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RESUMEN
La oxidación de ácidos grasos genera la energía metabólica por el trifosfato de adenosina requerida por el cuerpo humano para sus actividades diarias. La deficiencia de carnitina por bajo consumo de carne y lácteos, así como por ayunos, no permite transportar ácidos grasos a las mitocondrias para su adecuada oxidación, inhibiendo el uso de la glucosa en la sangre. Esto genera gran cantidad de toxinas que se transportan al hígado, las cuales no puede desechar, causando daño a este órgano y con ello la generación de la hipoglucemia. Este padecimiento puede ocurrir en niños que no tienen el hábito de alimentarse por las mañanas con consecuencias de hiperactividad, nerviosismo, cansancio y mareos, principalmente.
Este estudio representa un análisis realizado en diez instituciones de salud pública, con el objetivo de conocer lo que le ocurre al hígado en sus procesos de altos niveles de toxinas que lo deterioran interna y externamente. La investigación se elaboró en dos partes:
a) Con análisis clínicos de tejidos de hígado en 100 pacientes infantes de la ciudad de Mexicali, ubicada en el noroeste de la República Mexicana
b) Se observaron muestras hepáticas a nivel nano escala con la técnica Auger de la parte externa del hígado.
Esto fue para conocer los posibles efectos de la generación de padecimientos que influyeran en infecciones que provocaran diabetes o cáncer de hígado.
Las microfotografías de las biopsias llevadas a cabo, mostraron los niveles de lesión en el hígado por la hipoglucemia, siendo un método de apoyo para determinar el estado del órgano y predecir consecuencias de salud graves. Además de las imágenes que indicaban por zonas los efectos de la inadecuada oxidación de ácidos grasos, se determinaron los elementos químicos que actúan sobre el hígado por espectroscopia de electrones Auger (EEA). También se obtuvieron niveles de pH de las áreas evaluadas obtenidas de las biopsias y de la saliva de sangre para detectar en un periodo temprano alguna complicación del mal funcionamiento de este órgano, pudiendo llegar a padecimientos de diabetes o cáncer. Este método de análisis, más detallado que los elaborados por microscopio óptico, conlleva a resultados más confiables.
PALABRAS CLAVE: Nanocorrosión, procesos metabólicos, hígado, hipoglucemia, infantes.
INTRODUCCIÓN
La oxidación de los ácidos grasos de cadena larga que produce acetil-CoA, es una fuente de energía importante en los organismos humanos, animales, bacterias y seres unicelulares y pluricelulares. Los electrones que se eliminan del proceso de la oxidación de los ácidos grasos son transportados a la cadena respiratoria que está en la mitocondria para generar la energía por medio del ATP (Adenosin Tri phosphate, Adenosin Trifosfato (ATF)). El acetil CoA-producido por el proceso oxidativo de los ácidos grasos, se oxida totalmente y es convertido a CO2 por medio del proceso del ciclo del ácido cítrico. Dependiendo el organismo el acetil CoA-es transportado a diferentes rutas metabólicas (Mathews et al., 2003).
En los seres vivos vertebrados incluyendo al ser humano, la acetil-CoA se convierte en cuerpos cetónicos (ocurriendo en las mitocondrias del hepatocito, en donde el acetil-CoA es convertido en acetoacetato o D-β-hidroxibutirato) en el sistema hepático. Este proceso ocurre para generar las fuentes de energía como combustibles metabólicos para una gran diversidad de tejidos del cuerpo humano. En los infantes este proceso metabólico, al igual que los demás, es muy importante, porque al estar en la etapa de desarrollo integral por medio de una adecuada nutrición, se requiere de gran cantidad de energía para sus actividades, y si alguna situación anormal ocurre, se generan efectos adversos en el sistema hepático (Devlin, 2004). Un ejemplo que se presenta en niños de 1 a 12 años, puede ser que cuando el cerebro utilice los cuerpos cetónicos, en ocasiones, en lugar de la glucosa como fuente de energía, se presenten funciones donde los ácidos grasos que no deben atravesar la barrera del sistema sanguíneo hepático, pudieran penetrar sin tener un control y con ello tener un síntoma de gravedad con un hígado graso. Como las moléculas de acetil CoA son condensadas a acetoacetil por la tiolasa (acetil- coA transferasa), siendo la operación contraria de la etapa final de la oxidación β, se debe tener la suficiente energía sino esta fase no se lleva a cabo adecuadamente. Esto hace que se desarrolle un proceso de la oxidación inadecuada en el sistema hepático, generando el fenómeno electroquímico de la corrosión en el hígado, dañándolo y originando síntomas desagradables en otros órganos y con ello desde enfermedades no graves hasta de emergencia.
En las funciones vasculares, la acetil-CoA es un precursor biosintético como agente emergente como segunda opción, siendo la principal la generación del combustible metabólico (Howorka et al., 2002). La acetil-CoA es una excelente fuente de energía cuando la concentración de glucosa en la sangre disminuye. Estos procesos son de importancia en el desarrollo integral de un infante para efectuar sus funciones motrices de manera adecuada y para evitar algún tipo de enfermedad. Los procesos de oxidación de los ácidos grasos varía dependiendo el sexo, tipo de alimentación y edad, principalmente, donde se generan en ocasiones padecimientos que la ciencia médica no puede explicar, y es entendida cuando se efectúan análisis a nivel microscópico y nanoscópico de los procesos que ocurren en el sistema hepático. Estos desarrollos metabólicos se entendieron mejor cuando se utilizaron técnicas novedosas para la purificación de enzimas y uso de radioisótopos controlados de manera eficiente.
Historia de la oxidación de ácidos grasos
A principios del siglo XX, los analistas de la ciencia médica, tenían grandes dudas del desarrollo de los ácidos grasos. Fue en 1904 que un bioquímico alemán llamado Franz Knoop, investigando los procesos celulares pudo obtener información de los ácidos grasos, utilizando trazadores metabólicos (sustancias que se introducen en un sistema como una célula u órgano humano con el fin de evaluar su evolución y con ello determinar las características físicas, químicas, biológicas, térmicas o de otro tipo que representen la función de estos sistemas). Knoop suministró a perros cierta cantidad de ácidos grasos modificados con un grupo fenilo, considerando que estas sustancias suministradas seguirían las mismas rutas metabólicas de un proceso normal (Cox et al., 2000).
Knoop notó que cuando el ácido graso era suministrado con cadenas de pares de carbonos, el producto de degradación final recuperado en la orina era el ácido fenilacético (compuesto orgánico formado por dos grupos funcionales: fenilo y carboxilo, siendo usado en la producción ilícita de fenostaleína con un olor desagradable, para la fabricación de metanfetaminas que ocasionan graves daños a la salud y siendo muy controlado por agencias médicas internacionales). Esto ocurre en el sistema hepático cuando se produce la oxidación de ácidos grasos de manera inadecuada, dando lugar a la corrosión en algunas zonas del hígado, lo cual tiene un efecto negativo en la salud (Kossoff et al., 2001).
Oxidación Beta
La oxidación beta (β) es un proceso catabólico de los ácidos grasos que tiende a eliminar un par de átomos de carbono por el desarrollo adecuado de la oxidación, llevándose a cabo hasta que los ácidos grasos se descomponen en moléculas, formando la acetil-CoA. El proceso se lleva a cabo en la mitocondria y con esto se forma la energía de ATP (Brismar et al., 2002).
El desarrollo de la oxidación beta (β) tiene cuatro reacciones fundamentales:
1. Oxidación por FAD (Flavin adenin dinucitedo). Se lleva a cabo la oxidación del ácido graso por la acetil CoA, dishidrogenasa. La enzima cataliza la formación de un doble enlace entre C-2 (carbono α) y C-3 (carbono β).
2. Hidratación. Es la siguiente del enlace entre C-2 y C-3, siendo una reacción detallada que forma un isómero.
3. Oxidación por NAD. Posteriormente se desarrolla el proceso L-3 –hidroxiacil CoA por el NAD+, convirtiendo al grupo hidroxilo (-OH) en un grupo cetona (=O).
4. Tiolisis. Por último, se separa la 3-cetoacil CoA grupo tiol de otra molécula de CoA. El tiol es insertado entre el C-2 y C-3.
En el proceso de la oxidación –β, al romperse la cadena de dos carbonos (unidas al CoA), se produce en cada ruptura una molécula de FADH2 (Flavin adenin dinucitedo con una molécula de hidrógeno), y una molécula de NADH + H+ (Nicotinamida Adenina Dinucleotido), facilita el cálculo de la cantidad de ATP generados cuando se oxida una molécula de acido graso. Tanto la FADH2 y la NADH+ se transportan a la cadena respiratoria, y los acetil CoA ingresan en el ciclo de Krebs donde generan GTP (Guanosin trisfosfato) y mas moléculas de FADH2 y NADH+. Conforme más larga sea la cadena de ácidos grados, mayor será la cantidad de ATP formado. El proceso explicado anteriormente de la oxidación β se muestra en la figura 1 (Endocrine Society, 2009).
Figura 1. Proceso de la oxidación β.
Fuente de la imagen: Biosíntesis de ácidos grados (http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/sintesis%20acidos%20grasos.html)
Oxidación alfa y omega
Se desarrolla como una ruta catabólica ciertos ácidos grasos que están ramificados como el ácido ftálico procedente del filol, teniendo un grupo metilo que está en el carbono-3 no permite el proceso catabólico por oxidación beta. Cuando se lleva a cabo el proceso de manera inadecuada, se generan enfermedades como la lipidosis hereditaria recesiva producida por un defecto de la enzima fitánico oxidasa, que impide la degradación del ácido fitálico y produce acumulación de células generando abscesos en los órganos como el hígado (Masharani 2007).
La oxidación omega (ω) es una ruta metabólica alternativa al oxidación β, donde se oxida el carbono que está más alejado del grupo carboxilo (carbono ω). Este proceso no tiene gran efecto en la oxidación de los ácidos grados, pero si la oxidación β se altera se pueden producir síntomas y malestares en el sistema hepático. Las enzimas de la oxidación ω, están localizadas en el retículo endoplásmico y en el citosol, que se encuentran en el hígado y en los riñones, en lugar de la mitocondria como ocurre con la oxidación β. En la oxidación ω la primera fase es la hidroxilación, posteriormente del grupo hidroxilo a aldehído por el NAD+ y por último la oxidación del grupo aldehído a un ácido carboxílico (Barzilai, 1999).
Hipoglucemia
Es un padecimiento que ocurre cuando se presenta un nivel de glucemia menor a 50 mg/ dL. Su diagnóstico se efectúa con base en síntomas como sudoración, ansiedad, temblor, taquicardia, palpitaciones, ansiedad de alimentarse y debilidad por falta de energía metabólica. Además se pueden presentar fatiga, síncope, cefalea, cambios de conducta y comportamiento, trastornos visuales y hemiplejía (Braunwald et al., 2001). Al ser la glucemia baja, el índice plasmático también lo es. Las personas que tienden más a padecerlo son a las que se les ha realizado la gastrectomía (eliminación de una sección parcial de tumores benignos en el estómago); la píroloplastia (se realiza para engrandecer el área interior del estómago (pírolo), originando que los contenidos estomacales se transporten al intestino delgado (duodeno)); o la vagotomía (intervención quirúrgica que se lleva a cabo en el tratamiento de la úlcera intestinal, desarrollada para evitar impulsos nerviosos que dañen el sistema estomacal y con ello el hígado que esta interconectado).
La generación de hipoglucemia aumenta el uso periférico de la glucosa secundaria a una concentración patológica de insulina en un plasma de origen endógeno y exógeno. Además se puede presentar una falla en la secreción de hormonas de contra regulación y la reducción en la producción de enzimas hepáticas de la glucosa por inhibición de las vías metabólicas involucradas en la glucogenólisis (Kasper et al., 2005).
Sistema hepático
Esta parte del cuerpo humano tiene funciones importantes, como los órganos con los que se relaciona como el estómago, y ocasiona el buen funcionamiento del desarrollo integral de los niños. El hígado secreta la bilis que contiene sales biliares y pigmentos biliares siendo un producto de la descomposición de la hemoglobina de los glóbulos rojos. Cuando el sistema que genera las sales biliares actúa adecuadamente, se generan exteriores anfipáticos, que emulsionan las grasas y causan su desintegración (Pal et al., 2004). Los monosacáridos, excepto la glucosa, son sustraídos por el hígado y convertidos en glucosa.
El sistema hepático es de los órganos más grandes del cuerpo humano, con un peso aproximado de 2500 g. En los niños, el hígado tiene un peso mayor y conforme se desarrolla su crecimiento disminuye un poco su tamaño. El sistema hepático es responsable de varias funciones en el cuerpo humano y de los animales, como el metabolismo de carbohidratos, lípidos, aminoácidos y proteínas. Cuando estas operaciones fallan, se puede generar citolisis-necrosis, disfunción celular, colestatis y cirrosis (Racek, 2003).
Hipoglucemia en niños
Es un padecimiento de complicación aguda en la diabetes insulinodependientes en niños, y es un factor importante en el desarrollo de enfermedades hepáticas. Hay tres grados de severidad: (1) leve, que es rara en niños o adolescentes con síntomas que se pueden soportar; (2) moderada, se requiere apoyo médico; y (3) severa, presenta inconciencia cerebral y convulsiones (Sprague et al., 2005).
La hipoglucemia se puede generar por alteración en la rutina diaria en niños, como puede ser alimentarse en horarios inadecuados, o por síntomas hereditarios de padres que ingieren alcohol en exceso. Uno de los principales tratamientos para reducir o eliminar síntomas de la hipoglucemia es el consumo de azúcares en los niveles requeridos por los especialistas médicos. Este padecimiento genera bajo rendimiento educativo a nivel jardín de niños y primaria, por somnolencias, falta de energía y falta de apetito para realizar las actividades.
El hígado genera la mayor parte de las moléculas para la formación de los tejidos y utiliza los que no pueden funcionar adecuadamente para reconstruirlos (Stumvoll, 1999). Es el órgano con mayor capacidad para la biotransformación de xenobióticos (compuestos químicos de origen animal por el consumo de carne) donde destacan las micotoxinas. En gran medida, lo hace a través de la bilis, pero puede modificar los compuestos de manera que, por su solubilidad sean fácilmente excretados en la orina.
La hipoglucemia en niños puede ocurrir por malos hábitos alimenticios (consumo de alimentos en horarios no adecuados, ausencia de ejercicio físico y consumo de alimentos ricos en grasa). La hipoglucemia en niños en la República Mexicana ha crecido en gran medida, siendo uno de los factores los malos hábitos alimenticios, que desequilibra el sistema inmunológico y ocasiona los efectos para el origen del padecimiento.
Metodología del estudio
El estudio se realizó desde el otoño del 2010 a la época de primavera del 2012, donde se mostró información importante para determinar la cinética en el proceso del sistema hepático. Se obtuvieron muestras hepáticas para determinar el proceso de corrosión ocurrido en el hígado de las 100 personas evaluadas, con procesos de cuatro horas antes consumir un alimento (en el desayuno, merienda y cena), cuatro horas después de la ingesta de un producto alimenticio, y durante actividades de ejercicio para conocer a detalle la función del sistema hepático, que tiene gran relación con otros órganos de importancia como el estómago, el corazón y los riñones, principalmente, así como el sistema sanguíneo.
La evaluación por épocas se correlacionó con los niveles de humedad relativa (HR) y temperatura para obtener información del comportamiento del sistema hepático, así como sus órganos relacionados en las diferentes épocas del año, que si existe una diferencia. El factor de humedad es de gran importancia en los procesos metabólicos, induciendo al incremento en el desarrollo de las funciones del cuerpo como la respiración con intercambios de oxigenación más rápidos.
Los niveles de corrosividad (NC) fueron mayores en épocas de verano e invierno con índices de HR superiores al 75%, y al presentarse estos valores de humedad, la temperatura varia constantemente, aun de pequeños rangos que fueron suficientes para observar los cambios de operación del hígado y el rendimiento de las personas en sus labores cotidianas (López Badilla et al., 2007). Uno de los aspectos que se observó, fue que el carácter de los niños influía en la generación de hipoglucemia, al provocarse somnolencia, falta de apetito y no tener energía suficiente para realizar actividades como ejercicio o de otro tipo que no sean de gran esfuerzo físico (López et al, 2011).
Resultados
La generación de hipoglucemia en niños de 1 a 12 años se presentó en todas las épocas del año, aunque en los periodos con niveles de HR mayores al 75% se presentaron índices mayores (López et al, 2010). Este padecimiento es grave si no se atiende de manera rápida y adecuada. El tipo de alimentación fue también factor clave al realizarse evaluaciones por zonas estratégicas de los diferentes niveles sociales (percepciones de sueldo mayor en 25%, 50%, 75% y 100% mayor al salario mínimo (SM)) y aun teniendo niveles económicos considerables para un buen cuidado de la salud, la ingesta de alimentos de parte de los niños influenciados por los padres y familiares cercanos era de productos alimenticios denominados “chatarra”, como se muestra en la tabla 1.
Tabla 1. Correlación de los niveles económicos sociales con tipo de alimentación, y generación y proliferación de la hipoglucemia en Mexicali (2010-2012)
Estabilidad económica de familiares: (I = > 25% del SM, II = > 50% del SM, III = 75% > del SM, I4 = 100% > del SM)
TA. Tipo de alimentación: AN (Alimentos nutritivos con fibra) y CCH (Comida chatarra ricos en grasa)
GYPHG (Generación y propagación de Hipoglucemia: nivel 1-N1 (detección de somnolencia y bajo nivel educativo en niños), nivel 2-N2 (falta de apetito alimenticio y de ejercicio físico) y nivel 3-N3 (necesidad de atención medica).
Las evaluaciones de la información obtenida de la tabla 1, muestran los índices a nivel porcentual de la relación de los sectores sociales de acuerdo a los salarios de las familias que permitieron realizar el análisis. El factor mencionado se correlacionó con el consumo de alimentos nutritivos o ricos en grasa y con la presencia de la hipoglucemia. Se observa que en la mayoría de las familias que dieron el acceso para el análisis en niños de 1 a 3 años y de 4 a 6 años, su estabilidad económica se mantuvo en el nivel III, mientras que en niños de 7 a 9 años y de 10 a 12 años, el nivel fue de IV, siendo evaluados en diferentes zonas de la ciudad de Mexicali y estratos sociales.
En todos los casos, los productos alimenticios que más se consumieron fueron los de comida “chatarra” (rica en grasa) con porcentajes mayores al 60%, y la presencia de hipoglucemia en la mayor parte en niños de 1 a 3 años y de 4 a 6 años fue mayor en el N1, y en niños de 7 a 9 años y de 10 a 12 años fue en la mayoría de los casos en el N2.
En niños de 1 a 3 años y de 4 a 6 años, la estación del año que tuvo un mayor efecto fue en primavera, y en niños de 7 a 9 años y de 10 a 12 años fue la de invierno. Los valores mencionados siguen en proceso de análisis para comprender el efecto de las variables analizadas y la relación entre ellas.
Una hipótesis es que en las dos épocas que tienen mayor porcentaje, según expertos médicos, nutriólogos y psicólogos, es porque el cerebro está vinculado con el hígado y estómago y éstos tienen un alto desgaste y se requiere de un consumo mayor al adecuado, principalmente por la comida “chatarra”. Con base en esto se desarrollaron análisis a micro escala para observar la cinética del proceso de la corrosión en el hígado de un paciente de hipoglucemia con autorización de los familiares.
Microanálisis del sistema hepático con índices de hipoglucemia
Los análisis estadísticos muestran niveles de correlación de interés, sólo que en algunos casos, y aun con las hipótesis de los expertos en las áreas mencionadas, se tienen algunas inquietudes que no se resolvían sin elaborar un microanálisis de muestras hepáticas, como el que se observa en las cuatro microfotografías 2a, 2b, 2c y 2d.
Las ilustraciones a micro escala representan el deterioro del hígado de un paciente con hipoglucemia y la presencia de corrosión, que generó un daño en un niño de 6 años; en el proceso del estudio se obtuvo información autorizada clínicamente y por familiares, de un tratamiento muy estricto y controlado para evitar alguna complicación grave en la salud del menor (9).
La figura 2a, que indica el análisis en la época de primavera, muestra el grave deterioro del hígado con segmentos del hígado desfigurado y propenso a la generación y propagación de otros síntomas de consecuencias más graves que la hipoglucemia como un padecimiento del riñón o cardiovascular que permaneciera por el resto de su vida. Las figuras 2b y 2c, que indican las épocas de verano y otoño, muestran el deterioro del hígado con la presencia de corrosión pero en menor grado que en primavera e invierno. La figura 2d representa un daño similar a una grieta en el hígado en la época de invierno.
Figura 2. Microanálisis de muestras hepáticas de un niño de 6 años con hipoglucemia en las épocas de: (a) primavera, (b) verano, (c) otoño e (d) invierno en Mexicali (2011).
Análisis de espectroscopia Auger
La evaluación a nivel nanoscópico de las muestras hepáticas analizadas de las imágenes que constituyen la figura 2, representan con mayor detalle la cinética del proceso de corrosión en el hígado del menor. Con esta técnica se obtuvo la composición química elemental de los productos de corrosión (10) en la zona hepática del infante evaluado, y apoyó a reforzar un poco más la hipótesis de los especialistas médicos, nutriólogos y psicólogos acerca de la necesidad, en ocasiones, de que si no nos alimentamos adecuadamente, el cuerpo requiere de productos alimenticios aun siendo de tipo “chatarra” con ciertas proteínas y vitaminas que el cuerpo humano necesita para su funcionamiento adecuado.
Las dos figuras 3a y 3b, representan los espectros Auger de las ilustraciones 3 y 4 que mostraron mayor efecto en la generación y proliferación de hipoglucemia en los infantes evaluados y los elementos que conforman las muestras. La tablas 2 y 3 indican los porcentajes de cada elemento contenido en las muestras evaluadas.
Figura 3. Análisis Auger de muestras hepáticas de un niño de 6 años con hipoglucemia en la época de primavera en Mexicali (2011).
Figura 4. Análisis Auger de muestras hepáticas de un niño de 6 años con hipoglucemia en la época de invierno en Mexicali (2011).
Tabla 2. Análisis elemental de los productos de corrosión de las muestras hepáticas en la época de primavera en Mexicali (2011).
Tabla 3. Análisis elemental de los productos de corrosión de las muestras hepáticas en la época de invierno en Mexicali (2011).
Las tablas 2 y 3 muestran los niveles porcentuales de los elementos químicos que forman los productos de corrosión, donde se indica que ambos análisis de MBE, el oxígeno fue el elemento con mayor valor porcentual, seguido del carbono, azufre, nitrógeno, potasio, calcio, magnesio y sodio. El O2 y C son por el CO2 que el equipo de la técnica Auger detectó de la atmósfera, al ser muy sensible y aun con las muestras muy bien aisladas.
CONCLUSIONES
Los análisis con las técnicas de MBE y EEA muestran a detalle lo que ocurre en pacientes infantes del padecimiento de hipoglucemia. Las hipótesis propuestas coinciden en algunos casos, pero es necesario continuar elaborando el estudio para comprender mejor la cinética de corrosión del hígado por este síntoma clínico, y con ello tomar las medidas y tratamientos necesarios que conlleven a mejorar la salud de los niños de las edades evaluadas. Esto contribuirá a tener un mejor carácter personal y aumentará su rendimiento tanto en escolar como en otras actividades que deseen realizar.
Otro aspecto que se debe tomar en cuenta es tener los periodos de tiempo requeridos para el consumo de alimentos de parte de los padres y familiares cercanos a los niños, para que tengan buena influencia en la actitud de los infantes y evitar la generación de cualquier enfermedad. Las microfotografías ilustran la corrosión por picaduras principalmente en las zonas del hígado analizadas del infante de 6 años, con síntomas de hipoglucemia que estaba en un periodo avanzado pero controlable. El estudio continua en proceso para determinar con mayor detalle la cinética del desarrollo de la corrosión y realizar propuestas con apoyo de expertos en medicina, nutrición y psicología para el mejoramiento de los tratamientos de hipoglucemia, antes de pasar a otra barrera que complique a otros órganos del cuerpo humano.
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