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FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS
ESCUELA PROFESIONAL Y ACADEMICA DE BIOLOGIA
“DETERMINACION DE LOS EFECTOS DE LA CAFEINA SOBRE LOS NIVELES DE
GLUCOSA EN SANGRE DE Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley, AREQUIPA
2017.”
Tesis presentada por la Bachiller:
Yeremy Lourdes Sanz Quintanilla
Para optar el Título Profesional de Biólogo
Asesor: Dr. Henry Díaz Murillo
AREQUIPA- 2018
……………………………………………………..
Dr. Henry Díaz Murillo
Asesor
JURADOS
.....................................................................
Dr. Benjamín José Dávila Flores
Presidente
…………………………………………………..
Dr. Walter Colque Rondon
Secretario
……………………………………………………
Dr. Henry Díaz Murillo
Integrante
DEDICATORIA
A Dios por haberme acompañado en todo el
camino para lograr este objetivo, desafiando los
riesgos y sonriendo a las dificultades.
A mis queridos padres Miguel y Lourdes por su
gran amor y apoyo, me enseñaron que para el
camino a la superación no existen los limites.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Nacional de San Agustín, por haberme dado la
oportunidad de formarme como profesional.
A mi asesor Henry Díaz Murillo, por su apoyo en la realización del presente
trabajo.
A mi mejor amiga Lucia Linares Cheneaux y mi amigo Jean Paul Ludeña
Choez por su amistad incondicional, paciencia, aliento moral y por haberme
apoyado en la realización de mi trabajo.
A mi tía Elita Quintanilla de Barreda y a mi prima Sandra Barreda
Quintanilla por su aliento y apoyo en la realización del presente trabajo.
INDICE
RESUMEN
ABREVIATURAS
INTRODUCCION
OBJETIVOS
CAPITULO I: MARCO TEORICO
1. Cafeína .................................................................................................................. 1
1.1. Efectos fisiológicos de la cafeína ......................................................................... 1
1.2. Metabolismo y farmacocinética de la cafeína........................................................ 2
2. Glucosa ................................................................................................................. 5
2.1. Glucemia ............................................................................................................. 5
2.2. Índice glucémico .................................................................................................. 5
2.3. Diabetes .............................................................................................................. 6
3. Insulina ................................................................................................................... 6
3.1. Estructura y síntesis de la insulina ....................................................................... 7
3.2. Regulación de la secreción de la insulina ............................................................ 8
3.3. Mecanismo de acción de la insulina .................................................................. 11
3.4. Acciones de la insulina ...................................................................................... 13
3.5. Fitopatología de la insulina ................................................................................ 15
4. Páncreas ............................................................................................................. 17
4.1. Páncreas exocrino ............................................................................................. 17
4.1.1. Estructura de las glándulas exocrinas pancreáticas ....................................... 17
4.1.2. Formación de la secreción pancreática ........................................................... 18
4.1.3. Efecto del ritmo de flujo sobre la composición del jugo pancreático ............... 20
4.1.4. Regulación de la secreción pancreática ......................................................... 21
4.2. Páncreas endocrino ........................................................................................... 25
5. Hígado ................................................................................................................. 26
5.1. Metabolismo y descodificación .......................................................................... 26
5.2. Metabolismo y síntesis de proteína .................................................................... 28
5.3. Excreción de productos de desecho liposolubles ................................................ 28
5.4. Riesgo sanguíneo ............................................................................................... 29
5.4.1. Circulación enterohepática ............................................................................. 30
5.5. Parénquima y sinusoides hepáticos ................................................................... 31
5.5.1. Hepatocitos .................................................................................................... 31
5.5.2. Células de Kupffer ......................................................................................... 32
5.5.3. Endotelio sinusoidal ....................................................................................... 33
5.5.4. Espacio de Disse ........................................................................................... 33
5.6. Vías biliares y vesícula biliar .............................................................................. 34
CAPITULO II: MATERIALES Y METODOS
1. Lugar y fecha de ejecución .................................................................................. 36
2. Animales de estudio o material biológico ............................................................. 36
3. Muestra ............................................................................................................... 36
4. Equipo requerido ................................................................................................. 36
5. Tipo de estudio .................................................................................................... 37
6. Protocolo ............................................................................................................. 37
7. Variables ............................................................................................................. 37
8. Diseño experimental ............................................................................................ 38
9. Procedimiento y análisis de laboratorio ................................................................ 38
9.1. Dosaje ............................................................................................................... 38
9.2. Extracción de la muestra de sangre ................................................................... 39
9.3. Metodología para la determinación de la glucosa .............................................. 41
9.4. Preparaciones histológicas ................................................................................ 41
9.4.1. Sacrificio ........................................................................................................ 41
9.4.2. Técnica histológica ........................................................................................ 43
9.5. Análisis estadístico ............................................................................................ 46
CAPITULO III: RESULTADOS
1. Efecto de la cafeína sobre el nivel de glucosa ..................................................... 47
2. Estudio histopatológico de hígado ....................................................................... 57
3. Estudio histopatológico de páncreas .................................................................... 61
CAPITULO IV: DISCUSION ............................................................................................ 65
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 67
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 68
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... 69
PAGINAS WEB ................................................................................................................ 73
ANEXOS ......................................................................................................................... 74
INDICE DE FIGURAS
FIGURA 1: Estructura de proinsulina porcina .................................................................... 8
FIGURA 2: Estructura del receptor de insulina ................................................................ 12
FIGURA 3: Mecanismo de la secreción pancreática ......................................................... 23
FIGURA 4: Relación entre la composición del jugo pancreático y el ritmo del flujo
pancreático .................................................................................................... 24
FIGURA 5: Regulación de la secreción pancreática ........................................................ 24
FIGURA 6: Esquema de la circulación esplácnica en condiciones de ayuno .................... 30
FIGURA 7: Interrelación de los principales tipos de células que constituyen el hígado ... 32
FIGURA 8: Anatomía funcional del sistema biliar ............................................................ 35
FIGURA 9: Extracción de la muestra de sangre, paso 1 .................................................. 39
FIGURA 10: Extracción de la muestra de sangre, paso 2 ................................................ 40
FIGURA 11: Glucometría ................................................................................................ 41
FIGURA 12: Campana de vidrio ....................................................................................... 42
FIGURA 13: Corte con bisturí para extraer órganos ......................................................... 42
FIGURA 14: estructura de hígado del tratamiento 1 (control) de Rattus norvergicus var.
Sprague Dawley, Hematoxilina eosina ( 200X H/E) ...................................... 57
FIGURA 15: Estructura de higado del Tratamiento 2 de cafeina (25 mg /Kg/dia) de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley, Hematoxilina eosina (400X H/E) ................ 58
FIGURA 16: Estructura de higado del Tratamiento 3 con cafeina (75mg/Kg/dia) de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley ( 400X H/E) ............................................... 59
FIGURA 17: Estructura de higado del Tratamiento 4 con cafeina (100 mg/Kg/dia) de
Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, Hematoxilina eosina ( 400X H/E) ... 60
FIGURA 18: Estructura de pancreas de tratamiento 1 (control) de Rattus norvegicus var.
Sprague dawley, Hematoxilina eosina ( 200X H/E) ....................................... 61
FIGURA 19: Estructura de pancreas de tratamiento de cafeina de Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley con 50mg/Kg/dia de cafeina, Hematoxilina eosina ( 400X
H/E) ............................................................................................................... 62
FIGURA 20: Estructura de pancreas de tratamiento de cafeina de Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley con 75mg/Kg/dia de cafeina, Hematoxilina eosina ( 200X
H/E) ............................................................................................................... 63
FIGURA 21: Estructura de pancreas de tratamiento de cafeina de Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley con 100mg/Kg/dia de cafeina, Hematoxilina eosina (200X
H/E) ............................................................................................................... 64
INDICE DE CUADROS
CUADRO 1: Estructura de proinsulina................................................................................ 8
CUADRO 2: Estructura del receptor de insulina .............................................................. 12
CUADRO 3: Mecanismo de la secreción pancreática ....................................................... 23
CUADRO 4: Relación entre la composición del jugo pancreático y el ritmo del flujo
pancreático .................................................................................................... 24
INDICE DE TABLAS
TABLA 1: Determinación de Glucosa Basal en Rattus norvegicus variedad Sprague
Dawley. .................................................................................................................. 47
TABLA 2: Determinación de los niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad
Sprague Dawley con diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los
7 días de tratamiento. ............................................................................................... 49
TABLA 3: Determinación de los niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad
Sprague Dawley con diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los
14 días de tratamiento. ............................................................................................. 51
TABLA 4: Determinación de los niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad
Sprague Dawley con diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los
21 días de tratamiento. ............................................................................................. 53
TABLA 5: Determinación de los niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad
Sprague Dawley con diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los
28 días de tratamiento. ............................................................................................. 55
INDICE DE GRAFICOS
GRAFICO 1: Determinación de Glucosa Basal en Rattus norvegicus variedad Sprague
Dawley. .................................................................................................................. 48
GRAFICO 2: Niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley con
diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los 7 días de tratamiento.
............................................................................................................................... 50
GRAFICO 3: Niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley con
diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los 14 días de
tratamiento. .............................................................................................................. 52
GRAFICO 4: Niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley con
diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los 21 días de
tratamiento. .............................................................................................................. 54
GRAFICO 5: Niveles de glucosa en Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley con
diferentes concentraciones de cafeína (50, 75, 100mg/ kg/ día) a los 28 días de
tratamiento. .............................................................................................................. 56
RESUMEN
La cafeína ingerida en cantidades elevadas produce que los niveles de glucosa en sangre
se eleven, pero el consumo prolongado trae como consecuencia la disminución de estos
niveles. El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la cafeína sobre los niveles
de glucosa en Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley. Fueron examinados cuatro
grupos conformados por 6 especímenes cada uno a los que se les sometió a 3 diferentes
dosis de cafeína (50mg, 75mg, 100mg) y un grupo control, por un periodo de 28 días, con
evaluaciones cada 7 días, dichas evaluaciones se realizaron de enero a marzo del 2017.
La extracción de la muestra de sangre se obtuvo de la cola de las ratas, después iniciado
el tratamiento para realizar la glucometria.
Los resultados muestran que en los tratamientos 2 (50mg) y 3 (75mg) los niveles de
glucosa en sangre se elevaron, mientras que en el tratamiento 4(100mg) hubo una
disminución en los niveles de glucosa; lo que indicaría que al consumir elevadas dosis de
cafeína la cantidad de glucosa en sangre disminuye.
La cafeína provoco una disminución significativa (p>0.05) en los niveles de glucosa, a los
en el Tratamiento 4 (100mg/Kg/día) a los 28 días, disminuyo hasta 55.33 mg/dl, en Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley
La cafeína en dosis de 50, 75 y 100mg/Kg/día al final del tratamiento provocaron
congestión y dilatación de los sinusoides hepáticos y una alteración de la citoarquitectura
de los hepatocitos, mientras que en el páncreas no hubo alteración en la citoarquitectura.
PALABRAS CLAVES: Cafeína, Glucosa, Rattus, Insulina.
ABREVIATURAS
DM: Diabetes Mellitus.
DM2: Diabetes Mellitus Tipo 2.
IL6: Interleucina 6.
IL8: Interleucina 8.
NEFA: Ácidos grasos no esterificados.
GLUT 2: Transportadores de glucosa 2.
GLUT 3: Transportadores de glucosa 3.
GLUT 4: Transportadores de glucosa 4.
IG: Índice glucémico.
INTRODUCCION
La cafeína es la droga psicoactiva más extensamente usada en todo el mundo, aunque
este consumo varía entre los distintos países. Por ejemplo, los habitantes de los países
nórdicos son los principales consumidores de café: en Finlandia, una persona consume
12Kg de café por año. En Dinamarca y Noruega 9Kg/año y en Suecia 8.5Kg/año; le
siguen Holanda, Bélgica y Alemania con 8Kg/año. (Donovan y De Vane, 2001)
En los Estados Unidos, el consumo del café por habitante es de 4Kg/año y en Inglaterra
de 2.5Kg/año, etc. (Internacional Coffee Organization, 2008). Como un psicoestimulante,
la cafeína no es muy costosa, es fácilmente disponible y socialmente aceptable. Su uso
ocasiona tolerancia farmacológica, dependencia y cuando es descontinuada
abruptamente se presenta un síndrome desagradable de abstinencia. La cafeína ejerce
efectos farmacológicos en múltiples sistemas orgánicos del cuerpo (Benowitz, 1990).
Las metilxantinas son compuestos nitrogenados pertenecientes a la familia de las purinas
que se encuentran presentes en más de 100 variedades de plantas. Las metilxantinas
más comunes son la cafeína, la teofilina o teína y la teobromina que se encuentran en las
variedades de plantas: Coffea arabica, Camelia sinensis y Teobroma cacao, presentes en
el café, el té y el cacao, respectivamente.
Las metilxantinas actúan como alcaloides. Esto se refiere a que tienen la capacidad de
estimular el sistema nervioso central en varias formas. De esta manera, la cafeína, la
teobromina y la teofilina, son los psicoestimulantes más consumidos en el mundo. (1)
Las metilxantinas se obtienen por dos vías: la primera es a través de los alimentos y la
segunda es como producto metabólico de las metilxantinas de la dieta. La cafeína ingresa
al organismo exclusivamente por los alimentos consumidos mientras que la teofilina y la
teobromina pueden obtenerse de los alimentos, pero también se producen
endógenamente como resultado del metabolismo de la propia cafeína. (1)
Las metilxantinas contienen en su estructura química un determinado número de grupos
metilo y es esta característica lo que permite su clasificación. De esta manera, la cafeína
contiene en su estructura tres grupos metilo, por lo que se llama trimetilxantina. La
teofilina y la teobromina sólo tienen dos grupos metilo en su estructura, por lo que llaman
dimetilxantinas. (1)
Las metilxantinas que únicamente tienen un grupo metilo en su estructura se llaman
monometilxantinas, sin embargo, este tipo de metilxantinas no se encuentra en los
alimentos y la forma en que se presentan en el organismo es como producto metabólico
de las di y trimetilxantinas. (1)
Cuando cualquier tipo de metilxantina se oxida, se forman otros compuestos que
pertenecen también al grupo de los compuestos nitrogenados que se llaman ácidos
metilúricos y son los productos de desecho de las metilxantinas y se excretan por vía
renal. Las metilxantinas ejercen su función en diversas partes del organismo como el
aparato gastrointestinal, el sistema cardiovascular, el aparato músculo esquelético y el
sistema nervioso central, entre otros. Sin embargo, el mayor efecto lo realizan en el
sistema nervioso central al activarlo. (1)
La forma en que las metilxantinas estimulan al sistema nervioso central sucede por efecto
del bloqueo de los receptores específicos de adenosina A1 y A2a. Estos receptores se
encuentran distribuidos en varias partes del cuerpo, pero resalta su distribución en el
sistema nervioso central. Los receptores de adenosina A1 se encuentran en el
Hipocampo, la corteza cerebral, los nucleos talamicos y estriado y en el globo palido; el
mecanismo de acción de los receptores A1 es inhibir la liberación de neurotransmisores.
Los receptores de adenosina A2a se encuentran en el cuerpo estriado dorsal y ventral y
en el tubérculo olfatorio y su mecanismo de actuación es oponerse a la acción de la
dopamina. (1)
La adenosina es un nucleósido de purina, es decir, muy parecida estructuralmente a las
metilxantinas. La adenosina se forma y se libera fisiológicamente en estados de estrés
oxidativo e hipoxia y es un inhibidor general del sistema nervioso central, produce
sedación, relajación y ansiólisis. La adenosina, además, ejerce un control inhibitorio sobre
la liberación de ciertos neurotransmisores, por ejemplo: glutamato, dopamina y
acetilcolina, los cuales participan en el control motor y la regulación emocional, entre otras
muchas otras funciones. (1)
Las metilxantinas bloquean los receptores específicos de adenosina A1 y A2a, lo que
produce efectos contrarios a los que ejerce la adenosina sobre los mismos receptores;
este es el mecanismo por el cual las metilxantinas potencian la atención, la concentración,
el estado de alerta y el mejoramiento en el rendimiento físico y mental. Cabe resaltar la
acción de las metilxantinas sobre la dopamina: el consumo de metilxantinas potencia la
neurotransmisión dopaminérgica en todo el sistema nervioso central. (1)
Todas las metilxantinas, incluyendo la cafeína, comparten la acción de relajar el musculo
liso, estimular el sistema nervioso central (SNC) y producir diuresis. La cafeína es también
un broncodilatador (Gong et al. 1986).
La cafeína se une a los receptores de adenosina y, por su parte, la adenosina juega un
papel fisiológico en la inhibición de la lipolisis, la cual podría estar determinada por el
antagonismo del receptor de la adenosina (Higdon y Frei, 2006).
Dependiendo del consumo del café (es decir, del número de tazas y la cantidad de café
contenido en las mismas), se ha reportado un efecto protector en enfermedades como
Diabetes Mellitus tipo 2 (DM2) (Gramham et al. 2001; Feinberg et al. 2008), demencia
senil y enfermedad de Parkinson (Ross et al. 2000).
En Estados Unidos, una taza de café americano (regular) es de 8 onzas equivalentes a
240ml y contiene 137mg de cafeína/taza (Donovan y De Vane, 2001), mientras que en
Europa una taza de café expreso es de 5 onzas, equivalentes a 150ml y a 125mg de
cafeína (Cheraskin y Ringsdorf, 1967; 1968).
Una taza de café instantáneo descafeinado posee 60 mg; un té de hojas o de bolsa
contiene 30mg de cafeína y el té instantáneo 20mg. Asimismo, un vaso de refresco
(200ml) contiene entre 20-60mg de cafeína (Donovan y De Vane, 2001).
En Europa, la población adulta consume un promedio de 250mg diarios, equivalentes a
dos tazas de café expreso (100- 400mg de cafeína). En Dinamarca, Finlandia, Noruega y
Suecia, el consumo de cafeína por persona llega a 400 mg al día. (Internacional Coffee
Organization, 2008).
En América Latina el consumo de cafeína por persona fluctúa, en promedio, entre los
300mg al día. Tras el consumo de una cantidad de café equivalente a 5 Oz de café
expreso, se presenta un modesto incremento (5- 10mm/Hg) de la presión sanguínea. Las
personas que ocasionalmente consumen cafeína son más afectadas, mientras los
consumidores frecuentes de cafeína pueden presentar ligeros cambios en la presión
sanguínea. (Higdon et al. 2006)
Los efectos del café sobre la diabetes mellitus han sido investigados en hombres y
mujeres a través de estudios de epidemiologia, de clínica y de investigación básica
(Tuomilehto et al. 2004; Van Dam y Hu, 2005).
Para reducir el efecto de DM2 se han empleado diferentes fármacos, como es el caso de
la metformina, la cual es una biguanida ampliamente empleada en el tratamiento de DM2
y del síndrome metabólico; sin embargo, el uso de estos fármacos resulta costoso. (Flagg
et al. 2010)
Por otro lado, el papel del café en relación con la disminución del riesgo de presentar DM
ha sido investigado recientemente. Un estudio de meta- análisis de Van Dam y Hu (2005)
mostro una asociación directa entre la ingesta de café a largo plazo y la reducción del
riesgo de presentar DM.
Es importante mencionar que paradójicamente la administración de cafeína a sujetos
adultos sanos disminuye la sensibilidad a la insulina y tiende a elevar el nivel de glucosa
en sangre con experimentos de corto tiempo (efectos agudos de la cafeína). Por ejemplo,
reportaron que la glucosa se elevó a partir de 91 +/- 6 a 94+/- 8 mg/dl a las dos horas de
haber sido administrada a sujetos sanos, lo cual estadísticamente no resulto ser
significativo. (Cheraskin y Ringsdorf, 1967,1968).
Se han reportado estudios sobre la asociación entre el consumo del café y la reducción
del consumo de DM2 (Van Dam y Hu, 2005). Además Hino et al. (2005) reportaron que en
personas japonesas la ingesta habitual del café está asociada con una disminución del
riesgo de presentar el síndrome metabólico.
Por otra parte, Tuomilehto et al. (2001; 2004) y Kagami et al. (2008) afirman que la
cafeína podría proteger a la célula β pancreática in vivo por su efecto antioxidante;
previniendo su disfunción y por lo tanto preservando las reservas de insulina. Además, por
lo que se conoce de los estudios básicos de la cafeína, esta disminuye la producción de
radicales libres, al tener una acción antioxidante.
Por otro lado, la cafeína suprime las citocinas pro-inflamatorias, entre las que se
encuentra la IL-8 (Horrigan et al. 2004; Kempf et al. 2010).
Se ha tratado de dilucidar el mecanismo de la resistencia a la insulina, que se debe a la
disminución de fosforilacion de la tirosina cinasa intracelular, lo que promueve la
fosforilacion de la tirosina cinasa y del receptor (Shafrir y Ziu, 1998; Shafrir et al. 1999). En
resumen, estudios previos indican que los efectos a largo plazo (al menos una semana de
administración diaria) de la cafeína se resumen de la siguiente manera:
Reduce el riesgo de padecer diabetes (presencia de hiperglucemia) en personas que
consumen café (Van Dam y Hu, 2005; Van Dam et al. 2006). La cafeína suprime la
producción de las citosinas pro inflamatorias (Horrigan et al. 2004) y posee una
significativa actividad antioxidante.
Por último, la cafeína incrementa el AMP proteína cinasa intracelular favoreciendo así la
fosforilacion de los receptores y transportadores (Egawa et al. 2010; Zheng et al. 2001).
La contra del café (El efecto contrario del café) sería de que la cafeína eleva el nivel del
azúcar en la sangre, muy malo para todos aquellos diabéticos. Investigaciones han
determinado que aquellas personas que sufren la diabetes más común pueden controlar
mejor su nivel de azúcar en la sangre si disminuyen el consumo de cafeína. (Van Dam y
Hu, 2005).
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el efecto de la cafeína sobre el nivel de glucosa en sangre de Rattus
norvegicus variedad Sprague Dawley.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar el efecto de la administración oral de cafeína (50 ,75 y 100 mg/Kg/día)
sobre el nivel de glucosa en sangre de Rattus norvegicus variedad Sprague
Dawley.
.
Evaluar el efecto de la cafeína (50 ,75 y 100 mg/Kg/día) sobre la histología de
páncreas e hígado de Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley.
1
CAPITULO I
MARCO TEORICO
1. CAFEÍNA
La cafeína es la droga psicoactiva más extensamente usada en todo el mundo
(Donovan y De Vane, 2001), aunque este consumo varía entre los distintos países.
Por ejemplo, los habitantes de los países nórdicos son los principales
consumidores de café: en Finlandia, una persona consume 12 Kg de café por año.
En Dinamarca y Noruega 9 Kg/año y en Suecia 8.5 Kg/año; le siguen Holanda,
Bélgica y Alemania con 8 Kg/año. En los Estados Unidos el consumo de café por
habitante es de 4 Kg/año y en Inglaterra de 2.5 Kg/año, etc. (Internacional Cofee
Organization, 2008).
Como un psicoestimulante la cafeína no es muy costosa, está fácilmente
disponible y es socialmente aceptable. Su uso ocasiona tolerancia farmacológica,
dependencia, y cuando es descontinuada abruptamente se presenta un síndrome
desagradable de abstinencia (Benowitz, 1990). La cafeína ejerce efectos
farmacológicos en múltiples sistemas orgánicos en el cuerpo.
1.1. EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA CAFEÍNA
Todas las metilxantinas, incluyendo la cafeína, comparten la acción de relajar al
músculo liso, estimular el sistema nervioso central (SNC) y producir diuresis. La
cafeína es también un broncodilatador (Gong et al. 1986). La cafeína se une a
los receptores de adenosina y, por su parte, la adenosina juega un papel
fisiológico en la inhibición de la lipólisis, la cual podría estar determinada por el
antagonismo del receptor a la adenosina (Higdon y Frei, 2006). Dependiendo
del consumo de café (es decir, del número de tazas y la cantidad de café
contenido en las mismas), se ha reportado un efecto protector en enfermedades
2
como diabetes tipo 2 (Gramham et al. 2001; Feinberg et al. 2008;), demencia
senil y enfermedad de Parkinson (Ross et al. 2000).
En Estados Unidos, una taza de café americano (regular) es de 8 onzas,
equivalentes a 240 ml, y contiene 137 mg de cafeína/taza (Donovan y De Vane,
2001), mientras que en Europa una taza de café expreso es de 5 onzas,
equivalentes a 150 ml y a 125 mg de cafeína (Cheraskin y Ringsdorf, 1967;
1968). Una taza de café instantáneo descafeinado posee 60 mg; un té de hojas
o de bolsa contiene 30 mg de cafeína y el té instantáneo 20 mg. Asimismo, un
vaso de refresco (200 ml) contiene entre 20–60 mg de cafeína (Donovan y De
Vane 2001). En Europa, la población adulta consume un promedio de 250 mg
diarios, equivalentes a dos tazas de café expreso (100- 400 mg de cafeína). En
Dinamarca, Finlandia, Noruega y Suecia, el consumo promedio de cafeína por
persona llega a 400 mg al día. (Internacional Cofee Organization, 2008). En
América Latina el consumo de cafeína por persona fluctúa, en promedio, entre
los 300 mg al día. Tras el consumo de una cantidad de café equivalente a 5 Oz
de café expreso, se presenta un modesto incremento (5- 10 mm/Hg) de la
presión sanguínea. (Higdon et al. 2006)
Las personas que ocasionalmente consumen cafeína son más afectadas,
mientras que los consumidores frecuentes de cafeína pueden presentar ligeros
cambios en la presión sanguínea. Nawrot et al. (2003) reportaron que, para la
salud de la población adulta, la ingesta moderada de cafeína a dosis de 400 mg
por día (equivalente a 6 mg 14 cafeína/Kg peso/día, en una persona con un
peso promedio de 70 Kg), no está asociada con efectos adversos como
toxicidad general y efectos cardiovasculares.
1.2. METABOLISMO Y FARMACOCINÉTICA DE LA CAFEÍNA
La cafeína es rápidamente absorbida en el tracto gastrointestinal. Los efectos
farmacológicos subjetivos son apreciables en minutos. Las concentraciones
altas en plasma frecuentemente ocurren en menos de una hora. La cafeína es
ampliamente distribuida en los tejidos del cuerpo. La eliminación de la cafeína
del cuerpo ocurre mayormente por metabolismo hepático (Fuhr y Rust, 1994).
3
La recuperación urinaria y el intercambio de cafeína son de sólo 1-4% seguido
de una sola dosis oral. Los caminos de la degradación metabólica y
farmacocinética de la cafeína han sido bien estudiados. El metabolismo de la
cafeína (1, 3, 7- trimetilxantina) es complejo y por lo menos 25 metabolitos han
sido identificados en humanos. La principal ruta de eliminación es la formación
de 1,7 dimetilxantina (paraxantina) por demetilación que es catalizada por el
citocromo P450 (CYP1A2). Estas enzimas también median otros caminos de
demetilación para producir 3,7 dimetilxantina y 1,3 dimetilxantina. En general,
CYP1A2 realiza aproximadamente el 95% del metabolismo de la cafeína. Un
pequeño porcentaje de dosis (3-6%) es convertida en teofilina y teobromina. Al
parecer, el metabolismo de la cafeína es dependiente de la dosis y dosificación
repetida. La vida media de eliminación de la cafeína es muy variable, con un
valor medio de 5 horas, pero con un rango de 2 a 12 horas en ratas (Denaro,
1990).
Cuadro 1. Contenido de cafeína en algunas bebidas y chocolates.
Además de la cafeína, el café cuenta con numerosas sustancias no nutritivas
que podrían interferir en la salud de las personas, como factor de protección o,
por el contrario, como factor de riesgo. (Sánchez, M. 2015)
Bebidas con cafeína Cafeína (Miligramos)
Café
Café filtrado (soluble o normal, 180ml) 120
Café preparado de Starbucks (473 ml) 330
Taza de café expreso (180ml) 130
Café latte de Starbucks (473 ml, dos
medidas de expreso) 150
Expreso de Starbucks, solo (30 ml) 75
Café descafeinado (taza de 236 ml / 8
onzas), con filtro o soluble 7-12
4
Té
Té (taza de 236 ml / 8 onzas) con filtro, negro 30-80
Té helado instantáneo (vaso de 236 ml / 8
onzas) 20-30
Té chai latte de Starbucks (473 ml) 95
Té de limón Snapple (473 ml) 62
Té helado Arizona (473 ml) 30
Refrescos
Pepsi normal (333ml) 106
Pepsi light (333ml) 114
Coca Cola normal (333ml) 93
Coca Cola light (333ml) 122
Coca Cola zero (333ml) 93
Coca Cola de grifo (333ml) 145
Bebidas energéticas
Guaraná (1000ml) 6
Guaraná natural (1000ml) 300
Monster Energy (473 ml) 160
Red Bull (236 ml) 80
Bebidas con chocolate
Chocolate caliente de Starbucks (473 ml) 25
Chocolate con leche descremada Hershey's
(botella de 355 ml) 2
Cacao
Cacao (150ml) 42
Cacao africano o sudamericano (150ml) 6
Tableta chocolate negro (28g) 20
Chocolate con leche (28g) 1-15
Chocolate blanco(28g) 1,5-6
Chocolate a la taza (28g) 18-118
Modificado de Pardo Lozano R et al 6.
5
2. GLUCOSA
2.1. Glucemia
La noción de glucemia hace referencia a la presencia de glucosa en la sangre.
El termino provine del francés glycémie (propuesto por el fisiólogo galo Claude
Bernard), por lo que, en ocasiones, aparece traducido como glicemia. Sin
embargo, esta última palabra no es aceptada por la Real Academia Española
(REA). (2)
Los médicos utilizan el término para referirse a la medida de concentración de
la glucosa en el plasma sanguíneo. Si la glucemia se encuentra por debajo de
los parámetros normales, el individuo sufre de hipoglucemia; en cambio, si los
valores superan la media, se trata de un caso de hiperglucemia.
La glucemia varía de acuerdo a los alimentos que la persona haya ingerido. El
nivel normal de la glucosa en sangre se encuentra entre 70 mg/dl y 100 mg/dl
en ayunas. La glucosa ingerida con las comidas es metabolizada mediante el
accionar de diversas hormonas, como la adrenalina, la insulina, el glucagón, los
esteroides y los glucococorticoides. (2)
La metabolización de la glucosa es importante para la regulación de la
homeostasis. Las fallas en el proceso pueden causar diversos problemas de
salud, como la diabetes. Esta enfermedad se produce por una deficiencia de la
insulina y causa hiperglucemia. (2)
2.2. Índice glucémico
Se conoce como índice glucémico el valor que describe el efecto que provocan
los alimentos sobre la elevación de la glucosa en el flujo sanguíneo, este
indicador es sumamente importante para aquellas personas que sufren de
algún tipo de descompensación en el organismo relacionado con el azúcar de la
sangre. (2)
6
Los alimentos que tienden a elevar la glucemia en la sangre, como ciertos
zumos y dulces de frutas, provocan además un aumento en los niveles de
insulina lo cual deriva en la formación de grasa corporal. La insulina es la
hormona que se encarga de distribuir la glucosa en las diversas regiones del
organismo para ser utilizada en las células. Para aquellas personas que tienen
problemas de diabetes es sumamente importante conocer el IG para controlar
la cantidad de glucemia en la sangre pues, de no hacerlo, la misma podría
llevar a graves descompensaciones. (2)
2.3. Diabetes
La diabetes en un síndrome orgánico, multisistémico y crónico que se produce
por la producción insuficiente de insulina en el organismo, lo que lleva a un
deficiente aprovechamiento de la glucemia en la sangre y que viene
encadenado a una producción inferior de energía a la que el cuerpo necesita.
Se estima que unos 200 millones de personas sufren esta enfermedad que
supone un trastorno de la glucemia y que debe ser tratada con una dieta
específica, ejercicio físico y ciertos medicamentos determinados por el médico.
Dado que la insulina no realiza correctamente su labor, las personas con
diabetes sufren de hiperglucemia, porque su organismo no puede movilizar en
azúcar de la sangre hacia los adipocitos, hepatocitos y células musculares
donde podría ser almacenada en forma de energía. Los síntomas a través de
los cuales puede detectarse esta enfermedad son visión borrosa, abundante
sed, micción frecuente, hambre, cansancio excesivo y pérdida brusca de peso.
(2)
3. INSULINA
La insulina, sintetizada y secretada por las células beta, posee un conjunto
impresionante de «primeros». Fue la primera hormona aislada de animales en una
forma que podía ser administrada de modo terapéutico a los humanos; la primera
hormona de la que se determinó su estructura primaria y terciaria; la primera
7
hormona cuyo mecanismo de acción se dilucidó; la primera hormona en
determinarse por radioinmunoensayo; la primera hormona conocida en ser
sintetizada a partir de un precursor mayor (pro hormona), y la primera hormona en
ser sintetizada mediante tecnología del ADN recombinante. (Costanzo, 2011).
3.1. Estructura y síntesis de la insulina
La insulina es una hormona peptídica que consta de dos cadenas
longitudinales, una cadena A (21 aminoácidos) y una cadena B (30
aminoácidos). Dos enlaces di sulfuro unen la cadena A a la cadena B y un
tercer puente di sulfuro se localiza en la cadena A. La síntesis de la insulina
está dirigida por un gen del cromosoma 11, miembro de una superfamilia de
genes que codifican factores de crecimiento relacionados. El ARNm dirige la
síntesis ribosómica de la preproinsulina, que contiene cuatro péptidos: un
péptido señal, las cadenas A y B de la insulina, y un péptido conector (péptido
C). El péptido señal es escindido en una fase muy temprana del proceso
biosintético (mientras aún se están ensamblando las cadenas peptídicas), lo
que da proinsulina (figura 1). A continuación, la proinsulina es transportada al
retículo endoplásmico, donde, con el péptido conector aún unido, se forman
puentes disulfuro para dar lugar a una forma «plegada» de insulina. La
proinsulina es empaquetada en gránulos secretores en el aparato de Golgi.
Durante este proceso de empaquetado, las proteasas escinden el péptido
conector, con lo que se produce insulina. La insulina y el péptido conector
escindido son empaquetados juntos en gránulos secretores y cuando la célula b
es estimulada, son liberados en cantidades equimolares a la sangre. La
secreción del péptido conector (péptido C) es la base de una prueba sobre la
función de la célula b en personas con diabetes mellitus de tipo I que reciben
inyecciones de insulina exógena. (En estas personas, las concentraciones
séricas de insulina no reflejan las tasas secretoras endógenas.) La insulina es
metabolizada en el hígado y en el riñón por enzimas que rompen los enlaces
disulfuro. Se liberan las cadenas A y B, ahora inactivas, y se excretan por la
orina. (Costanzo, 2011).
8
3.2. Regulación de la secreción de insulina
El cuadro 2 resume los factores que influyen sobre la secreción de insulina por
las células b. De estos factores, el más importante es la glucosa. Los aumentos
en la concentración de glucosa en sangre estimulan rápidamente la secreción
de insulina. Por la preeminencia de la glucosa como estimulante, se utiliza para
describir el mecanismo de la secreción de insulina por la célula β, como se
ilustra en la figura 2. (Costanzo, 2011).
Los números de la figura que están en un círculo están relacionados con las
etapas que se describen a continuación:
a) Transporte de la glucosa al interior de la célula β. La membrana de la
célula β contiene GLUT 2, un transportador específico para la glucosa que la
transporta desde la sangre al interior de la célula por difusión facilitada
(etapa 1). (Costanzo, 2011).
Figura 1. Estructura de la proinsulina. El péptido conector (péptido C) es escindido para
formar insulina. (Modificada de Shaw WN, Chance RR: Effect of porcine proinsulin in vitro
on adipose tissue and diaphragm of the normal rat. Diabetes 17:737, 1968.
9
Cuadro 2. Factores que afectan a la secreción de Insulina
Factores estimuladores e inhibidores de insulina. (Costanzo, 2011).
a) Metabolismo de la glucosa en el interior de la célula β. Una vez en el
interior de la célula, la glucosa es fosforilada a glucosa-6-fosfato por la
glucocinasa (etapa 2), y la glucosa-6-fosfato es oxidada posteriormente
(etapa 3). El ATP, uno de los productos de esta etapa de oxidación, parece
ser el factor fundamental que regula la secreción de insulina. (Costanzo,
2011).
b) El ATP cierra los canales del K+ sensibles al ATP. Los canales del K+ de
la membrana de la célula β están regulados (es decir, abiertos o cerrados)
por cambios en las concentraciones de ATP. Cuando las concentraciones de
ATP en el interior de la célula β aumentan, los canales de K+ se cierran
(etapa 4), lo que despolariza la membrana de la célula β (etapa 5). En pocas
palabras, cuando se cierran los canales del K+, disminuye la conductancia
del K+ y el potencial de membrana se aleja del potencial de equilibrio del K+,
y es despolarizada.) (Costanzo, 2011).
10
c) La despolarización abre los canales del Ca2+ sensibles al voltaje. Los
canales del Ca2+, también en la membrana de la célula β, están regulados
por cambios en el voltaje; se abren por despolarización y se cierran por
hiperpolarización. La despolarización causada por el ATP abre estos canales
del Ca2+ (etapa 6). El Ca2+ fluye al interior de la célula β debajo de su
gradiente electroquímico y aumenta la concentración intracelular de Ca2+
(etapa 7). (Costanzo, 2011).
d) El aumento del Ca2+ intracelular produce la secreción de insulina. Los
aumentos en la concentración intracelular de Ca2+ causan exocitosis de los
gránulos secretores que contienen insulina (etapa 8). Se secreta insulina en
el interior de la sangre venosa pancreática y luego es liberada a la
circulación sistémica. El péptido C es secretado en cantidades equimolares
con la insulina y es excretado en la orina sin cambios. Por consiguiente, se
puede utilizar la velocidad de excreción del péptido C para valorar y
monitorizar la función de la célula β endógena. (Costanzo, 2011).
La glucosa oral es un estimulante para la secreción de insulina más poderoso
que la glucosa intravenosa. La razón de esta diferencia es que la glucosa oral
estimula la secreción del péptido insulinotrópico dependiente de glucosa (GIP),
una hormona gastrointestinal que tiene un efecto estimulador independiente
sobre la secreción de insulina (además del efecto directo de la glucosa sobre
las células β). La glucosa intravenosa no causa la liberación de GIP y, por tanto,
sólo actúa de modo directo. Muchos de los otros factores que afectan a la
secreción de insulina lo hacen alterando una o más etapas en este mecanismo
básico. Por ejemplo, los efectos estimuladores de los aminoácidos y de los
ácidos grasos sobre la secreción de insulina utilizan vías metabólicas paralelas
a las utilizadas por la glucosa.
11
El glucagón activa una proteína Gq acoplada a la fosfolipasa C, lo que lleva a
un aumento en el Ca2+ intracelular (es decir, IP3/Ca2+) y causa exocitosis de
insulina. La somatostatina inhibe el mecanismo que estimula el glucagón. Los
fármacos derivados de la sulfonilurea (p. ej., tolbutamida; gliburida) que se
utilizan para el tratamiento de la diabetes mellitus de tipo II (no
insulinodependiente) estimulan la liberación de insulina de las células β
cerrando los canales del K+ dependientes de ATP, despolarizando la célula y
simulando la despolarización inducida por la glucosa. (Costanzo, 2011).
3.3. Mecanismo de acción de la insulina
La acción de la insulina sobre las células diana comienza cuando la hormona se
une a su receptor en la membrana celular. El receptor de insulina es un
tetrámero compuesto de 2 subunidades α y dos subunidades β. Las
subunidades α están situadas en el dominio extracelular, y las subunidades β
abarcan la membrana celular. Un enlace disulfuro conecta las dos subunidades
α y cada una de las subunidades α está conectada a una subunidad β por un
enlace disulfuro. Las subunidades β tienen actividad tirosina cinasa. La insulina
actúa sobre sus células diana tal como se describe en las siguientes etapas:
a) La insulina se une a las subunidades α del receptor tetramérico de
insulina, produciendo un cambio de conformación en el receptor. El
cambio de conformación activa la tirosina cinasa en la subunidad β, que
se fosforila en presencia de ATP. En otras palabras, la subunidad β se
fosforila. (Costanzo, 2011).
b) La tirosina cinasa activada fosforila otras proteínas o enzimas implicadas
en las acciones fisiológicas de la insulina, como son las proteínas
cinasas, las fosfatasas, las fosfolipasas y las proteínas G. La
fosforilación activa inhibe estas proteínas para producir las diversas
acciones metabólicas de la insulina. (Costanzo, 2011).
12
c) El complejo insulina-receptor es internalizado (es decir, es llevado al
interior de la célula) por su célula diana mediante endocitosis. El
receptor de insulina es degradado por proteasas intracelulares,
almacenado o reciclado en la membrana celular para ser utilizado de
nuevo. La insulina regula por disminución su propio receptor al disminuir
la velocidad de síntesis y al aumentar la frecuencia de degradación del
receptor. La regulación por disminución del receptor de insulina es, en
parte, responsable de la menor sensibilidad a la insulina de los tejidos
diana en la obesidad y en la diabetes mellitus de tipo II. (Costanzo,
2011).
Además de las acciones descritas, la insulina se une también a elementos
del núcleo, del aparato de Golgi y del retículo endoplásmico. Así, la insulina
estimula la transcripción génica de modo similar a las acciones de las
somatomedinas, IGF-1 e IGF-2. (Costanzo, 2011).
FIGURA 2. Estructura del receptor de insulina. Las dos subunidades α están
conectadas por enlaces disulfuro; cada subunidad α está conectada a una
subunidad β por un enlace disulfuro. Las subunidades β tienen actividad tirosina
cinasa. (Costanzo, 2011)
13
3.4. Acciones de la insulina
La insulina se conoce como la hormona de la «abundancia» o de la plenitud.
Cuando la disponibilidad de nutrientes supera las demandas del organismo, la
insulina asegura que el exceso de nutrientes se almacene como glucógeno en
el hígado, como grasa en el tejido adiposo, y como proteína en el músculo.
Estos nutrientes almacenados estarán disponibles para posteriores períodos de
ayuno con el fin de mantener la liberación de glucosa al cerebro, los músculos y
otros órganos. Los efectos de la insulina sobre el flujo de nutrientes y los
cambios resultantes en la sangre se resumen en el cuadro 2. La insulina tiene
las siguientes acciones sobre el hígado, músculo y tejido adiposo: (Costanzo,
2011).
a) Reduce la concentración de glucosa en sangre. La acción
hipoglucémica de la insulina puede describirse de dos modos: la insulina
provoca una franca disminución en la concentración de glucosa en sangre,
y limita el incremento de glucosa en sangre que se produce después de la
ingestión de carbohidratos. La acción hipoglucémica de la insulina es el
resultado de respuestas coordinadas que, de modo simultáneo, estimulan
la oxidación de la glucosa e inhiben la gluconeogénesis como sigue: (1) La
insulina aumenta el transporte de glucosa al interior de las células diana
como el músculo y el tejido adiposo al dirigir la inserción de transportadores
de glucosa (GLUT 4) en las membranas celulares. A medida que entra
glucosa en la célula, la concentración de glucosa en sangre disminuye. (2)
La insulina promueve la formación de glucógeno a partir de la glucosa en el
hígado y en el músculo y, simultáneamente, inhibe la glucogenólisis
(degradación del glucógeno). (3) La insulina inhibe la gluconeogénesis
(síntesis de glucosa) al aumentar la producción de fructosa 2,6-bisfosfato,
lo que aumenta la actividad fosfofructocinásica. En efecto, los sustratos se
alejan de la formación de glucosa. (Costanzo, 2011).
14
b) Reduce las concentraciones en sangre de ácidos grasos y de
cetoácidos. El efecto global de la insulina sobre el metabolismo graso es
el de inhibir la movilización y la oxidación de los ácidos grasos y,
simultáneamente, aumentar el depósito de ácidos grasos. Como
consecuencia, disminuye las concentraciones en sangre de ácidos grasos y
de cetoácidos. En el tejido adiposo, la insulina estimula la sedimentación de
grasa e inhibe la lipólisis. Simultáneamente, inhibe la formación de
cetoácidos (ácido b-hidroxibutírico y ácido acetoacético) en el hígado,
porque una disminución de la degradación de ácidos grasos significa que
habrá una menor cantidad del sustrato acetil coenzima A (acetil CoA)
disponible para la formación de cetoácidos. (Costanzo, 2011).
c) Reduce la concentración en sangre de aminoácidos. El efecto global de
la insulina sobre el metabolismo proteico es anabólico. La insulina aumenta
la captación de aminoácidos y de proteínas por los tejidos, disminuyendo
de este modo las concentraciones en sangre de aminoácidos. La insulina
estimula la captación de aminoácidos al interior de las células diana (p. ej.,
músculo), aumenta la síntesis proteica e inhibe la degradación proteica.
(Costanzo, 2011).
d) Otras acciones. Además de las acciones principales sobre el metabolismo
de los carbohidratos, las grasas y las proteínas, la insulina tiene otros
efectos: promueve la captación del K+ al interior de la célula (al mismo
tiempo que promueve la captación de glucosa) al aumentar la actividad de
la Na+-K+ ATPasa. Esta acción puede verse como «protectora» frente a un
aumento de la concentración en suero de K+. Cuando se ingiere K+, la
insulina asegura que el K+ ingerido sea llevado al interior de las células con
glucosa y otros nutrientes. También parece que la insulina tiene un efecto
directo sobre el centro de la saciedad del hipotálamo independiente de los
cambios que produce en la concentración de glucosa en sangre.
(Costanzo, 2011).
15
3.5. Fisiopatología de la insulina
El principal trastorno con implicación de la insulina es la diabetes mellitus. En
una forma de diabetes mellitus (tipo I), hay una secreción inadecuada de
insulina; en otra forma (tipo II), hay una resistencia a la insulina de los tejidos
diana. (Costanzo, 2011).
a) Diabetes mellitus insulinodependiente. También se denomina diabetes
mellitus de tipo I. Está causada por la destrucción de células β, con
frecuencia como resultado de un proceso autoinmunitario. Cuando las
células β pancreáticas no secretan cantidades adecuadas de insulina, las
consecuencias metabólicas son importantes: se alteran los metabolismos
de los carbohidratos, las grasas y las proteínas. La diabetes mellitus de
tipo I se caracteriza por los siguientes cambios: aumento de la
concentración de glucosa en sangre por una menor captación de glucosa
al interior de las células, disminución de la utilización de glucosa y
aumento de la gluconeogénesis; aumento de la concentración en sangre
de ácidos grasos y cetoácidos por un aumento de la lipólisis, aumento de
la conversión de ácidos grasos a cetoácidos y disminución de la utilización
de cetoácidos por los tejidos, y aumento de la concentración de
aminoácidos en sangre por aumento de la degradación de proteínas a
aminoácidos. Hay también una pérdida de la masa magra corporal (es
decir, un estado catabólico) y pérdida de tejido adiposo. Hay trastornos del
equilibrio hidroelectrolítico en la diabetes mellitus tipo I. Las mayores
concentraciones en sangre de cetoácidos producen una forma de acidosis
metabólica denominada cetoacidosis diabética (CAD). La mayor
concentración de glucosa en sangre da lugar a un aumento de la dosis
filtrada de glucosa, que supera la capacidad de reabsorción del túbulo
proximal. La glucosa no reabsorbida actúa a continuación como un soluto
osmótico en la orina, produciendo diuresis osmótica, poliuria y sed. La
poliuria produce una contracción del volumen del LEC e hipotensión. La
falta de insulina produce también la salida del K+ de las células
16
(recuérdese que la insulina promueve la captación de K+ por la célula), lo
que da lugar a hiperpotasemia. El tratamiento de la diabetes mellitus de
tipo I consiste en la reposición de insulina, que restablece la capacidad del
organismo para almacenar carbohidratos, lípidos y proteínas, y devuelve a
la normalidad los valores en sangre de nutrientes y de electrolitos.
(Costanzo, 2011).
b) Diabetes mellitus no insulinodependiente, o diabetes mellitus de tipo
II, se asocia con frecuencia a la obesidad. Exhibe algunos, pero no todos,
de los deterioros metabólicos vistos en la diabetes mellitus de tipo I. La
diabetes mellitus de tipo II está causada por una regulación por
disminución de los receptores de insulina en los tejidos diana y resistencia
a la insulina. La insulina suele ser secretada por las células β, pero en
concentraciones normales no puede activar los receptores en el músculo,
hígado y tejido adiposo; así, la insulina es incapaz de producir sus efectos
metabólicos habituales. Generalmente, la concentración de glucosa en
sangre es elevada tanto en el estado de ayuno como postprandial
(después de comer). El tratamiento de la diabetes mellitus de tipo II incluye
la restricción calórica y la reducción de peso; el tratamiento con
sulfonilureas (p. ej., tolbutamida o gliburida), que estimulan la secreción
pancreática de insulina, y el tratamiento con biguanidas (p. ej.,
metformina), que regulan por incremento los receptores de insulina en los
tejidos diana. (Costanzo, 2011).
17
Cuadro 3. Principales acciones de la insulina y su efecto sobre las concentraciones
en sangre
Efecto de la insulina en la sangre. (Costanzo, 2011).
4. PANCREAS
4.1. Páncreas Exocrino
El páncreas exocrino segrega aproximadamente 1 L de líquido al día al lumen
del duodeno. La secreción consta de un componente acuoso, con una
concentración elevada de HCO3− y un componente enzimático. La porción
acuosa que contiene HCO3− tiene como finalidad neutralizar los H+ que llegan
al duodeno desde el estómago. La porción enzimática digiere los hidratos de
carbono, las proteínas y los lípidos en moléculas absorbibles. (Costanzo, 2011)
4.1.1. Estructura de las glándulas exocrinas pancreáticas
El páncreas exocrino constituye aproximadamente el 90% del páncreas. El
resto del tejido pancreático es páncreas endocrino (2%), vasos sanguíneos y
líquido intersticial. El páncreas exocrino está organizado como las glándulas
salivales: parece un racimo de uvas, donde cada una representa un único
acino (fig. 3). El acino es el extremo ciego de un sistema de conductos
18
ramificado y está revestido de células acinares que segregan la porción
enzimática de la secreción pancreática. Los conductos están revestidos de
células ductales. Las células epiteliales ductales se extienden dentro de la
región de las células centroacinares en el acino. Las células centroacinares
y ductales segregan el componente acuoso, que contiene HCO3−, de la
secreción pancreática. (Costanzo, 2011)
El páncreas exocrino está inervado tanto por el sistema nervioso
parasimpático como por el sistema nervioso simpático. La inervación
simpática procede de los nervios postganglionares desde los plexos celíacos y
mesentérico superior. La inervación parasimpática procede del nervio vago;
las fibras preganglionares parasimpáticas establecen sinapsis en el sistema
nervioso entérico, mientras que las fibras postganglionares establecen
sinapsis en el páncreas exocrino. La actividad parasimpática estimula la
secreción pancreática, y la actividad simpática inhibe la secreción
pancreática. Es una diferencia del páncreas exocrino con las glándulas
salivales, en las que tanto la actividad parasimpática como simpática son
estimuladoras. (Costanzo, 2011)
4.1.2. Formación de la secreción pancreática
Los componentes enzimático y acuoso de la secreción pancreática se
producen mediante dos mecanismos distintos. Las enzimas se segregan en
las células acinares, mientras que el componente acuoso es segregado por
las células centroacinares y después es modificado por las células ductales.
La secreción pancreática se lleva a cabo siguiendo los pasos siguientes (se
representan en la fig. 4): (Costanzo, 2011).
a) Componente enzimático de la secreción pancreática (células
acinares). La mayoría de las enzimas imprescindibles para la digestión
de los hidratos de carbono, las proteínas y los lípidos son segregadas por
el páncreas (cuadro 4). La amilasa y las lipasas pancreáticas se
segregan en forma de enzimas activas. Las proteasas pancreáticas se
19
segregan en su forma inactiva y se convierten en sus formas activas en el
lumen del duodeno; por ejemplo, el páncreas segrega tripsinógeno, el
cual se convierte en tripsina, su forma activa, en el lumen intestinal. Las
funciones de las enzimas pancreáticas se detallan más adelante en este
mismo capítulo en el apartado de la digestión de los nutrientes.
(Costanzo, 2011).
Las enzimas pancreáticas se sintetizan en el retículo endoplásmico
rugoso de las células acinares. Se transfieren al complejo de Golgi y a
continuación a las vacuolas de condensación, donde se concentran en
gránulos de zimógeno. Allí se almacenan hasta que un estímulo (p. ej.,
actividad parasimpática o CCK) desencadena su secreción. (Costanzo,
2011).
b) Componente acuoso de la secreción pancreática (células
centroacinares y ductales). El jugo pancreático una solución isotónica
que contiene Na+, Cl−, K+ y HCO3− (además de las enzimas). Las
concentraciones de Na+ y K+ son las mismas que sus concentraciones
plasmáticas, pero las concentraciones de Cl− y HCO3− varían en función
del ritmo del flujo pancreático. (Costanzo, 2011).
Las células centroacinares y ductales producen la secreción acuosa
inicial, que es isotónica y contiene Na+, K+, Cl− y HCO3−. Esta
secreción inicial es modificada a continuación por los procesos de
transporte en las células epiteliales ductales del modo siguiente: la
membrana apical de las células ductales contiene un intercambiador de
Cl−-HCO3−, y la membrana basolateral contiene Na+-K+ ATPasa y un
intercambiador de Na+-H+. En presencia de la anhidrasa carbónica, el
CO2 y el H2O se combinan en las células para formar H2CO3. (Costanzo,
2011).
20
El H2CO3 se disocia en H+ y HCO3 −. El HCO3 − se segrega en el jugo
pancreático gracias al intercambiador de Cl−-HCO3 − en la membrana
apical. Los H+ se transportan hacia la sangre gracias al intercambiador de
Na+-H+ en la membrana basolateral. El resultado neto o suma de estos
procesos de transporte es la secreción neta de HCO3 − en el jugo
pancreático ductal y la absorción neta de H+; la absorción de H+ provoca
la acidificación de la sangre venosa pancreática. (Costanzo, 2011)
4.1.3. Efecto del ritmo de flujo sobre la composición del jugo pancreático
Las concentraciones de Na+ y K+ en el jugo pancreático permanecen
constantes cuando varía el ritmo del flujo pancreático, mientras que las
concentraciones de HCO3− y Cl− sí se modifican (fig. 4). Recuérdese que se
observa una relación similar, aunque no idéntica, entre la composición de la
saliva y el ritmo del flujo salival. Hay una relación recíproca entre las
concentraciones de Cl− y HCO3 − en el jugo pancreático, que se mantiene
gracias al intercambiador de Cl−-HCO3 − en la membrana apical de las
células ductales (v. fig. 4). La concentración de HCO3− del jugo pancreático
es máxima (y mucho mayor que la concentración plasmática de HCO3 −) con
los mayores ritmos de flujo pancreático (más de 30 ml/min × g), mientras que
la concentración de Cl− es la menor. Con los ritmos de flujo más bajos, la
concentración de HCO3 – es mínima y la de Cl−, máxima. (Costanzo, 2011).
La relación entre el ritmo de flujo y las concentraciones relativas de Cl− y
HCO3− se explica del modo siguiente: a ritmos bajos (basales) de secreción
pancreática, las células del páncreas segregan una solución isotónica
compuesta principalmente de Na+, Cl− y H2O. Sin embargo, cuando se
estimulan (p. ej., por secretina), las células centroacinares y ductales,
segregan cantidades incluso mayores de una solución isotónica con una
composición diferente, principalmente de Na+, HCO3− y H2O. (Costanzo,
2011).
21
4.1.4. Regulación de la secreción pancreática
La secreción pancreática cumple dos funciones: (1) segregar enzimas
necesarias para la digestión de hidratos de carbono, proteínas y lípidos; la
porción enzimática de la secreción pancreática realiza estas funciones
digestivas, y (2) neutralizar los H+ en el quimo vertido al duodeno desde el
estómago. La porción acuosa de la secreción pancreática contiene HCO3−,
que desempeña la función neutralizadora. (Costanzo, 2011).
Por tanto, es lógico que las porciones enzimática y acuosa estén reguladas
por separado: la secreción acuosa es estimulada por la llegada de H+ al
duodeno, mientras que la secreción enzimática es estimulada por los
productos de la digestión (péptidos pequeños, aminoácidos y ácidos grasos).
Al igual que la secreción gástrica, la secreción pancreática se divide en las
fases cefálica, gástrica e intestinal. (Costanzo, 2011)
En el páncreas, las fases cefálica y gástrica son menos importantes que la
intestinal. En pocas palabras, la fase cefálica se inicia por el olfato, el gusto y
el acondicionamiento, y está mediada por el nervio vago. La fase cefálica
produce principalmente una secreción enzimática. La fase gástrica se inicia
por la distensión del estómago y también está mediada por el nervio vago. La
fase gástrica produce principalmente una secreción enzimática. (Costanzo,
2011).
La fase intestinal es la más importante y la responsable de aproximadamente
el 80% de la secreción pancreática. Durante esta fase se estimula tanto la
secreción enzimática como la acuosa. En la fig. 5 se muestra la regulación
hormonal y nerviosa de las células acinares y ductales en la fase intestinal.
(Costanzo, 2011).
22
a) Células acinares (secreción enzimática). Las células acinares
pancreáticas tienen receptores para la CCK (receptores CCK-A) y
receptores muscarínicos para la ACh. Durante la fase intestinal, la CCK
es el estimulante más importante para la secreción enzimática. Las
células I son estimuladas para segregar CCK por la presencia de
aminoácidos, péptidos pequeños y ácidos grasos en el lumen intestinal.
De los aminoácidos que estimulan la secreción de CCK, los más potentes
son la fenilalanina, la metionina y el triptófano. Además, la ACh estimula
la secreción enzimática y potencia la acción de la CCK a través de reflejos
vagovagales. (Costanzo, 2011)
b) Células ductales (secreción acuosa de Na+, HCO3−y H2O). Las
células ductales pancreáticas tienen receptores para la CCK, la ACh y la
secretina, que es segregada por las células S del duodeno y es el
estimulante principal de la secreción acuosa rica en HCO3−. La secretina
se segrega en respuesta a la presencia de H+ en el lumen del intestino, la
cual señala la llegada de quimo ácido desde el estómago. Para garantizar
que las lipasas pancreáticas se activarán (ya que a pH bajos están
inactivas), el quimo ácido necesita ser neutralizado rápidamente por el
jugo pancreático que contiene HCO3−. Los efectos de la secretina son
potenciados tanto por CCK como por ACh. (Costanzo, 2011).
23
Figura 3. Mecanismo de la secreción pancreática. El componente enzimático es
producido por las células acinares, mientras que el componente acuoso lo producen las
células centroacinares y ductales. ATP, Trifosfato de adenosina.
Cuadro 4. Fuentes de enzimas digestivas
24
Figura 4. Relación entre la composición del jugo pancreático y el ritmo de flujo
pancreático. Se compara la composición iónica del jugo pancreático con la del plasma.
Figura 5. Regulación de la secreción pancreática. ACh, acetilcolina; AMPc,
monofosfato de adenosinacíclico; CCK, colecistocinina; IP3, inositol 1,4,5-trifosfato
25
4.2. Páncreas Endocrino
El páncreas endocrino secreta dos hormonas peptídicas principales, la
insulina y el glucagón, cuyas funciones coordinadas son regular el
metabolismo de la glucosa, los ácidos grasos y los aminoácidos. El páncreas
endocrino secreta también somatostatina y polipéptido pancreático, cuyas
funciones no están tan bien establecidas. Las células endocrinas del páncreas
se hallan dispuestas en agrupaciones denominadas islotes de Langerhans,
que comprenden del 1 al 2% de la masa pancreática. Hay, aproximadamente,
1 millón de islotes de Langerhans, y cada uno de ellos contiene cerca de
2.500 células. Los islotes de Langerhans contienen 4 tipos de células y cada
una de ellas secreta una hormona o péptido diferente. Las células β
comprenden el 65% del islote y secretan insulina. Las células α comprenden el
20% del islote y secretan glucagón. Las células delta δ comprenden el 10%
del islote y secretan somatostatina. Las restantes células secretan el
polipéptido pancreático u otros péptidos. La porción central del islote de
Langerhans contiene sobre todo células β, mientras que las células a están
distribuidas alrededor del borde externo. Las células δ están interpuestas
entre las células α y β, y su íntimo contacto con los otros tipos celulares
sugiere una función paracrina. (Costanzo, 2011).
Hay tres modos mediante los que las células de los islotes de Langerhans se
comunican entre sí y, en consecuencia, alteran la secreción de las distintas
células (es decir, mecanismos paracrinos). (a) Las uniones intercelulares
comunicantes conectan las células α entre sí, las células β entre sí y las
células α con las células β. Estas uniones intercelulares comunicantes
permiten una rápida comunicación intercelular mediante flujo de corriente
iónica o por transferencia de moléculas (hasta un peso molecular de 1.000).
(b) Los islotes reciben aproximadamente el 10% del flujo de sangre
pancreático total. La irrigación del páncreas endocrino se halla distribuida de
tal modo que la sangre venosa procedente de un tipo celular baña los otros
tipos celulares. Las pequeñas arterias se introducen en la porción central del
islote, distribuyendo la sangre a través de una red de capilares fenestrados y
26
luego convergiendo en vénulas que llevan la sangre hasta el borde del islote.
Así, la sangre venosa procedente de las células β lleva insulina a las células α
y δ. (c) Los islotes están inervados por neuronas adrenérgicas, colinérgicas y
peptidérgicas. Las células δ tienen incluso un aspecto «neuronal» y envían
prolongaciones seudodendríticas a las células β, lo que sugiere una
comunicación neural dentro del islote. (Costanzo, 2011)
5. HIGADO
El hígado es el órgano más grande del cuerpo, y realiza muchísimas funciones
metabólicas y excretorias vitales. Además, en virtud de su relación circulatoria con
la superficie de absorción del tracto gastrointestinal, el hígado es el sitio inicial
donde casi todos los nutrientes ingeridos, y otras sustancias que entran por medio
del tracto gastrointestinal, son procesados por el organismo. Así, el hígado es un
guardabarrera que puede procesar sustancias útiles, mientras que destoxifica
sustancias absorbidas por vía oral que son en potencia perjudiciales. (Hershel y
Levitzky, 2013).
5.1. METABOLISMO Y DESTOXIFICACIÓN
El hígado contribuye de una manera esencial al estado bioquímico del cuerpo
en conjunto. En primer lugar, el hígado desempeña cuatro funciones específicas
en el metabolismo de carbohidratos: almacenamiento de glucógeno, conversión
de galactosa y fructosa en glucosa, gluconeogénesis, y la formación de muchos
compuestos bioquímicos importantes a partir de los productos intermediarios
del metabolismo de carbohidratos. Muchos de los sustratos para estas
reacciones se derivan de los productos de la digestión y absorción de
carbohidratos que viajan directamente al hígado desde el intestino. Como
consecuencia, el hígado desempeña un papel importante en el mantenimiento
de la concentración de glucosa en sangre dentro de límites normales, en
particular durante el periodo posprandial. (Hershel y Levitzky, 2013).
27
El hígado elimina de la sangre la glucosa excesiva, y la regresa a la sangre
según se requiere, en un proceso denominado la función de amortiguación de
glucosa del hígado. El hígado también contribuye de una manera importante al
metabolismo de grasa. Si bien muchos aspectos de las propiedades
bioquímicas de lípidos son comunes a todas las células del organismo, otros
están concentrados en el hígado. De manera específica, el hígado apoya una
tasa en especial alta de oxidación de ácidos grasos a fin de proporcionar
energía para otras funciones corporales. De igual modo, el hígado convierte
aminoácidos y fragmentos de dos carbonos derivados de carbohidratos en
grasas que entonces pueden transportarse hacia tejido adiposo para
almacenamiento. Por último, el hígado sintetiza casi todas las lipoproteínas que
requiere el cuerpo, así como grandes cantidades de colesterol y fosfolípidos.
(Hershel y Levitzky, 2013)
El hígado también sirve para destoxificar la sangre de sustancias que se
originan a partir del intestino o en otros sitios del cuerpo. Es muy activo en la
eliminación de material particulado desde la sangre portal, como números
pequeños de bacterias del colon que cruzan la pared del intestino en
circunstancias normales. Casi toda esta “limpieza de la sangre” es realizada por
células especializadas relacionadas con macrófagos de la sangre, conocidos
como células de Kupffer. Estos son fagocitos muy eficaces que están
estratégicamente ubicados para quedar expuestos a casi todo el flujo
sanguíneo que se origina desde el intestino. Otras funciones de destoxificación
del hígado son de naturaleza bioquímica. Los hepatocitos expresan grandes
números de citocromo P450 y otras enzimas que pueden convertir xenobióticos
(sustancias químicas extrañas) en metabolitos inactivos, menos lipofílicos, que
después se pueden excretar hacia la bilis y, así, eliminar del cuerpo. Además
del metabolismo de xenobióticos, el hígado se encarga del metabolismo y la
excreción de una amplia variedad de hormonas y otros reguladores endógenos
que circulan en el torrente sanguíneo. En particular, el hígado se encarga del
metabolismo de las hormonas esteroides. (Hershel y Levitzky, 2013).
28
5.2. METABOLISMO Y SÍNTESIS DE PROTEÍNA
El hígado también es crucial para el metabolismo de proteína, y el organismo no
puede prescindir de la capacidad del hígado para contribuir al procesamiento de
proteína durante algunos días. El hígado contribuye a los aspectos importantes
del metabolismo de proteína que siguen: desaminación de aminoácidos,
formación de urea como un medio para eliminar el amoniaco de la sangre,
formación de proteínas plasmáticas e interconversión de diversos aminoácidos,
así como conversión de aminoácidos en otros intermediarios importantes en el
cuerpo. De igual modo, el hígado puede sintetizar todos los aminoácidos no
esenciales que no es necesario que se proporcionen en la dieta en su forma
natural. Asimismo, el hígado sintetiza proteínas que son cruciales para el
sistema circulatorio. Con la excepción de las inmunoglobulinas producidas por
células del sistema inmunitario, el hígado proporciona casi todas las proteínas
plasmáticas. De igual modo, el hígado también es el principal sitio de síntesis
de proteínas que contribuyen a la coagulación de la sangre. (Hershel y Levitzky,
2013).
5.3. EXCRECIÓN DE PRODUCTOS DE DESECHO LIPOSOLUBLES
El hígado maneja la excreción de moléculas lipofílicas que no entran al filtrado
renal, y las excreta en la bilis. A su vez, el sistema biliar está diseñado para
transportar estas sustancias hacia afuera del hígado, y hacia la luz del intestino,
donde pasan por poca reabsorción, si es que se resorben y, así, pueden ser
eliminadas del organismo en las heces. (Hershel y Levitzky, 2013).
5.4. RIESGO SANGUÍNEO
Macrocirculación y microcirculación hepática. El hígado es poco común por
cuanto recibe casi todo su riego sanguíneo en forma de sangre venosa, en
especial durante el periodo posprandial. Incluso en reposo, el flujo sanguíneo
29
hacia el hígado por medio de la vena porta es a una tasa de 1 300 ml/min, en
comparación con sólo 500 ml/min proporcionados por la arteria hepática. Más
aún, la dimensión del flujo sanguíneo suministrada al hígado mediante la vena
porta puede aumentar a casi 90% durante el periodo posprandial inmediato. En
la figura 6 se presenta un diagrama de la circulación esplácnica. En el ámbito
microscópico, la sangre perfunde el hígado por medio de una serie de
sinusoides, que son cavidades de baja resistencia que reciben riego sanguíneo
tanto desde ramas de la vena porta como desde la arteria hepática. En reposo,
muchos de estos sinusoides están colapsados, mientras que a medida que el
flujo sanguíneo portal hacia el hígado aumenta de modo coincidente con la
ingestión de una comida y la absorción de la misma, los sinusoides son
reclutados gradualmente para permitir la perfusión del hígado con un volumen
mucho mayor por unidad de tiempo, pero con sólo un aumento mínimo de
presión. El hígado también tiene una organización morfológica característica
que apuntala sus funciones; esta organización se basa en la llamada tríada
hepática que consta de ramas de la vena porta, la arteria hepática y los
conductos biliares. La sangre fluye hacia una rama de la vena porta en el centro
de áreas portales, que están enlazadas mediante cordones anastomóticos de
hepatocitos cúbicos a una vena central que, a su vez, drena hacia la vena
hepática. De igual modo, las ramas de la arteria hepática corren cerca de los
conductos biliares, y probablemente desempeñan un papel importante en el
suministro de energía y nutrientes a las células epiteliales del conducto biliar
para apoyar sus funciones de transporte. (Hershel y Levitzky, 2013).
30
Figura 6. Esquema de la circulación esplácnica en condiciones de ayuno. Note
que incluso durante el ayuno, el hígado recibe casi todo su riego sanguíneo por
medio de la vena porta. (Reproducida con autorización de Barrett KE, Barman SM,
Boitano S, Brooks H: Ganong’s Review of Medical Physiology, 23rd ed. McGraw-Hill
Medical, 2009.)
5.4.1. Circulación enterohepática
Las características circulatorias del hígado también son notables por el hecho
de que algunas sustancias circulan de manera continua entre el hígado y el
intestino, en la circulación enterohepática. Esto comprende el paso de solutos
por tres ambientes —la vena porta y los sinusoides hacia los cuales se vacía,
el sistema biliar, y la luz del intestino—. (Hershel y Levitzky, 2013)
31
Más notablemente, esto ocurre para los ácidos biliares que son utilizados
durante la digestión y absorción intestinales de lípidos. La importancia
fisiológica de este circuito yace en que permite que la tasa de secreción exceda
mucho la tasa de síntesis o de ingreso. (Hershel y Levitzky, 2013).
5.5. PARÉNQUIMA Y SINUSOIDES HEPÁTICOS
El tipo de célula más prevaleciente en el hígado es el hepatocito (80% del total
de células, aproximadamente 100 mil millones en un hígado de ser humano
adulto), mientras que los tipos de células no parenquimatosos comprenden las
células estrelladas, las células endoteliales sinusoidales, y las previamente
mencionadas células de Kupffer. En esta sección se revisará cómo sus
propiedades contribuyen a las funciones fisiológicas del hígado. (Hershel y
Levitzky, 2013).
5.5.1. Hepatocitos
Los hepatocitos son las “fábricas” metabólicas del hígado, y se encargan de
casi todas sus funciones características. Son células epiteliales polarizadas
altamente especializadas. Sus membranas apicales tienen la forma de surcos
entre células adyacentes, conocidos como canalículos (figura 7). Los
canalículos forman una red continua que finalmente drena hacia los
conductillos biliares. En el polo opuesto del hepatocito, la membrana
basolateral mira hacia el torrente sanguíneo en la forma de los sinusoides
hepáticos. Las membranas apical y basolateral de hepatocitos están
separadas por uniones intercelulares herméticas (zonas de oclusión) que
definen los canalículos. Sin embargo, estas uniones son relativamente
permeables, y permiten el paso de glucosa y otros solutos pequeños. (Hershel
y Levitzky, 2013).
32
Figura 7. Interrelaciones de los principales tipos de células que constituyen el
hígado. Los hepatocitos están dispuestos en placas unidas por uniones
intercelulares herméticas (zonas de oclusión), y sus membranas apicales
constituyen los canalículos biliares. Son segregados de los sinusoides llenos de
sangre por células endoteliales fenestradas sin una membrana basal, y por una
capa de tejido conjuntivo laxo conocida como el espacio de Disse. Las células de
Kupffer residen en la luz sinusoidal, mientras que las células estrelladas se
encuentran en el espacio de Disse. (Reproducida con autorización de Barrett KE:
Gastrointestinal Physiology. New York: Lange Medical Books/McGraw-Hill, Medical
Pub. Division, 2006.)
5.5.2. Células de kupffer
Las células de Kupffer surgen a partir de la línea de macrófagos, y revisten el
epitelio sinusoidal en el lado del torrente sanguíneo. Se cree que desempeñan
un papel importante en la defensa del huésped. Su ubicación es tal que están
expuestas a casi todo el flujo de sangre portal. (Hershel y Levitzky, 2013)
33
Las células de Kupffer también expresan receptores de superficie celular para
proteínas alteradas, como receptores de inmunoglobulina Fc que pueden
usarse para internalizar proteínas extrañas o microorganismos que han
quedado cubiertos con anticuerpos del huésped. (Hershel y Levitzky, 2013).
5.5.3. Endotelio sinusoidal
Las células endoteliales que revisten los sinusoides hepáticos tienen dos
propiedades características que las distinguen de las células endoteliales de
otros órganos del cuerpo. En primer lugar, están perforadas por poros
intracelulares grandes conocidos como fenestras, que tienen 100 a 200 nm de
diámetro. Éstas están diseñadas para permitir el paso de incluso
macromoléculas bastante grandes hacia afuera de la sangre, entre ellas
albúmina con ligandos unidos. En segundo lugar, las células epiteliales
sinusoidales en el hígado sano carecen de una membrana basal. Por ende, en
total el endotelio sinusoidal prácticamente no presenta una barrera para el
flujo de salida de albúmina y otras moléculas de tamaño similar desde el
espacio vascular. (Hershel y Levitzky, 2013).
5.5.4. Espacio de Disse
El espacio de Disse es una capa de tejido conjuntivo laxo que yace entre el
endotelio sinusoidal y la membrana basolateral de los hepatocitos. Muestra
permeabilidad notablemente alta al intercambio bidireccional de solutos entre
el flujo sanguíneo sinusoidal y los hepatocitos. Células estrelladas hepáticas
Las células estrelladas hepáticas, previamente también denominadas células
de Ito, son células en forma de estrella que residen en el espacio de Disse.
Desempeñan una función importante en el hígado normal al almacenar
diversos lípidos. Además, estas células son contráctiles, y quizá estén
34
involucradas en la regulación del diámetro sinusoidal. (Hershel y Levitzky,
2013)
Las células estrelladas también desempeñan un papel crucial en la lesión del
hígado al producir materiales de la matriz extracelular, como colágeno. Este
colágeno es depositado en el espacio de Disse, y altera la función hepática.
(Hershel y Levitzky, 2013).
5.6. VÍAS BILIARES Y VESÍCULA BILIAR
La tercera división funcional del hígado se relaciona con la producción de bilis y
el transporte de la misma hacia afuera del hígado y hacia la luz gastrointestinal.
En la figura 6 se describe la anatomía funcional del sistema biliar. La bilis drena
desde el hígado por medio de los conductos hepáticos derecho e izquierdo que
se unen para formar el conducto hepático común. Un conducto cístico desvía la
bilis para almacenamiento hacia la vesícula biliar. La anastomosis del conducto
hepático común y el conducto cístico forma el colédoco, que transfiere bilis
hacia el esfínter de Oddi. En un ámbito funcional, el sistema biliar puede
dividirse en cuatro componentes. En primer lugar, los canalículos, que están
compuestos de las membranas apicales adyacentes de pares de hepatocitos,
forman la secreción biliar inicial. Esta secreción a continuación es modificada
conforme fluye a lo largo de los conductillos biliares, que son análogos a los
conductos pancreáticos. Los conductillos están formados de células epiteliales
cilíndricas (colangiocitos), y absorben y secretan diversas sustancias hacia la
bilis y hacia afuera de esta última. Los conductillos están perfundidos por una
red capilar que surge a partir de la arteria hepática, más que a partir de los
sinusoides. Casi todo este plexo capilar alrededor de conductillos drena hacia
los sinusoides. El flujo en dicho plexo es en la dirección opuesta al flujo de bilis.
Los conductillos biliares de mayor tamaño diluyen la bilis y la alcalinizan, lo cual
de nuevo es análogo a la función de los conductos pancreáticos. Los conductos
biliares sirven simplemente como conductos para la bilis sin modificar de
manera importante su composición, salvo añadir moco. La secreción de moco
probablemente sirve para proteger el epitelio de los conductillos contra los
efectos de surfactante en potencia perjudiciales de la bilis misma. Por último,
35
entre las comidas la bilis es almacenada en la vesícula biliar, que es un saco
ciego revestido por células epiteliales que realizan absorciones intensas
enlazadas por uniones intercelulares herméticas bien desarrolladas. La vesícula
biliar no sólo sirve para almacenar bilis, sino que también la concentra. Empero,
la vesícula biliar no es esencial para la vida, y puede extirparse sin poner en
peligro la nutrición. (Hershel y Levitzky, 2013).
Figura 8. Anatomía funcional del sistema biliar. (Modificada con autorización de
Barrett KE: Gastrointestinal Physiology. New York: Lange Medical Books/ McGraw-
Hill, Medical Pub. Division, 2006.)
36
CAPITULO II
MATERIAL Y METODOS
1. LUGAR Y FECHA DE EJECUCION
El presente trabajo de investigación se realizó en el Bioterio y laboratorio del Área
de Fisiología Animal de la Escuela Profesional de Biología de la Facultad de
Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Dicho
trabajo se realizó durante los meses de enero a marzo del año 2017.
2. ANIMALES DE ESTUDIO O MATERIAL BIOLOGICO
Los animales de experimentación fueron 24 ratas albinas machos, Rattus
norvegicus variedad Sprague Dawley, con pesos corporales entre 200 y 250 g.
aproximadamente y, edades entre 3 a 6 meses. Distribuidas en 4 grupos de 6
ratas cada uno, estos animales fueron colocados en jaulas metálicas, se les
proporciono un alimento balanceado y agua potable “ad – libitum.”
3. MUESTRA
Se utilizó como muestra la sangre de la rata en ayunas. Utilizando la segunda gota
de sangre extraída después del corte de la cola de la rata. Se descartó la primera
gota para evitar riesgos de contaminación por factores externos.
4. EQUIPO REQUERIDO
Glucómetro TRUE MATRIX, mide la cantidad de azúcar en la sangre,
generalmente conocido como glucosa en la sangre. La sangre se aplica en la
abertura del canal absorbente de la tira de prueba y es llevada de forma
automática hacia la tira de prueba.
37
5. TIPO DE ESTUDIO
El presente trabajo es de tipo experimental, longitudinal prospectivo.
6. PROTOCOLO
Las ratas se adaptaron a las condiciones del ambiente durante 7 días. Se
separaron cuatro grupos de 6 individuos cada uno, se enjaularon por separado los
grupos, una semana antes de los tratamientos. Las ratas una vez ambientadas, se
pesaron y colocaron en jaulas (6 ratas por jaula), se las sometió a tratamientos con
diferentes dosis de cafeína (50, 75 y 100mg/kg/día), después se les extrajo sangre
para realizar la glucometría (medición de la glucosa utilizando un glucómetro). Al
finalizar el periodo de experimentación se sacrificaron las ratas y se le sometieron
a un estudio histopatológico de páncreas e hígado.
7. VARIABLES
VARIABLE INDICADOR ESCALA
INDEPENDIENTE
Cafeína
Dosis 0, 50, 75, 100 mg/Kg de peso.
Continua
DEPENDIENTE
Niveles de glucosa
0-600 mg/dl
Continua
38
8. DISEÑO EXPERIMENTAL
GRUPOS TRATAMIENTO DOSIS
ADMIISTRADA
N° DE ANIMALES
I CONTROL ---- 6
II Cafeína 50mg/kg/día 6
III Cafeína 75mg/kg/día 6
IV Cafeína 100mg/kg/día 6
TOTAL 24
Se administró por 28 días las dosis de acuerdo a los tratamientos respectivos.
9. PROCEDIMIENTO Y ANALISIS DE LABORATORIO
9.1. DOSAJE
Antes de empezar el tratamiento se hizo una prueba de Glucosa basal. Las dosis
de cafeína fueron administradas con ayuda de una sonda orogástrica.
39
Grupo Control: Se les administró agua y alimento “ad libitum”.
Grupo I: Cafeína 50 mg/día a partir de cafeína.
Grupo II: Cafeína 75 mg/día a partir de cafeína.
Grupo III: Cafeína 100 mg/día a partir de cafeína.
9.2. EXTRACCION DE LA MUESTRA DE SANGRE
La extracción de la muestra de sangre de las unidades de experimentación se
obtuvo de la cola de las ratas, cada siete días, después de iniciado el tratamiento,
para esto se diseñó una ficha donde se tomaron los datos obtenidos en la
glucometría (Anexo 1). Las muestras de sangre se obtuvieron de la siguiente
forma:
Figura 9. Extraccion de la muestra de sangre, paso 1. Se calienta la punta de la
cola con ayuda de la fricción de los dedos, frotando suavemente la cola hacia la
punta para que la sangre fluya fácilmente.
40
Figura 10. Extraccion de la muestra de sangre, paso 2. Se corta la punta de la
cola sin titubear con un bisturí
41
9.3. METODOLOGIA PARA LA DETERMINACION DE LA GLUCOSA
Para la medición de la glucosa se utilizó un glucómetro (TRUE METRIX®). La
prueba en humanos consta en hacer una punción al dedo para obtener la sangre,
en este caso se cortó la punta de la cola de las ratas y así se extrajo la muestra.
Se recibió la sangre en la tira reactiva previamente insertada en el glucómetro
digital (TRUE METRIX®) y este mostro los resultados a través de su monitor.
Figura 11. Glucometría. Determinación de la glucosa
9.4. PREPARACIONES HISTOLOGICAS
9.4.1. SACRIFICIO
Las ratas fueron sacrificadas, después de 28 días de tratamiento con
cafeína. Fueron colocadas en una campana de vidrio conteniendo algodones
con cloroformo, y una vez muertas se les extrajo hígado y páncreas para la
evaluación histológica.
42
Figura 12. Campana de vidrio
Se les abrió con un bisturí por la zona ventral y se procedió a obtener sus
órganos.
Figura 13. Corte con bisturí para extraer sus órganos.
43
9.4.2. TÉCNICA HISTOLÓGICA
Según el método de Harris (Lynch, 1969):
- Fijación.
El proceso de fijación, preserva los tejidos deteniendo la autolisis y a la vez
permite que los tejidos permanezcan sin cambios apreciables luego de
subsecuentes tratamientos. La fijación se hace inmediatamente después de
obtenerse los trozos de los órganos, ya que cualquier demora seca el tejido y
acelera la autolisis.
Las muestras se fijarán en Formol al 10% (formol) por 24 horas, seguidamente
se harán los cortes necesarios, los cuales tendrán un grosor de 3 a 5 mm., los
mismos que se colocan nuevamente en Formol al 10 % por 1 hora,
debidamente etiquetados o rotulados y que serán colocados en el
Autotecnichon.
- Deshidratación y Aclaramiento
Para remover toda el agua de las muestras (tejidos), se procederá con la
siguiente metodología:
Agua corriente, 1 hora
Alcohol 70%, 1 hora
Alcohol 80%, 1 hora
Alcohol 90%, 1 hora
Alcohol 95%, 1 hora
Alcohol 100%, 1 hora
Alcohol 100%, 1 hora
Aclaramiento
En Xilol puro I por 1 hora
En Xilol puro II por 1 hora
44
- Inclusión
Las muestras procedentes del Xilol II se sumergieron en recipientes con
parafina, este proceso de sumergir el tejido en una sustancia firme tal como
la parafina es el medio de inclusión utilizado con más frecuencia. Una vez
incluidos los tejidos en la parafina I se lleva la muestra a la estufa a una
temperatura de 60 °C por espacio de 1 hora se trasladará a parafina II,
también a temperatura de 60 °C por espacio de 1 hora y luego se procede
al bloqueo de las muestras.
- Corte.
Una vez extraídos los tejidos de la parafina, se procederá a la orientación e
inclusión de tejido en los moldes (Placas de Leukart) con parafina diluida
(caliente), para la orientación de la muestra se usarán las pinzas.
Los bloques formados se llevarán a refrigeración por espacio de 1 hora,
para endurecer la parafina lo cual favorece en el corte de las muestras, se
procede al corte mediante el micrótomo deslizante (Rotatorio American
Optical).
El corte de las muestras permite obtener "las cintas" de las mismas. Estas
cintas mediante pinzas se colocan en un flotador de tejidos (que contiene
agua caliente: Baño María 50 °C). El baño María extiende los cortes
histológicos (evitar la presencia de arrugas y aire atrapado); una vez bien
extendidos los cortes, estos se colocan en las láminas portaobjetos
recubiertas con albúmina de Mayer (que favorece la adhesión de los
cortes).
- Coloración con Hematoxilina - Eosina.
Para teñir los cortes histológicos adheridos en los portaobjetos se siguieron
los siguientes pasos:
45
Se empieza colocando las láminas portaobjetos en el Xilol (Xilol I) por 15
minutos para eliminar la parafina de los cortes; luego se pasa al otro
recipiente con Xilol (Xilol II) para completar la eliminación de la parafina.
Después las láminas se trasladan a los alcoholes de una batería de
hidratación:
Alcohol 100%, 1 minuto
Alcohol 100%, 1 minuto
Alcohol 95%, 1 minuto
Alcohol 90%, 1 minuto
Alcohol 80%, 1 minuto
Alcohol 70%, 1 minuto
Agua corriente, 1 minuto
Luego se procede a la coloración siguiendo los siguientes pasos:
Hematoxilina de Harris, 5 minutos
Agua corriente, 10 minutos
Agua destilada, 1 minuto
Eosina, 20 segundos
Alcohol 70%, 1 minuto
Alcohol 80%, 1 minuto
Alcohol 90%, 1 minuto
Alcohol 95%, 1 minuto
Alcohol 100%, 1 minuto
Alcohol 100%, 1 minuto
Xilol I , 1 minuto
Xilol II , 1 minuto
Finalmente se procederá al montaje (final de los cortes teñidos) usando
unas gotas de Bálsamo de Canadá y laminillas cubreobjetos. Se dejará
secar el bálsamo para luego hacer las evaluaciones correspondientes y
etiquetar las láminas.
46
9.5. Análisis estadístico
En primer lugar, se creará la base datos utilizando el paquete estadístico SPSS
versión 20.0 para Windows. Se describirán las variables incluidas en el estudio
utilizando media y desviación estándar para las variables cuantitativas. Los
datos se expresaron como promedios. Se aplicó la prueba de ANOVA para
establecer las diferencias significativas (p<0.05), se aplicó la prueba de
especificidad de Tukey.
47
CAPITULO III
RESULTADOS
1. EFECTO DE LA CAFEINA SOBRE EL NIVEL DE GLUCOSA
TABLA 1
DETERMINACION DE GLUCOSA BASAL EN Rattus norvegicus var. Sprague
Dawley
TRATAMIENTO CONC. DE
GLUCOSA
S (mg/dL)
F SIGNIFICANCIA
(p)
T I CONTROL 76.00 ± 10.32 0.553
T2 (dosis) 70.67 ± 4.41 0.718 (p>0.05)
T3(dosis) 71.33 ± 6.47 (N.S)
T4(dosis) 73.33 ± 4.93
En la tabla 1, se muestra las concentraciones promedio y desviaciones estándar
de glucosa basal en sangre de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, antes de la
administración de diferentes dosis de cafeína. También se muestra el estadístico
de Fisher (F= 0.718) de la prueba de comparación de ANOVA, el que indica que
no existen diferencias significativas (P>0.05), en la concentración de glucosa
basal.
48
TUKEY (a)
GRAFICO 1. DETERMINACION DE GLUCOSA BASAL EN Rattus norvegicus
var. Sprague Dawley. Se observa la prueba de comparación múltiple de Tukey,
nos muestra que los niveles de glucosa basal son estadísticamente iguales en
Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, de los diferentes grupos de
experimentación, antes de la administración de cafeína.
49
TABLA 2
DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CAFEINA (50,
75, 100mg/ kg/ día) A LOS 7 DÍAS DE TRATAMIENTO.
TRATAMIENTO NIVEL DE
GLUCOSA
(mg/dL)
F SIGNIFICANCIA
(p)
CONTROL (T1) 77.00±3.10 0.493
T2(50mg) 77.67±12.53 0.831 (p>0.05)
T3(75mg) 70.00±6.75 (N.S)
T4(100mg) 74.67±11.64
En la tabla 2, se muestra las concentraciones promedio y desviaciones estándar
de glucosa basal en sangre de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, a los 7
días de la administración de diferentes dosis de cafeína. También se muestra el
estadístico de Fisher (F= 0.831) de la prueba de comparación de ANOVA, el que
indica que no existen diferencias significativas (P>0.05), en la concentración de
glucosa a los 7 días de tratamiento.
50
TUKEY (a)
GRAFICO 2. DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE
CAFEINA (50, 75, 100mg/ kg/ día) A LOS 7 DÍAS DE TRATAMIENTO. Se
observa la prueba de comparación múltiple de Tukey, que indica que los niveles de
glucosa son estadísticamente iguales en Rattus norvegicus var. Sprague Dawley,
a los 7 días de la administración de cafeína.
51
TABLA 3
DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CAFEINA (50,
75, 100mg/ kg/ día) A LOS 14 DÍAS DE TRATAMIENTO.
TRATAMIENTO NIVEL DE
GLUCOSA
(mg/dL)
F SIGNIFICANCIA
(p)
CONTROL (T1) 77.33±4.59 0.180
T2(50mg) 74.33±10.48 1.798 (p>0.05)
T3(75mg) 73.00±3.22 (N.S)
T4(100mg) 68.33±6.77
En la tabla 3, se muestra las concentraciones promedio y desviaciones estándar
de glucosa basal en sangre de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, a los 14
días de la administración de diferentes dosis de cafeína. También se muestra el
estadístico de Fisher (F= 1.798) de la prueba de comparación de ANOVA, el que
indica que no existen diferencias significativas (P>0.05), en la concentración de
glucosa a los 14 días.
52
TUKEY (a)
GRAFICO 3. NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus norvegicus var. Sprague
Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CAFEINA (50, 75, 100mg/
kg/ día) A LOS 14 DÍAS DE TRATAMIENTO. Se observa la prueba de
comparación múltiple de Tukey que indica que la concentración de glucosa es
estadísticamente igual en Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, a los 14 días de
tratamiento.
53
TABLA 4
DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CAFEINA (50,
75, 100mg/ kg/ día) A LOS 21 DÍAS DE TRATAMIENTO.
TRATAMIENTO CONC. DE
GLUCOSA
S (mg/dL)
F SIGNIFICANCIA
(p)
CONTROL (T1) 78.33±5.39 0.000…
T2(50mg) 76.33±2.66 22.663 (p<0.01)
T3(75mg) 71.17±6.77 (A.S)
T4(100mg) 57.67±3.14
En la tabla 4, se muestra las concentraciones promedio y desviaciones estándar
de glucosa en sangre de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, a los 21 días de
la administración de diferentes dosis de cafeína. También se muestra el estadístico
de Fisher (F= 22.663) de la prueba de comparación de ANOVA, el que indica que
existen diferencias altamente significativas (P<0.01), en la concentración de
glucosa a los 21 días.
54
TUKEY (a, b)
GRAFICO 4. DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE
CAFEINA (50, 75, 100mg/ kg/ día) A LOS 21 DÍAS DE TRATAMIENTO. Se
observa la prueba de comparación múltiple de Tukey, la que indica la presencia de
dos grupos (a, b), siendo el tratamiento T4 (100mg/L de cafeina) el que presentó la
menor concentración de glucosa en Rattus norvegicus var. Sprague Dawley con
un promedio de 68.33 mg/dL (a), mientras que los tratamientos T2 y T3 fueron
estadísticamente iguales al control (b), a los 21 días de la administración de
cafeína.
55
TABLA 5
DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus norvegicus var.
Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CAFEINA (50, 75,
100mg/ kg/ día) A LOS 28 DÍAS DE TRATAMIENTO.
TRATAMIENTO CONC. DE
GLUCOSA
S (mg/dL)
F SIGNIFICANCIA
(p)
CONTROL (T1) 78.67±8.02 0.000…
T2(50mg) 78.33±1.37 33.824 (p<0.01)
T3(75mg) 72.33±3.39 (A.S)
T4(100mg) 55.33±2.73
En la tabla 5, se muestra las concentraciones promedio y desviaciones estándar de
glucosa basal en sangre de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, a los 28 días de la
administración de diferentes dosis de cafeína. También se muestra el estadístico de
Fisher (F= 33.824) de la prueba de comparación de ANOVA, el que indica que existen
diferencias altamente significativas (P<0.01), en la concentración de glucosa a los 28 días.
56
TUKEY (a, b)
GRAFICO 5. DETERMINACION DE LOS NIVELES DE GLUCOSA EN Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE
CAFEINA (50, 75, 100mg/ kg/ día) A LOS 28 DÍAS DE TRATAMIENTO. Se
observa la prueba de comparación múltiple de Tukey, la que indica la presencia de
dos grupos (a, b), siendo el tratamiento T4 (100mg/L de cafeina) el que presentó la
menor concentración de glucosa en Rattus norvegicus var. Sprague Dawley con
un promedio de 55.33 mg/dL (a), mientras que los tratamientos T2 y T3 fueron
estadísticamente iguales al control (b), a los 28 días de la administración de
cafeína.
57
2. ESTUDIO HISTOPATOLOGICO DE HIGADO
En la observación histológica del hígado para el grupo I (control) de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley se aprecia una citoarquitectura normal (figura 14).
Por el contrario, las dosis de 50, 75 y 100 mg/Kg/día de cafeína provoca
congestión vascular leve (figura 15) y moderado (figura 16 y 17); además
desarreglo arquitectural de los hepatocitos y dilatación de los sinusoides hepáticos
(figura 15 ,16 y 17)
FIGURA 14: Estructura de higado del Tratamiento 1 (control) de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley, Hematoxilina eosina ( 200X H/E).
Observamos: Vena porta (1), Vaso linfático (2), Arteriola hepática (3), Sinusoide
hepático (4) y Hepatocito (5).
58
FIGURA 15: Estructura de higado del Tratamiento 2 de cafeina (50mg /Kg/dia)
de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, Hematoxilina eosina (400X H/E).
Se observa ciertas alteraciones como: congestión vascular leve, desarreglo
arquitectural de los hepatocitos y dilatación de los sinusoides hepáticos.
Hepatocito (1), Sinusoide congestionada (2).
1
2
59
FIGURA 16. Estructura de higado del Tratamiento 3 con cafeina
(75mg/Kg/dia) de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley ( 400X H/E). Se
observa congestión vascular moderada, desarreglo arquitectural de los hepatocitos
y una clara dilatación de los sinusoides hepáticos. Hepatocitos (1) y Sinusoide
congestionado (2).
1
2
60
FIGURA 17. Estructura de higado del Tratamiento 4 con cafeina (100 mg/Kg/dia) de
Rattus norvegicus var. Sprague Dawley, Hematoxilina eosina ( 400X H/E). Se observa
congestión vascular moderada y dilatación de los sinusoides hepáticos (1), Alteración de
la citoarquitectura de los hepatocitos (2), Conductillo biliar (3), Arteria (4) y Hepatocito (5)
4
2
1
3
5
61
3. ESTUDIO HISTOPATOLÓGICO DE PANCREAS
En la observación histológica del páncreas para el Tratamiento I (control) de
Rattus norvegicus var. Sprague Dawley se aprecia una citoarquitectura normal
(figura 18).
Se observa que en los Tratamientos 2, 3, y 4 (50, 75 y 100 mg/Kg/día de cafeína)
no existe daño ni alteración en la citoarquiectura. (figura 19 ,20 y 21)
FIGURA 18. Estructura de pancreas de tratamiento 1 (control) de Rattus
norvegicus var. Sprague dawley, Hematoxilina eosina ( 200X H/E).
Observamos: (1) Islotes de Langerhans, (2) vaso sanguíneo, (3) acinos
pancreáticos, (4) conducto intercalar.
1
2
3
4
62
FIGURA 19. Estructura de pancreas de tratamiento de cafeina de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley con 50mg/Kg/dia de cafeina, Hematoxilina
eosina ( 400X H/E). No se encontró alteración en la citoarquitectura de páncreas.
63
FIGURA 20. Estructura de pancreas de tratamiento de cafeina de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley con 75mg/Kg/dia de cafeina, Hematoxilina
eosina ( 200X H/E). No se encontró alteración en la citoarquitectura de páncreas.
64
FIGURA 21. Estructura de pancreas de tratamiento de cafeina de Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley con 100mg/Kg/dia de cafeina, Hematoxilina
eosina (200X H/E). No se encontró alteración en la citoarquitectura de páncreas.
65
CAPITULO IV
DISCUSION
Se evaluó la acción crónica de la cafeína sobre los niveles de glucosa en sangre y
alteración histológica en hígado y páncreas de Rattus norvegicus variedad
Sprague Dawley, sometidas a 28 días de tratamiento.
En la tabla 1 y grafico 1 no se observó diferencia significativa (p>0.05) en los
niveles de glucosa encontrados en Rattus norvegicus variedad Sprague Dawley ,
que coinciden con los valores de referencia indicados por Shafrir et al. 1999 son
normales, lo que indica que se encuentra en igualdad de condiciones antes de
iniciar el tratamiento. Actualmente la rata es uno de los animales de mayor
preferencia para las intervenciones experimentales en Diabetes Mellitus y se utiliza
porque es fácilmente manipulable y por su alta capacidad de reproducción.
Además dicho mamífero comparte los niveles de glucosa similares al humano tal
como lo indica Shafrir et al. 1999.
Se pudo observar que el efecto de la cafeína depende de la dosis y el tiempo de
tratamiento al que se le somete al individuo, tal y como lo indica Denaro, 1990;
donde explica que el metabolismo de la cafeína es dependiente de la dosis y
dosificación repetida.
Se observó en la parte histológica, que hubo mayor alteración de la
citoarquitectura en hígado que en páncreas, provocando congestión y dilatación de
los sinusoides hepáticos y una alteración de la citoarquitectura de los hepatocitos,
en las 3 dosis (50mg, 75mg y 100mg). Al ser las ratas una especie en
acondicionamiento, estas al recibir las diferentes dosis de cafeína, su hígado no
metabolizo de manera óptima la cafeína ya que en el T2 Y T3 la glucosa se elevó,
esto se puede deber a que la eliminación de la cafeína del cuerpo ocurre
mayormente por metabolismo hepático, tal como lo indica Fuhr y Rust, 1994.
66
Por otra parte, el hígado desempeña un papel importante en el mantenimiento de
la concentración de glucosa en sangre dentro de límites normales esta información
la indica Denaro, 1990 esto se puede ver en la tabla 5 y grafico 5 donde hay una
disminución de glucosa en el tratamiento 4 a los 28 días, la cafeína provoca una
disminución significativa (p>0.01) en los niveles de glucosa, disminuyo hasta 55.33
mg/dl, en Rattus norvegicus var. Sprague Dawley lo cual coincide también con
Gramham et al. 2001; Feinberg et al. 2008 que dependiendo del consumo del café
(es decir, del número de tazas y la cantidad de café contenido en las mismas), se
ha reportado un efecto protector en enfermedades como Diabetes Mellitus tipo 2
(DM2).
También se observó que en páncreas no hubo alteración en su citoarquitectura lo
cual indica que no hubo problemas en el mecanismo de la insulina. Como dice
Costanzo, 2011, los aumentos en la concentración de glucosa en sangre estimulan
rápidamente la secreción de insulina. Por la preeminencia de la glucosa como
estimulante, se utiliza para describir el mecanismo de la secreción de insulina por
la célula β.
Tuomilehto et al. (2001; 2004) y Kagami et al. (2008) afirman que la cafeína podría
proteger a la célula β pancreática in vivo por su efecto antioxidante; previniendo su
disfunción y por lo tanto preservando las reservas de insulina. Además, por lo que
se conoce de los estudios básicos de la cafeína, esta disminuye la producción de
radicales libres, al tener una acción antioxidante.
67
CONCLUSIONES
1. La cafeína provoco diferencias significativas (p<0.01) que se evidenciaron a los 21
días de tratamiento en el Tratamiento 4 (100mg/Kg/día), donde la concentración
de glucosa en promedio fue de 57.67mg/dl y a los 28 días de tratamiento la
cafeína provoco diferencias altamente significativas (p<0.01) en el Tratamiento 4
(100mg/Kg/día), la concentración de glucosa disminuyo a 55.33 mg/dl, en Rattus
norvegicus var. Sprague Dawley.
2. La cafeína en dosis de 50, 75 y 100mg/Kg/día a los 28 días de tratamiento
provocaron congestión y dilatación de los sinusoides hepáticos y una alteración de
la citoarquitectura de los hepatocitos.
3. En concentraciones crecientes de cafeína, Tratamiento 4 (100mg/kg/día)
provocaron congestión vascular de leve a moderada en hígado, mientras que en
páncreas no se encontró daño histológico.
68
RECOMENDACIONES
Hacer estudios con distintos tiempos de administración de cafeína para determinar
el mínimo necesario para que exista el efecto crónico de la misma.
Investigar el efecto de la cafeína en casos como en ratas diabéticas, obesas y
genéticamente predispuestas a desarrollar la enfermedad.
Hacer una medición a la par de insulina en un próximo trabajo de investigación
para poder precisar cuánto aumenta o disminuye la hormona.
69
BIBLIOGRAFIA
BENOWITZ , NL. 1990. Clinical pharmacology of caffeine. Annual Review Medical.
CHATTERJEE, B. 2015. Green coffee bean extract – infuse obesity. International
journal of research and development.
CHERASKIN, E.; RINGSDORF, WM JR. 1967. effect of caffeine versus placebo
supplementation on blood-glucose concentration. Lancet.
CHERASKIN, E.; RINGSDORF, WM JR. 1968. Blood-glucose levels after caffeine.
Letters to the editor. Lancet. 1968.
COSTANZO, L. 2011. Fisiología Cuarta Edición, p. 430-435.
DENARO, CP.; BROWN, CR.; WILSON, M.; JACOB, P. III; BENOWITZ NL.
1990. Dose-dependence of caffeine metabolism with repeated dosing. Clinical
Pharmacological Therapeutics.
DONOVAN, JL.; DE VANE, CL. 2001. A primer on caffeine pharmacology and its
drug interaction in clinical psychopharmacology. Psychopharmacology Bulletin.
EGAWA, T.; HAMADA, T.; KARAIKE, X.; KAMEDA, N.; MASUDA, S.;
IWANAKA, N.; HAYASHI, T. 2010. Caffeine activates preferentially a1-isoform of
5 -amp –activated protein kinase in rat skeletal muscle. Acta physiologica.
FEINBERG, LJ.; SANDBERG, H.; DE CASTRO, O.; BELLET, S. 2008. Effects of
coffee ingestion on oral glucose tolerance curves in normal human subjects.
Metabolism.
70
FLAGG, T.; ENKVETCHAKUL, D.; KOSTER, J.; NICHOLS, C. 2010. Muscle
KATP Channels: recent Insights to energy sensing and myoprotection. American
Physiological society. Physiological Review.
FUHR, U.; ROST, KL. 1994. Simple and reliable CYP1A2 phenotyping by the
paraxanthine/caffeine ratio in plasma and in saliva. Pharmacogenetics.
GONG, H.; SIMMONS, MS.; TASHKIN, DP.; HUI, KK.; LEE, EY. 1986.
Bronchodilator effects of caffeine in coffee. Chest.
GRAMHAM, TE.; SATHASIVAM, P.; ROWLAND, M.; MARKO, N.; GREER, F.;
BATTRAM, D. 2001. Caffeine ingestion elevates plasma insulin response in
humans during an oral glucose tolerance test. Canadian Journal Physiological
Pharmacol.
HERSHEL, R.; LEVITZKY, M. 2013. Fisiología Medica: Un enfoque por aparatos y
sistemas, p. 575- 579
HIGDON, JV.; FREI, B. 2006. Coffee and health: a review of recent human
research. Crit Rev Food Science Nutrition.
HINO, A.; ADACHI, H.; ENOMOTO, M.; FURUKI, K.; SHIGETOH, Y.; OHTSUKA,
M.; KUMAGAE, S.; HIRARI, Y.; SATOH, A.; IMAIZUMI T. 2007. Habitual coffee
but not green tea consumption is inversely associated with metabolic syndrome: an
epidemiological study in a general Japanese population. Diabetes Research
Clinical Practice.
HORRIGAN, LA.; KELLY, JP.; CONNOR, TJ. 2006. Inmunomodulatory effects of
caffeine: ¿Friend or foe? Journal of Pharmacology and therapeutics.
INTERNATIONAL COFFEE ORGANIZATION, 2008. History coffee statistics,
London, UK.
71
KAGAMI, K.; MORITA, H.; ONDA, K.; HIRANO, T.; AND OKA, K. JPP 2008.
Protective effect of caffeine on streptozotocin-induced beta-cell damage in rats,
Journal of Pharmacy and pharmacology.
KEMPF, K.; HERDER, CH.; ERLUND, I.; KOLB, H.; MARTIN, S.; KOENING, W.
2010 Effects of coffee consuption on subclinical inflamation and other risk factors
for type 2 diabetes: A clinical trial. The american Journal of clinical nutrition.
NAWROT, P.; JORDAN, S.; EASTWOOD, J.; ROTSTEIN, J.; HUGENHOLTZ, A.;
FEELEY, M.; 2003. Effects of caffeine on human health. Fodd Addition
Contamination.
ROSS, GW.; ABBOTT, RD.; PETROVITCH, H.; ET AL. 2000. Association of
coffee and caffeine intake with the risk of Parkinson disease.
SANCHEZ, M. 2015. El café, la cafeína y su relación con la salud y ciertas
patologías
SHAFRIR, E.; ZIV, E. 1998. Cellular mechanism of nutritionally induced insulin
resistance: The dessert rodent Psamomys obesus and other animals in which
insulin resistance leads to determental outcome. Journal of Basic Clinical
Physiology and Pharmacology.
SHAFRIR, E.; ZIV, E.; MOSTHAF, L. 1999. Nutritionally induced insulin resistance
and receptor defect leading to B-cell failure in animal models. Ann New York
Academic Science.
TUOMILEHTO, J.; LINDSTROM, J.; ERIKSSON, JG.; ET AL. 2001. Prevention of
type 2 diabetes mellitus by changes in lifestyle among subjects with impaired
glucose tolerance. New England Journal of Medicine
72
TUOMILEHTO, J.; HU, G.; BIDEL, S.; LINDSTRÖM, J; JOUSILAHTI, P. 2004.
Coffee consumption and risk of type 2 DIABETES MELLITUS among middle-aged
finish men and women.
VAN DAM, RM.; HU, FB. 2005. Coffee consumption and risk of type 2 diabetes: a
systematic review.
ZHENG, D.; MCLEAN, P.; POHNERT, S.; KNIGHT, J.; OLSON, A.; WINDER, W.;
DHOM, G. 2001 Regulation of muscle GLUT -4 transcription by AMP- activated
protein kinase. Journal of Applicated Physiology.
73
PAGINAS WEB
1. https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/ICSA/article/view/3099/3089.
2. http://eca-ensenanzamedia-biologia.blogspot.com/2012/10/glucemia.html
74
ANEXOS
75
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS
FICHA DE RECOLECCION DE DATOS DE GLUCOSA
DATOS GENERALES:
DIA:
HORA:
SEMANA: 1 2 3 4
GLUCOMETRIA:
OBSERVACIONES:
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ESPECIMEN
1 ESPECIMEN
2 ESPECIMEN
3 ESPECIMEN
4 ESPECIMEN
5 ESPECIMEN
6
T1 (control)
T2
T3
T4
76
Resultados del ANOVA de las variables tomadas de los individuos de Rattus norvegicus var. Sprague Dawley.
Descriptivos
N Media Desviación estándar
Error estándar
95% del intervalo de confianza para la media
Mínimo Máximo Límite inferior Límite
superior
G1 CONTROL 6 76.0000 10.31504 4.21110 65.1750 86.8250 67.00 89.00
T2 6 70.6667 4.41210 1.80123 66.0364 75.2969 65.00 74.00
T3 6 71.3333 6.47045 2.64155 64.5430 78.1236 63.00 76.00
T4 6 73.3333 4.92612 2.01108 68.1637 78.5030 67.00 77.00
Total 24 72.8333 6.79940 1.38792 69.9622 75.7045 63.00 89.00
G2 CONTROL 6 77.0000 3.09839 1.26491 73.7484 80.2516 75.00 81.00
T2 6 77.6667 12.53262 5.11642 64.5145 90.8188 62.00 89.00
T3 6 70.0000 6.75278 2.75681 62.9134 77.0866 62.00 77.00
T4 6 74.6667 11.63901 4.75161 62.4523 86.8811 62.00 88.00
Total 24 74.8333 9.22033 1.88209 70.9399 78.7267 62.00 89.00
G3 CONTROL 6 77.3333 4.58984 1.87380 72.5166 82.1501 73.00 83.00
T2 6 74.3333 10.48173 4.27915 63.3334 85.3332 61.00 83.00
T3 6 73.0000 3.22490 1.31656 69.6157 76.3843 70.00 77.00
T4 6 68.3333 6.77249 2.76486 61.2260 75.4406 63.00 77.00
Total 24 73.2500 7.18846 1.46734 70.2146 76.2854 61.00 83.00
G4 CONTROL 6 78.3333 5.39135 2.20101 72.6755 83.9912 72.00 84.00
T2 6 76.3333 2.65832 1.08525 73.5436 79.1231 74.00 80.00
T3 6 71.1667 6.76511 2.76184 64.0671 78.2662 64.00 80.00
T4 6 57.6667 3.14113 1.28236 54.3703 60.9631 54.00 61.00
Total 24 70.8750 9.36837 1.91231 66.9191 74.8309 54.00 84.00
G5 CONTROL 6 78.6667 8.01665 3.27278 70.2537 87.0796 73.00 89.00
T2 6 78.3333 1.36626 .55777 76.8995 79.7671 76.00 80.00
T3 6 72.3333 3.38625 1.38243 68.7797 75.8870 68.00 75.00
T4 6 55.3333 2.73252 1.11555 52.4657 58.2009 52.00 58.00
Total 24 71.1667 10.59806 2.16332 66.6915 75.6418 52.00 89.00
77
ANOVA
Suma de cuadrados gl Media
cuadrática F Sig.
BASAL Entre grupos 103.333 3 34.444 .718 .553
Dentro de grupos 960.000 20 48.000
Total 1063.333 23
SEMANA 1
Entre grupos 216.667 3 72.222 .831 .493
Dentro de grupos 1738.667 20 86.933
Total 1955.333 23
SEMANA 2
Entre grupos 252.500 3 84.167 1.798 .180
Dentro de grupos 936.000 20 46.800
Total 1188.500 23
SEMANA 3
Entre grupos 1559.792 3 519.931 22.663 .000
Dentro de grupos 458.833 20 22.942
Total 2018.625 23
SEMANA 4
Entre grupos 2158.000 3 719.333 33.824 .000
Dentro de grupos 425.333 20 21.267
Total 2583.333 23
78
List of Chemicals with Activities Coffea arabica (Rubiaceae)
CHEMICAL ACTIVITIES REFERENCE
3,4-DICAFFEOYLQUINIC-ACID
Antioxidant Cancer-Preventive
Stitt, P. A. Why George Should Eat Broccoli. Dougherty Co, Milwaukee, WI, 1990, 399 pp.
3,5-DICAFFEOYLQUINIC-ACID
Antioxidant 10 uM Ohnishi, M., Morishita, H., Iwahashi, H., Toda, S., Shirataki, Y., Kimura, M., and Kido, R. 1993. Inhibitory Effects of Chlorogenic Acids on Linoleic Acid Peroxidation and Haemolysis. Phytochemistry. 36(3): 579-583. 1994.
ALLANTOIN
Antioxidant A.L.L. Hunting. Encyclopedia of Shampoo Ingredients. Micelle Press, Cranford NJ. 467 pp.
ALPHATOCOPHEROL
Antidiabetic Soumyanath, A. Ed. 2006. Traditional Medicines for Modern Times - Antidiabetic Plants. CRC Press, Taylor & Francis Group. Boca Raton, FL. 314 pp.
Antioxidant 5 x quercetin
Antioxidant IC34=10 uM
BETA-CAROTENE Leaf Antioxidant Pizzorno, J.E. and Murray, M.T. 1985. A Textbook of Natural Medicine. John Bastyr College Publications, Seattle, Washington (Looseleaf).
BETA-SITOSTEROL Seed
Antioxidant IC44=10 uM
Economic & Medicinal Plant Research, 5: 363.
Hepatoprotective Malini, T. and Vanithakumari, G. 1989. Rat Toxicity Studies With B-Sitosterol. Journal of Ethnopharmacology, 28: 221-234, 1990.
Hypoglycemic Ivorra, M.D., Paya, M., and Villar, A. 1989. A Review of Natural Products and Plants as Potential Antidiabetic Drugs. Journal of Ethnopharmacology, 27: 243-275, 1989.
CAFFEIC-ACID Leaf Antihepatoadenomic 200 ppm diet orl mus
Ohnishi, M., Morishita, H., Iwahashi, H., Toda, S., Shirataki, Y., Kimura, M., and Kido, R.
79
1993. Inhibitory Effects of Chlorogenic Acids on Linoleic Acid Peroxidation and Haemolysis. Phytochemistry. 36(3): 579-583. 1994.
Antihepatotoxic
Antioxidant 50 uM Ki Soon Rhee. Oilseed Food Ingredients Used To Minimize Oxidative Flavor Deterioration in Meat Products. Phenolic Compounds in Food and Their Effects on Health, Ch.18.
Antioxidant IC57=30 ppm Antioxidant 1/3 quercetin
Antioxidant 30 mM
Antioxidant 1.3 x Vit. E
Antioxidant 1/2 BHA
Hepatocarcinogenic 400 ppm diet orl mus (in the absence of alcohol)
Hepatoprotective Advance in Chinese Medicinal Materials Research. 1985. Eds. H. M. Chang, H. W. Yeung, W. -W. Tso and A. Koo. World Scientific Publishing Co., Philadelphia Pa., page 210.
Hepatotropic
CAFFEINE Seed Hypoglycemic Aloe Research Council - Duke writeup of non-peer reviewd book by Coats and draft by Henry
CHLOROGENIC-ACID Seed
Anticancer (Liver) Economic & Medicinal Plant Research, 6: 189
Antidiabetic Ohnishi, M., Morishita, H., Iwahashi, H., Toda, S., Shirataki, Y., Kimura, M., and Kido, R. 1993. Inhibitory Effects of Chlorogenic Acids on Linoleic Acid Peroxidation and Haemolysis. Phytochemistry. 36(3): 579-583. 1994.
Antioxidant IC53=200 ppm
80
Antioxidant IC80=12 uM
Antioxidant IC50=54.2 uM
Hepatoprotective Huang, K. C. 1993. The Pharmacology of Chinese Herbs. CRC Press, Boca Raton, FL 388 pp.
Hypoglycemic
CHOLINE Seed Antidiabetic Davies, S., and Stewart, A. 1990. Nutritional Medicine. Avon Books, New York. 509pp.
Hepatoprotective Newall, C. A., Anderson, L. A. and Phillipson, J. D. 1996. Herbal Medicine - A Guide for Health-care Professionals. The Pharmaceutical Press, London. 296pp.
CYANIDIN Plant Antioxidant ID50=3.5-22 uM
Lydon, J. & Duke, S., The potential of pesticides from plants, pp. 1-41 in Craker, L. & Simon, J., eds, Herbs, Spices & Medicinal Plants: Recent Advances in Botany, Horticulture, & Pharmacology, v. 4, Oryx Press, Phoenix, 1989, 267pp.
Antioxidant 4.4 x Vit. E
CYSTEINE Seed Antioxidant Jim Duke's personal files.
Antioxidant IC65=30 ppm
Economic & Medicinal Plant Research, 6: 235
Hepatoprotective 100 ppm
Aloe Research Council - Duke writeup of non-peer reviewd book by Coats and draft by Henry
FIBER Seed Antidiabetic
FIBER Leaf Antidiabetic
GAMMATOCOPHEROL Seed
Antioxidant 10-15 ug/g
Antioxidant IC43=10 uM
ISOCHLOROGENICACID Seed
Antioxidant Phenolic Compounds in Food and Their Effects on Health, 64.
ISOEUGENOL Seed Antioxidant IC79=30 ppm
LIGNOCERIC-ACID Seed Antihepatotoxic
81
LINOLEIC-ACID Seed Hepatoprotective
METHIONINE Seed Antihepatotic Jeffery B. Harborne and H. Baxter, eds. 1983. Phytochemical Dictionary. A Handbook of Bioactive Compounds from Plants. Taylor & Frost, London. 791 pp.
Antioxidant
NIACIN Seed Antidiabetic
Hepatoprotective
Hepatotoxic
Hypoglycemic
NIACIN Leaf Antidiabetic
Hepatoprotective
Hepatotoxic
Hypoglycemic
P-COUMARIC-ACID Plant
Antihepatotoxic Jeffery B. Harborne and H. Baxter, eds. 1983. Phytochemical Dictionary. A Handbook of Bioactive Compounds from Plants. Taylor & Frost, London. 791 pp.
Antioxidant IC24=30 ppm
Antioxidant 1/3 BHA
Antiperoxidant IC50=>100 uM
Planta Medica, 57: A54, 1991.
PECTIN Seed Hypoglycemic Joseph, J., Nadeau, D. and Underwood, A. 2001. The Color Code. Hyperion, NY.
SALICYLATES Seed Hyperglycemic Newall, C. A., Anderson, L. A. and Phillipson, J. D. 1996. Herbal Medicine - A Guide for Health-care Professionals.The Pharmaceutical Press, London. 296pp.
Hypoglycemic Newall, C. A., Anderson, L. A. and Phillipson, J. D. 1996. Herbal Medicine - A Guide for Health-care Professionals.The Pharmaceutical Press, London. 296pp.
SCOPOLETIN Seed Antihepatotoxic Bisset, N.G., ed. 1994. Herbal Drugs and Phytopharmaceuticals. CRC Press. Boca Raton, FL. 566 pp.
82
Antioxidant
Hepatoprotective Wichtl, M. 1984. Teedrogen. Ein Handbuch fur Apotheker und Arzte. Wissenschaftliche Verlagsgesellscharft. mbH Stuttgart. 393 pp.
Hypoglycemic Economic & Medicinal Plant Research, 6: 165
SPERMIDINE Seed Antioxidant
TANNIC-ACID Seed Hepatotoxic Huang, K. C. 1993. The Pharmacology of Chinese Herbs. CRC Press, Boca Raton, FL 388 pp.
THEOPHYLLINE Seed Hypoglycemic
TRIGONELLINE Seed Hypoglycemic 500-3,000 mg/man/day
Martindale's 28th