. Para
esto se utilizan un conjunto de pruebas, denominadas pruebas de función
hepática, las cuales deben ser tenidas en cuenta una a una, siempre en estrecha
relación con el cuadro clínico, debido a que estas no muestran con exactitud la
disfunción, por lo que deben ser interpretadas dentro de un conjunto bioquímico
y fisiopatológico. Una mínima perturbación que afecte la permeabilidad de la
membrana de los hepatocitos se evidencia en el suero a través de una variación
de la concentración de los constituyentes de origen intrahepático.
Las
pruebas de función hepática se utilizan en general para:
1.
Determinar
presencia o ausencia de daño hepático.
2. Realizar
diagnósticos específicos.
3.
Determinar
severidad y establecer pronósticos.
4.
Monitorizar
el curso de la enfermedad hepática.
Entre
estas pruebas se destacan:
- Bilirrubinas
- >Aminotransferasas
- Fosfatasa
alcalina
- Gamma-glutamiltransferasa
-5-nucleosidasa
- Leusinaaminopeptidasa
Marcadores cardiacos
La
evaluación de las enzimas juega un papel importante en el IAM ya que no todos
los pacientes presentan los típicos síntomas de quejas o dolores intensos. En
muchos casos (20%) los infartos son mudos o silenciosos y por lo tanto
ignorados.
La OMS establece tres criterios básicos para un diagnostico positivo de
IAM:
Historia del dolor torácico de tipo
isquémico
Cambios evolutivos en los ECG
seriados
Incremento y posterior disminución
de los marcadores séricos de lesión miocárdica
Diagnóstico
diferencial y observación de la evolución de la condición iam
Determinaciones de las proteínas,
enzimas e isoenzimas
Acompañamiento de ECG
Obtención de muestra (lo antes
posible) Es importante que la obtención de la muestra este lo antes posible ya
que algunas enzimas retornan rápidamente a su normalidad.
Mediante
determinaciones enzimáticas seriadas pueden reconocerse precozmente también
complicaciones como reinfartos, extensión del infarto, insuficiencia de corazón
derecho, o shock. En reinfartos la CK vuelve a elevarse, lo que torna a las
valoraciones enzimáticas de relevancia superior con respecto a los del ECG, ya
que no se conocen los reinfartos mediante ECG porque no se ve alterado todavía.
Marcadores
pancreáticos
El
páncreas tiene una porción exocrina y endocrina, la unidad funcional del
páncreas exocrino es el acino, y la porción endocrina está constituida por los
islotes de Langerhans.
Durante
años la determinación de la actividad alterada de la amilasa y de la lipasa en
líquidos orgánicos ha constituido la clave del método de laboratorio para el
diagnóstico de la pancreatitis aguda y la crónica.
Marcadores
musculares
Proteínas contráctiles musculares: miosina y
actina.
Proteínas
reguladoras: tropomiosina, troponina y mioglobina.
Las
enfermedades musculares son de 5 tipos: atrofias musculares neurógenas,
trastornos de la fibra muscular, disfunciones en la unión neuromuscular,
perturbaciones inflamatorias y traumatismos.
Significado clínico:
•
La
CK sérica es más específica y sensible que la AST y LDH, y más predictiva que
la aldolasa. Se observa incremento de la actividad de estas enzimas en la
poliomelitis, las distrofias musculares y miotónicas, y algunos trastornos
metabólicos.
•
Es
importante saber que en algunas afecciones musculares
neurogénicas(poliomelitis) los niveles de actividad enzimática permanecen
normales; mientras que en las afecciones musculoesqueléticas (existe injuria
directa al músculo) las enzimas SÍ son vertidas a la circulación.
•
En
las miopatías agudas, se elevan primero las concentraciones de CK y AST (12 a
24 horas), y después de 48 horas los de LDH. La aldolasa eleva 65% la
cifra de casos.
•
La
medición de la CK sérica es útil, ya que esta aumenta 70% el número de casos.La
aldolasa, también es sensible, aunque menos específica; pero la determinación
conjunta de ambas enzimas con la AST y LDH aumenta en gran medida la
especificidad.
•
La
LD-5 esla fracción que predomina en el tejido muscular; sin embargo, también
aumentan las isoenzimas LD-1 y LD-2 en las distrofias. Las formas
isoenzimaticas de CK y LDH experimentan alteraciones potenciales debido a
efectos del ejercicio.
•
Otras
afecciones en las que se aumenta las enzimas musculares séricas incluyen
hipotiroidismo, acromegalia, miopatía relacionada con alcoholismo e hipertermia
maligna.
•
La
actividad de CK puede alcanzar un valor de hasta 100 o 200 veces lo normal, en
un lapso de 24 a 48 horas tras unaintervención quirúrgica.
•
Aumentan
los niveles de mioglobina cuando existe lesión del músculo esquelético o
cardíaco. Esto aumenta su excreción por orina (mioglobinuria) que puede
producir oscurecimiento de la orina. Lo anterior puede observarse después de:
ejercicios físico o aplastamiento/ruptura muscular.
•
Otras
valoraciones para el diagnóstico diferencial de enfermedades musculares son los
anticuerpos específicos (antirreceptor de acetilcolina).
Marcadores prostáticos:
La
función de la próstata es sintetiza una parte de la secreción que conforma el
semen. Las enfermedades más comunes que afectan la próstata son, hipertrofia
prostática, prostatitis y cáncer de próstata.
✓ Fosfatasa
ácida o antígeno prostático específico (PSA).
Tipos
de isoenzima de la fosfatasa ac.
Fosfatasa ac. Prostática Fosfatasa ac. Ósea
Fosfatasa ac.
“Gaucher”
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