NEFROLOGÍA. Vol. XXI. Suplemento 3. 2001 Disfunción tubular proximal renal en la diabetes mellitus insulino-dependiente V. García Nieto, M. I. Luis Yanes y A. Callejón Unidad de Nefrología Pediátrica. Hospital Universitario Nuestra Señora de Candelaria. Santa Cruz de Tenerife. Desde hace algo más de 20 años se sabe que la función tubular renal, especialmente la proximal, puede estar alterada en pacientes afectos de diabetes mellitus insulino-dependiente (DMID). Hasta hace poco tiempo, no se daba excesiva importancia a este hallazgo salvo, quizá, el interés relativo del incremento de ciertas proteínas como marcador urinario del grado de control metabólico de la enfermedad. No obstante, recientemente se ha enfatizado la posibilidad de que el daño tubular pueda estar implicado tanto en la aparición de la hiperfiltración glomerular como en la progresión de la propia nefropatía. En este trabajo revisamos los aspectos más importantes de los trastornos tubulares que pueden aparecer en la DMID. Muchos de ellos parecen ser la consecuencia, inicialmente, del aumento del flujo intracelular de glucosa en el túbulo proximal debido al incremento de su reabsorción (fig. 1). En los últimos años se han ido desentrañando poco a poco algunos de esos mecanismos que es necesario revisar paso a paso. N-Acetil--D-Glucosaminidasa (NAG) urinaria La NAG es una enzima lisosomal frecuente en las células del túbulo proximal renal que participa en la degradación de mucopolisacáridos y glucoproteínas. Se ha comunicado que una concentración incrementada de esta enzima en orina es propia de los estados de disfunción tubular proximal renal, incluso en fases incipientes y asintomáticas 1. En 1979, Whiting y cols. encontraron valores elevados de NAG tanto en suero como en orina de pacientes adultos con DMID 2. Aunque no observaron correlación entre los niveles de la enzima y los de glucemia o glucosuria, confirmaron que los primeros descendían tras la instauración de tratamiento sustitutivo. Aunque algunos trabajos fueron discordantes, pronto se comprobó la existencia de una correlación directa entre la excreción urinaria de NAG tanto con los niveles de hemoglobina A1c (HbA1c) como con los de albuminuria 3-5, aunque no con el tiempo de duración de la enfermedad 3 ni con el desarrollo de retinopatía 4. Por ello se sugirió que la NAG urinaria reflejaba el grado de control de la enfermedad e, incluso, cambios agudos de la glucemia 6. Del mismo modo, se encontró una relación positiva de la NAG con un marcador precoz de mal control metabólico de la enfermedad, la fructosamina 7, 8. Diversos trabajos coinciden en que la eliminación urinaria de NAG puede estar incrementada en pacientes con DMID, incluyendo niños y adolescentes, aún cuando la excreción urinaria de albúmina sea normal 7-10. En estos trabajos pediátricos también se ha descrito una relación directa entre los niveles de NAG urinaria y los de la hemoglobina glicosilada. Además, el incremento en la eliminación urinaria de NAG es predictiva de la aparición de microalbuminuria 10. Todos estos datos indican que la disfunción tubular puede aparecer en estadios precoces de la DMID, antes de que exista cualquier evidencia clínica de nefropatía, y puede preceder a la aparición de la microalbuminuria. Otras proteínas de origen tubular La eliminación urinaria de 1-microglobulina está incrementada en la DMID 11, 12 y sus niveles se relacionan directamente con los de HbA1c 12, 13 y con la microalbuminuria 13. La excreción de la proteína ligadora del retinol está también aumentada en la DMID 12 y, asimismo, sus niveles se correlacionan con los de HbA1c y microalbuminuria 8. Respecto a la excreción de 2-microglobulina en pacientes con DMID, los resultados han sido más contradictorios. En trabajos iniciales no se encontraron diferencias con respecto a los controles 14 o se comunicó que la determinación de su excreción no era un índice satisfactorio de función tubular proximal 7, 11. No obstante, en un trabajo realizado en niños la excreción de 2-microglobulina se relacionó directamente con la albuminuria y con los niveles de HbA1c 15. Correspondencia: Dr. Víctor M. García Nieto Unidad de Nefrología Pediátrica Hospital Nuestra Señora de Candelaria Carretera del Rosario, s/n. 38010 Santa Cruz de Tenerife 32 DISFUNCIÓN TUBULAR EN LA DIABETES Diabetes mellitus Incremento del aporte de glucosa al túbulo proximal Aumento de la reabsorción proximal de sodio y glucosa (más intensa si es peor el control metabólico de la enfermedad) Incremento de la concentración de glucosa intratubular e intersticial PFGA. Polioles (sorbitol) Mayor expresión de angiotensina II y citocinas (TGF-) Fibrosis intersticial Disfunción tubular proximal Reducción de la presión hidrostática en la cápsula de Bowman Hiperfiltración glomerular Aumento en la excreción de proteínas y diversos solutos Progresión del daño renal Fig. 1.--Modelo propuesto de la relación entre la tubulopatía proximal observada en pacientes con diabetes mellitus insulino-dependiente y la progresión del daño renal (PFGA: productos finales de la glicosilación avanzada; TGF-: factor de transformación del crecimiento-). Finalmente, se ha descrito que la excreción urinaria de otras enzimas como la -glutamiltransferasa, la leucín-aminopeptidasa y la propia 2-microglobulina está elevada en la cetoacidosis diabética 16. Excreción de oligoelementos y de elementos traza Desde 1934 se sabe que el zinc forma parte de la molécula de la insulina. Este oligoelemento puede actuar regulando la síntesis, almacenamiento y secreción de la hormona, y potencia su fijación a los receptores específicos tisulares. Aunque se han descrito resultados variables respecto a los niveles de zinc sérico, en pacientes con DMID existe más unanimidad en admitir la existencia de una excreción aumentada del ión en estos pacientes. En algunos trabajos, esta hiperzincuria se ha relacionado con la glucosuria tanto en niños como en adultos 17. En un estudio realizado por nuestro grupo encontramos que la eliminación urinaria de zinc en niños con DMID se agrava con el mal control metabólico de la enfermedad, observando una correlación positiva con la glucosuria, los niveles de fructosamina y la excreción urinaria de NAG 18. En el mismo estudio, aunque la eliminación uri- naria de cobre estaba incrementada, observamos niveles elevados de ese ión tanto en suero como en uñas, sugiriendo que en la DMID infanto-juvenil puede existir un aumento en la absorción intestinal de cobre 18. El cromo es otro oligoelemento directamente implicado en el metabolismo de los carbohidratos, siendo un importante cofactor de la insulina en sus reacciones con los receptores de las membranas celulares. En pacientes diabéticos existen discrepancias sobre el comportamiento de los niveles plasmáticos de cromo, pero parece que su excreción urinaria también está incrementada, describiéndose una correlación positiva tanto con la glucosuria como con el tiempo de evolución de la enfermedad 19, 20. Por último, el selenio posee ciertos efectos insulin-like de estimulación del transporte celular de glucosa, aunque este elemento ha sido escasamente estudiado en la DMID, y los pocos estudios realizados muestran resultados contradictorios. Schlienger y cols. observaron una disminución del selenio sérico en diabéticos 21, coincidente con los datos obtenidos en nuestro estudio en niños 22. La excreción urinaria de selenio estaba incrementada y, del mismo modo, influenciada por el grado de control metabólico de la enfermedad 22. 33 V. GARCÍA NIETO y cols. Manejo renal del ácido úrico Los niveles plasmáticos de ácido úrico pueden estar reducidos en pacientes con DMID debido a un incremento de su aclaramiento renal 23. Sin embargo, en algunos estudios el aumento de la uricosuria se ha atribuido al incremento concomitante de la tasa de filtración glomerular 24, 25, mientras que en otros se ha observado una relación positiva entre la glucosuria y la uricosuria 26. En general, se ha postulado que las alteraciones del manejo renal del ácido úrico en la DMID son de origen funcional y secundarias a un control metabólico deficiente 27. Algunos autores han planteado si esa alteración metabólica pudiera ser un marcador precoz de la aparición de la nefropatía diabética 24. Otros, no obstante, no han observado relación entre la excreción fraccional de ácido úrico ni con la glucosuria 28 ni con los niveles de HbA1c o microalbuminuria 29. Desde el punto de vista fisiopatológico, el aumento en la excreción urinaria de ácido úrico parece estar relacionada con un defecto específico en el manejo tubular proximal renal. Según los escasos estudios realizados hasta ahora, la alteración tubular parece radicar en un defecto de la reabsorción presecretora, ya sea aislado 30 o combinado con un defecto en la reabsorción postsecretora 26. Nosotros, en un estudio en el que incluimos a 13 niños y adultos con DMID, observamos como el manejo tubular proximal del ácido úrico podía estar alterado en presencia incluso de normouricemia; en seis de estos pacientes existía un defecto de reabsorción presecretor y en tres un defecto postsecretor. En cambio, tres de los cuatro pacientes con hipouricemia tenían un defecto de reabsorción más universal, pre y postsecretor 29. En todo caso, los niveles plasmáticos finales de ácido úrico dependen del grado de reabsorción tubular a nivel postsecretor, al existir una relación directa entre los niveles de uricemia y el porcentaje de incremento de la excreción fraccional de ácido úrico obtenido tras estímulo con benzbromarona 29. Hipercalciuria y metabolismo del magnesio En 1978 se describió por primera vez que los pacientes con DMID presentan con frecuencia una eliminación urinaria de calcio (Ca) incrementada 31. Estudios posteriores confirmaron ese hallazgo, estimándose una prevalencia de hipercalciuria en estos pacientes entre 22% 32 y 50% 31. En los estudios iniciales se sugirió que la etiología de esta hipercalciuria era secundaria, e inicialmente de origen renal, debido al efecto osmótico de la glucosuria 33. No obstante, en otros estudios se observó que los niños con 34 DMID presentaban un incremento de la absorción intestinal de calcio 34 y, además, en la DMID se ha descrito una reducción de la densidad mineral ósea por descenso de la actividad osteoblástica 35, de tal modo que ambos mecanismos podrían intervenir en la calciuria final. Curiosamente, estos tres componentes, renal 36, absortivo 37 y óseo 38, se han descrito en pacientes con hipercalciuria idiopática. Nosotros, en un grupo de 43 niños con DMID hemos observado que en alrededor del 40% de sus familias, uno o ambos padres tenían hipercalciuria. Desconocemos si este hallazgo denota algún nexo en común entre ambos trastornos y si la presencia de hipercalciuria, más que deterioro de la función tubular proximal, denota alguna otra implicación fisiopatológica. Entre las funciones fisiológicas de la insulina se encuentra la de favorecer la entrada de magnesio (Mg) en las células. Aunque con resultados controvertidos, el Mg ha sido ampliamente relacionado con muchas de las complicaciones diabéticas, tales como hipertensión, resistencia periférica a la insulina, alteraciones de la agregabilidad plaquetaria o micro y macroangiopatía 39-41. En pacientes con DMID se ha demostrado la existencia de niveles reducidos de magnesemia tanto en niños 42 como en adultos 39, 40. En general, se ha comprobado que la magnesemia se correlaciona negativamente con los niveles de glucemia basales. Del mismo modo, la existencia de hipermagnesuria se ha observado tanto en niños 43, 44 como en adultos 45. En estudios realizados en animales de experimentación se ha descrito un trastorno específico del manejo tubular renal de Mg, el cual, junto con la diuresis osmótica, sería responsable de la mayor parte de las pérdidas urinarias de este ión 46. En efecto, la hipermagnesuria existe en niños diabéticos a pesar de un buen control glucémico, si bien la presencia de glucosuria debido al mal control metabólico eleva aún más la excreción del ión 47. En este contexto se ha descrito una relación directa de la magnesuria tanto con la glucosuria 44 como con la excreción urinaria de NAG 47. Capacidades de acidificación y de concentración En ratas con DMID inducida, la reabsorción proximal de bicarbonato está incrementada en relación con la contracción de volumen secundaria a la diuresis osmótica que favorece la glucosuria y, posiblemente, también con el incremento del intercambio Na+/H+ en la membrana luminal del túbulo proximal 48. Este aumento en la secreción de H+ en ausencia de nefropatía se ha observado en humanos 49 y en animales de experimentación 50. La secreción distal de H+ estudiada mediante el gradiente pCO2 orina/sangre es DISFUNCIÓN TUBULAR EN LA DIABETES normal 48, al igual que la reabsorción tubular distal de bicarbonato 50. Por el contrario, el incremento de los niveles de insulina produce un descenso transitorio en la tasa de excreción de H+, lo que ha permitido sugerir que la insulina puede ser la causa de la «marea» alcalina urinaria postprandial 51. Recordemos también que la conjunción de diabetes e insuficiencia renal crónica puede asociarse con hipoaldosteronismo hiporeninémico y acidosis tubular tipo IV 52. La capacidad de concentración no parece estar alterada en ausencia de fallo renal. Los niveles de vasopresina están elevados en la DMID, lo que contribuye a un incremento de la capacidad de concentración urinaria, seguramente para compensar las pérdidas de agua secundarias a la diuresis osmótica favorecida por la glucosuria 53. Aunque se trata de una poliuria de otro origen, recordemos que la DMID puede asociarse a diabetes insípida, atrofia óptica y sordera, lo que se conoce como DIDMOAD o síndrome de Wolfram 54. Anomalías de la morfología tubular en la diabetes mellitus Aunque la estructura glomerular en la DMID se ha estudiado cuidadosamente, el conocimiento de la morfología tubular es más reciente. La alteración en el crecimiento de las células renales es una de las anomalías más precoces desde el comienzo de la diabetes. Estudios de cultivos celulares han mostrado que cuando las células renales se exponen a altas concentraciones de glucosa se observa un considerable aumento de los mecanismos que estimulan el crecimiento celular 55. En animales de experimentación, a los 10 y 50 días de la inducción de diabetes se observó un incremento del peso de los riñones de un 55 y 93%, respectivamente, de tal modo que el volumen glomerular, la longitud tubular y los volúmenes intersticial y tubular aumentaron significativamente en los animales diabéticos en comparación con los controles 56. Ciertos sistemas de citocinas se han implicado en la patogenia del incremento del tamaño renal en la diabetes. Estos incluyen el factor de crecimiento insulin-like tipo I (IGF-I) 57, el factor de crecimiento epidérmico (EGF)58 y el factor de transformación del crecimiento- (TGF-) 59. En el modelo de ratones espontáneamente diabéticos KKAy, en estadios precoces de la nefropatía diabética se apreció que los lisosomas de las células epiteliales de los túbulos contorneados proximales se incrementaban en número y tamaño en relación a los controles. En esos lisosomas se detectó IgG endógena, lo que sugiere un incremento de la actividad resortiva a ese nivel 60. Brito y cols. estudiaron la morfología renal en 35 pacientes con DMID. La anchura de la membrana basal tubular era significativamente mayor que la de los controles, incluso en los pacientes normoalbuminúricos. El valor de la anchura de la membrana basal tubular se relacionó directamente con el de la glomerular, y ambos con el de los niveles de HbA1c 61. Influencias fisiopatológicas en las células tubulares proximales renales Recientes estudios sugieren que la patología tubulointersticial no es simplemente una consecuencia del daño glomerular, sino que las células tubulares pueden ser el «blanco» primario de diversas influencias fisiopatológicas 62. En efecto, en la DMID la perturbación de las vías metabólicas dependientes de la glucosa y los sistemas hormonales vasoactivos pueden influir directamente en el comportamiento celular tanto tubular como intersticial y, a la larga, contribuir a la disfunción renal y la fibrosis intersticial causados por mecanismos no glomerulares 63. Los cambios fisiopatológicos que se desarrollan en el seno de la DMID no se limitan, por tanto, al efecto de la hiperglucemia, sino que incluyen alteraciones secundarias a las hormonas vasoactivas, la formación de productos finales de la glicosilación avanzada (PFGA), cambios hemodinámicos y la activación de vías metabólicas que conducen al estrés oxidativo, la activación de la proteín-kinasa C y el incremento en la producción de polioles 63. Las células tubulares proximales en un medio de cultivo con altas concentraciones de glucosa incrementan los niveles de mRNA de los colágenos tipo I y IV64, lo que puede explicar alguna de las anomalías morfológicas expuestas anteriormente. El aumento en la síntesis y secreción de TGF- depende de la exposición a la glucosa a nivel basolateral, lo que sugiere que la concentración de la glucosa a nivel intersticial es la que modula la expresión de esta citocina profibrótica65. En las últimas décadas se han acumulado datos que indican que la formación de PFGA es un factor importante en la patogénesis de la nefropatía diabética66. En efecto, la glicosilación y oxidación mantenidas modifican las proteínas notablemente. Este proceso, que también recibe el nombre de reacción de Maillard, enlaza de forma no enzimática los grupos amino de las proteínas con los grupos carbonilo derivados de la glucosa, con lo que se producen una variedad de PFGA. Estos PFGA pueden alterar la estructura y función de las proteínas tisulares, estimular las respuestas celulares y contribuir a la generación de especies reactivas de oxigeno67. Como otras estructuras proteicas de «vida larga», la membrana basal tubular es sometida a los procesos de glicosilación avan35 V. GARCÍA NIETO y cols. zada, al tiempo que el túbulo proximal es también el sitio de catabolismo de los PFGA circulantes incrementados en la DMID67, 68. Recientemente se ha demostrado que los PFGA pueden activar algunos segundos mensajeros intracelulares69, lo que puede inducir la expresión de varias citocinas, incluida el TGF-. La capacidad de los inhibidores de la enzima de conversión de la angiotensina (ECA) en mejorar el daño renal en la DMID humana y experimental ha servido para implicar al sistema renina-angiotensina intrarrenal en la patogenia de la nefropatía diabética 70. En un reciente estudio se observó un incremento de la expresión de la renina, la ECA y el angiotensinógeno en los túbulos proximales de pacientes con nefropatía diabética 71. La angiotensina II, junto a sus efectos hemodinámicos, puede actuar también como un factor de crecimiento 72, con capacidad potencial de inducir la expresión de TGF- en algunos tipos celulares, entre los que se incluyen las células tubulares proximales 73 y los fibroblastos intersticiales renales 74. El empleo de los inhibidores de la ECA se asocia con una reducción del daño tubular y una reducción de la sobreexpresión de TGF-1 y de colágeno tipo IV, particularmente en las células del túbulo proximal 63. En definitiva, la activación del sistema renina-angiotensina en el compartimento tubulointersticial puede conducir directamente a la fibrosis y al daño de la red capilar peritubular, en particular la pars recta del túbulo proximal que es especialmente vulnerable 63. La hiperglucemia induce la aceleración de la vía metabólica de los polioles que puede influir en el desarrollo de la nefropatía diabética. En cultivos de células tubulares proximales expuestas a altas concentraciones de glucosa se observa un aumento en la formación de sorbitol 75. El incremento en la formación y acumulación de sorbitol ocurre por la activación de la enzima aldosa reductasa dependiente de NADPH. El acúmulo de sorbitol puede conducir a la depleción del mioinositol libre, a la pérdida de actividad de la Na+-K+-ATPasa y a un incremento del consumo de los cofactores enzimáticos NAD+ y NADPH que conduce a cambios en el potencial celular redox 76. Además, la estimulación de la expresión de matriz extracelular inducido por la glucosa en las células tubulares proximales puede ser abolida in vitro mediante el suplemento de mioinositol y la inhibición de la aldosa reductasa 75, 77. ¿El incremento de la reabsorción tubular proximal de sodio y glucosa tiene un papel básico en la aparición de hiperfiltración glomerular? Se ha comunicado que la causa de la hiperfiltración glomerular en la DMID se debe a una altera36 ción en el control del tono vascular por reducción de la resistencia vascular de la arteriola aferente 78. El tono de la arteriola aferente es controlado por la presión vascular de origen miogénico y por el feedback glomérulotubular. Los cambios en la concentración de Na+, Cl- y K+ en el fluido tubular son captados por la mácula densa que induce cambios recíprocos en la tasa de filtración glomerular (TFG) 79, 80. Se ha comprobado que la reabsorción de agua y electrolitos en el túbulo proximal, especialmente el cotransporte Na+/glucosa, está incrementada en la DMID 81. En estudios de micropunción realizados en ratas con DMID, Vallon y cols. comprobaron una reducción en la concentración intraluminal de Na+, Cl- y K+ en el túbulo distal, sugestivo de un incremento de la reabsorción de dichos iones a ese nivel, al tiempo que un incremento de la TFG por nefrona 82. La administración de florizina, que inhibe el cotransporte Na+/glucosa en el túbulo proximal, produjo un incremento de la concentración de aquellos iones en el túbulo distal asociado a una reducción de la TFG por nefrona 82. Todos estos hallazgos sugieren que el aumento del cotransporte Na+/glucosa reduce la presión hidrostática en el espacio de Bowman, por lo que podría contribuir a la aparición de hiperfiltración glomerular por incremento de la presión efectiva de filtración. En efecto, se sabe que en la DMID experimental está reducida la presión hidrostática en el túbulo proximal 83. EPÍLOGO La nefropatía diabética no es únicamente una enfermedad glomerular, sino la consecuencia de complejas interacciones entre los componentes glomerular, tubular, intersticial y vascular del riñón (fig. 1). La tubulopatía proximal es precoz y puede detectarse antes que cualquier anomalía funcional glomerular. Su importancia en la aparición de hiperfiltración glomerular debe ser confirmada. BIBLIOGRAFÍA 1. Palmieri L, Ronca G, Cioni L, Puccini R: Enzymuria as a marker of renal injury and disease: studies on N-acetyl-beta-glucosaminidase, alanine aminopeptidase and lysozyme in patients with renal disease. Contrib Nephrol 42: 123-129, 1984. 2. Whiting PH, Ross IS, Borthwick L: Serum and urine N-acetylbeta-D-glucosaminidase in diabetics on diagnosis and subsequent treatment, and stable insulin dependent diabetics. Clin Chim Acta; 92: 459-463, 1979. 3. 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