Rev Invest Clin 1999; 51: 293-302

Articulo de investigaci6n

Alteraciones en la sintesis de serotonina cerebral inducidas por diabetes mellitus insulino-dependiente *Gabriel Manjarrez-Guti6rrez, **Julia Rocio Herrera-Mdrquez, ***Anayansi Molina-Hern6ndez, ****Sandra Bueno-Santoyo, *Misael Gonz6lez-Rahirez, ***Jorge Herndndez-R

CHANCES OF BRAIN SEROTONIN SYNTHESIS IN RATS WITH DIABETES MELLITUS INSULIN-DEPEND Abstract Objective. Evaluate if the rats with diabetes mellitus insulin-dependent have a minor activity of the serotonergic biosynthetic pathway through the decrease of the free fraction of L-tryptophan in plasma. Methods. Diabetes mellitus was induced in rats, and the brain serotonergic biosynthetic activity was evaluated at 7, 14, and 21 days after streptozotocin administration. Results. The diabetic animals showed a general decrease in body weight. In plasma they had a decrease in the free fraction of L-tryptophan. Also, in the brain they show low levels of the amino acid, as well as decrease of the activity of the limiting enzyme tryptophan-5-hydroxylase and its product serotonin. Interestingly, the activity of the enzyme was higher in the brainstem from day 14, accompanied with an elevation of the neurotransmitter. Conclusions. The results confirm that diabetes mellitus insulin-depend induce chronic undernourishment.The low levels of L-tryptophan in blood of the diabetic animals suggest a minor transport of the aminoacid to the brain and a decrease in serotonin synthesis, in cerebral cortex and hypothalamus. Besides, during the evolution of the disease, the activity of tryptophan hydroxylase was elevated, independently of L-tryptophan concentration in the brainstem of diabetic animals, suggesting a different response according to the brain region and possibly a different Gunctional change, accompanied by an increase in the synthesis of the neurotransmitter. Key words. Diabetes mellitus insulin-depend. Brain. Serotonin. L-tryptophan. Tryptophan-5-hydroxylase Resumen Objetivo. Determinar si las ratas con diabetes mellitus insulino-dependiente tienen una menor actividad de la via serotoninergica a travbs de la medicidn de la fraccidn libre del L-triptdfano plasmdtico. Metodologia. Se utilizd el modelo de la administracidn de estreptozotocina en ratas para el desarrollo de diabetes mellitus

* Laboratorio de Neuroquimica del Desarrollo. Unidad de lnvestigacibn MCdica en Enfermedades Neurol6gicas, Hospital de Especialidades, Centro Medico Nacional Siglo XXI (CMN). lnstituto Mexicano del Seguro Social (IMSS).

'* Servicio de Endocrinologia, Hospital de Pediatria, CMN. IMSS. * * * Laboratorio de Neurontogenia, Departamento de Fisiologia, Biofisica y Neurociencias. Centro de Investigaci6n y de Estudios Avanzados del lnstituto Politecnico Nacional. Mexico, D.F. Escuela de Nutric~bn,Facultad. Ciencias Naturales, Universidad Autbnoma de Queretaro. Mexico. Reirnpresos: Dr Gabriel Manjarrez Gutikrrez. Laboratorio de Neuroquirnica del Desarrollo. Unidad de Investigaci6n Medica en Enferrnedades Neurolbgicas, Hospital de Especialidades CMN Siglo XXI, IMSS, Av. Cuauhternoc 330, Col. Doctores, Delegaci6n Cuauhtemoc. 06725 Mexico, D.F. Mexico. Tel (5) 627-69-00 Ext 4318. Fax 761-09-52.

**.I*

Recibido el 21 de diciernbre de 1998 y aceptado el 07 de julio de 1999.

Vol. 51INo. 51Septiernbre-Odubre, 1999

293

insulino-dependiente. A 10s 7, 1 4 y 21 dias se les deterrnin6 la actividad de la via serotoninergica. Resultados. El grupo diabetic0 mostr6 disrninuci6n del peso corporal y del nivel de L-tript6fano (libre, unido y total) en el plasma. En el tejido nervioso tarnbien se present6 disrninuci6n del nivel de L-triptbfano, de la serotonina y de la actividad de la tript6fano-5-hidroxilasa. Por el contrario, la actividad de la hidroxilasa estuvo alta en el tallo cerebral desde el dia 14, acornpaiiada de una elevaci6n de la sintesis de serotonina. Conclusiones. Se confirrna que la diabetes rnellitus insulino-dependiente produce una desnutrici6n cr6nica. La baja del L-tript6fano en la sangre sugiere que su ingreso al cerebro estd disrninuido y que hay una menor sintesis del neurotransrnisor, tal corno se dernostr6 en el cerebro de estos anirnales diabeticos. Sin embargo, el hecho de que la actividad de la tript6fano-5-hidroxilasa se eleva en el tallo cerebral, con un consecuente aumento de la sintesis de serotonina, nos permite plantear que existe cambio en la sintesis del neurotransrnisor dependiendo de la regibn, con las consecuencias funcionales respectivas.

Palabras clave. Diabetes rnellitus insulino-dependiente. Cerebro. Serotonina. L-tript6fano. Tript6fano-5-hidroxilasa.

lntroduccidn En la actualidad se acepta que la diabetes rnellitus insulino-dependiente (DMID) es el product0 de factores geneticos y ambientales, que desencadenan un proceso de autoinrnunidad que destruye las c6lulas p de 10s islotes del pdn~reas.l-~ Es el trastorno endocrino rnds frecuente en la infancia, su incidencia oscila entre 1011O5 niiios rnenores d e 18 aAos y predornina en el sexo r n a ~ c u l i n o . El ~ ,cuadro ~ clinic0 de la D M l D se hace evidente despu6s de que la destrucci6n de las celulas sobrepasa el 80%; en este momento, la sintesis de insulina es minima y no cubre las necesidades rnetab6licas que demanda el o r g a n i s r n ~ .Por ~ - ~ello, la D M l D es considerada corno un estado de carencia absoluta o relativa de insulina, que lleva a una incapacidad cr6nica para utilizar carbohidratos corno fuente de energia por las ~ 6 l u l a s ,ademds ~-~ de disrninuir la sintesis de proteinas y de grasas.'jj7 Por otro lado, la ausencia de insulina en el organism0 produce un bloqueo de la captaci6n y metabolisrno de glucosa por las c6lulas, acornpafiado de hiperglicernia y de gluconeogenesis e l e ~ a d a , ~ asi -~ corno de rnovilizaci6n de las grasas de 10s tejidos perifericos, por lo que en la sangre aumentan 10s lipidos totales, el colesterol, 10s 6cidos grasos libres y 10s cuerpos cet6nic0s.~,~ La lipblisis, la deshidrataci6n por la glucosuria y la poliuria hacen que el balance energetic0 sea negativo y se produzca desnutrici6n cr6ni~a.~,~,~Tarnbien se ha observado que 10s diabeticos tienen una elevaci6n de la concentraci6n de un importante grupo de aminodcidos neutros: valina, leucina, isoleucina, tirosina y fenilalanina.1° Sin embargo, todos estos carnbios son de orden

P

La Revista de Investigaci6n Clhica

general y no se sabe si tienen una repercusi6n sobre el rnetabolisrno y la funci6n del sistema nervioso central. Dado que se altera la disposici6n de arninodcidos neutros, que se sabe compiten con el Ltript6fano a nivel de 10s capilares de la barrera hernato-encef6lica para pasar al cerebro11,12y favorecer la sintesis de algunos importantes neurotransrnisores, es probable que la D M l D afecte tarnbien a sisternas de neurotransrnisidn y grupos neuronales especificos, corno es el caso del sisterna serotoninergico cerebral. Una parte irnportante del sisterna serotoninergico en la rata se localiza en el tallo cerebral, sus prolongaciones ax6nicas inervan diversas dreas del encefalo y de la rnedula espinal.13,14Su actividad se ejerce a travks de la 5-hidroxitriptarnina (5-HT, serotonina) que, adern6s de su funci6n corno neurotransrnisor, participa en 10s procesos de diferenciaci6n del tejido nervioso y en la rnodulaci6n de su propia sinte~is.'~-"La serotonina se ha relacionado tambien con otras funciones cerebrales corno la regulaci6n de 10s ciclos de suefio y vigilia,18 de la terrnorreguIa~i6n,~~ del comportarniento sexual,20 de la liberaci6n de hormonas hip~fisarias,~' en aspectos psicoern~cionales,~~ en la modulaci6n de dolor,23en la conducta alimentaria24y se le ha relacionado tambien con diferentes tip0 de cornportarniento pera ante.^^ En la membrana celular regula la funci6n de la bomba Na+ y K+ ATPasa en astrocitos cerebrales, irnportante en el equilibrio cati6nico y la regulaci6n del potencial de mernbrana en las n e u r o n a ~ . ~ ~ , ~ ' Existe evidencia experimental que sustenta que el precursor metab6lico de la sintesis de 5-HT cerebral es el L - t r i p t 6 f a n 0 . ~fste ~ ~ es ~ ~un

Serotonina cerebral y diabetes mellitus

295

aminodcido esencial en el organismo, se encuentra en fue el control (C). A 10s tres grupos se les aliment6 el plasma en dos fracciones, el 90% se une a la con un regimen de nutrici6n y agua a d libitum. albljmina y el 10% restante se encuentra en forma A 10s siete, 14 y 21 dias, ratas de 10s tres grupos libre (FL).30La relaci6n que guardan estas dos experimentales (D, CE y C) fueron sacrificadas por fracciones es la que determina que la FL ingrese al luxacibn cervical. Se obtuvo el encefalo, se les cerebro a traves de la barrera hematoencefdlica, para disec6 el tallo cerebral, el hipotdlamo y la corteza estimular o disminuir la sintesis de 5-HT.28,29Una cerebral de acuerdo a 10s lineamientos del atlas vez que el L-triptbfano se encuentra en las neuronas del cerebro de rata.38Los tejidos fueron colocados serotoninergicas, de inmediato es hidroxilado en su en una soluci6n amortiguadora apropiada para posicidn cinco por la tript6fano-5-hidroxilasa cada ensayo bioquimico: actividad de la TrpOH, (T~POH).~' El 5-hidroxitriptbfano formado es asi como las concentraciones de L-tript6fano y de descarboxilado por la descarboxilasa de 10s la 5-HT. Ademds, se les tom6 sangre en tubos de aminodcidos aromdticos para producir ~ e r o t o n i n a . ~ ~ borosilicato con un anticoagulante ACD (citrato de Hasta el momento existe discrepancia acerca de sodio, dcido citric0 y dextrosa), amortiguada con 10s cambios que la D M l D produce en la sintesis de una soluci6n de tris acetato 50 mmol, p H 7.4. serotonina cerebral. Algunos reportes han seiialado Inmediatamente, las muestras de sangre fueron que hay una disminuci6n de la concentraci6n del colocadas a temperatura ambiente y protegidas L-tript6fano en el plasma, una elevaci6n de 10s del oxigeno atmosf6rico. Aproximadamente una aminodcidos neutros (AAN) y un decrement0 de la hora despues, fueron centrifugadas a 600 g, durante tres minutos. Del plasma separado se relaci6n de la FL/AAN;33,34ademds de una disminuci6n de las concentraciones del L-tript6fano tomaron 5 pL para glucosa; 100 pL para la determinacibn de L-triptbfano libre; 1 0 pL para el y de la 5-HT en el ~ e r e b r o . Otros ~ ~ , ~autores ~ han observado un aumento de la sintesis de 5-HT L-tript6fano total, 25 pL para albljmina y 50 pL cerebral36y tambien ha sido propuesto que la D M l D para dcidos grasos libres. Todas las determinaciones fueron realizadas por duplicado. no produce cambio alguno en el metabolismo de la sintesis del neurotran~misor.~' Para disminuir la variaci6n circadiana, la En este trabajo planteamos que la D M l D obtenci6n de la sangre y la disecci6n del tejido produce una disminuci6n de la concentraci6n FL del nervioso siempre se realiz6 entre las 9:00 y 11 :00 L-tript6fano plasmdtico disponible para la sintesis horas. Ademds se determin6 el peso corporal. Ensayos bioquirnicos. El L-triptbfano en el de la 5-HT por las neuronas serotoninergicas, con depresidn de la via biosintetica y niveles plasma y en el tejido nervioso se determin6 por el disminuidos del neurotransmisor en la corteza metodo espectrofluorom~tricode Denkla y Dewey,39 cerebral, tallo cerebral e hipot6lamo. modificado por Bloxam y Warren.40La actividad de la TrpOH se midi6 por el metodo Material y rnetodos espectrofluorom~tricode G61 y Patter~on.~' La 5-HT cerebral se midi6 por el m6todo espectrofluorometrico descrito por Curzon y Se utilizaron 80 ratas macho, cepa Wistar de 250 Green.42La alb~jminadel plasma se cuantific6 k 10 g de peso. Fueron mantenidas en condiciones mediante el metodo espectrofotom6trico de Doumas ambientales estdndar durante dos semanas (22 + y c o l a b o r a d o r e ~Los . ~ ~dcidos grasos libres se 2"C, periodos normales de luz y oscuridad de 12 horas, humedad relativa de 50 a 60%) y la midieron por el metodo espectrofotomi.trico de Falholt y a s o ~ i a d o s La .~~ glucosa en el plasma se manipulaci6n fue minima. determin6 por el metodo espectrofotometrico de Las ratas fueron distribuidas en tres grupos: el primer0 formado por ratas diab6ticas (D), glucosa o x i d a ~ a . ~ ~ AnPlisis estadistico. Se realizaron medidas de secundario a la administraci6n de estreptozotocina tendencia central; el andlisis de varianza mostr6 !STZ) por via intraperitoneal, a raz6n de 75 mglkg homogeneidad de 10s datos y para la comparaci6n de peso diluido en una solucibn amortiguadora de entre ellas se efectu6 ANOVA de dos vias y para la citrato 0.1 M, p H 4.5. El segundo lo form6 el significaci6n entre 10s grupos se emple6 la prueba t control de estres (CE), al cual solamente se le de Student para grupos de datos independientes, administrd el vehiculo y se efectuaron todas las aceptando diferencias significativas de p < 0.05. manipulaciones hechas al grupo D y el tercer grupo Vol. 51/No. 5lSeptiembre-Octubre, 1999

296

Manjarrez-Gutierrez G y cols

Resultados Nuestros resultados muestran que las ratas diabeticas tuvieron aumento significativo de la glucosa plasmhtica a partir del s6ptimo dia de la aplicaci6n de la STZ en comparaci6n con el grupo C (p < 0.001). El mismo aumento se observd en el grupo CE (p < 0.05); sin embargo, el aumento fue mayor en el grupo diabetic0 en relacidn con el grupo CE (p < 0.001) y se hace notar

que el grupo D, mostr6 un aumento significativo de la concentraci6n de glucosa en relaci6n con el tiempo de evoluci6n de la enfermedad en comparacidn con 10s grupos CE y C (p < 0.001) (Cuadro 1). El peso corporal fue significativamente menor en el grupo diabetic0 desde el dia septimo de la aplicaci6n del t6xico (p < 0.05); el deficit fue de 16, 37 y 56% a 10s 7, 14 y 21 dias, respectivamente, en comparaci6n con 10s grupos CE y C (Cuadro 2).

Cuadro 1. Concentraci6n de glucosa en el plasma de ratas diabeticas (D), control de estres (CE) y controles (C).

Dias posaplicacion de estreptozotocina

1 7 14 21

C

5.78 5.70 5.76 5.50

t 0.15 t 0.1 1 2 0.47

t 0.36

CE

5.56 t 0.15 6.94 2 0.22 * 6.50 t 0.20 * 6.70 -t 0.10 *

D

5.60 t 0.1 3 18.50 t 0.43 35.00 t 0.62 35.44 t 1.74

'

Valores promedio (mmol/L) t desviaci6n estdndar de 16 experimentos por duplicado. * p < 0.05; < 0.001; C vs CE, C vs D; F= 196.1, DFn = 6, DFd = 36. ANOVA de dos vias y t Student.

Cuadro 2. Peso corporal de ratas diabeticas (D), control de estres (CE) y controles (C).

Dias posaplicacidn de estreptozotocina

1 7

14 21

C

CE

255.0 t 2.50 277.3 5 4.80 302.5 t 2.40 346.8 t 3.59

255.0 2 2.50 277.8 t 4.35 300.8 t 3.93 342.5 t 5.80

D

252.0

-t

2.50

232.1 t 4.10 * 190.0 t 3.80 151.6 t 2.20

'

Valores promedio (gramos) t desviaci6n estdndar de 32 animales. * p < 0.05, < 0.001; C vs D; F = 15.82, DFn = 6, DFd = 36, ANOVA de dos vias y t Student

Cuadro 3. Concentraci6n de alblimina en el plasma de ratas diabeticas (D), control de estr6s (CE) y controles (C).

Dias posaplicaci6n de estreptozotocina

C

CE

1 7 14

4.55 t 0.12 4.50 t 0.10 4.64 + 0.28

21

4.60 t 0.23

4.50 t 0.1 2 4.49 t 0.1 1 4.60 t 0.20 4.57 t 0.1 3

Valores promedio (g/dL) -t desviaci6n esthndar de 16 experirnentos por duplicado. * p < 0.05, < 0.001; C vs D; F = 58.23, DFn = 6, DFd = 36, ANOVA de dos vias y t Student.

La Revista de Investigaci6n Clinica

D

4.45 t 0.20 4.15 t 0.1 3 * 3.93 3.16

+ 0.15 + 0.16"

Serotonina cerebral y diabetes mellitus

297

Cuadro 4. Concentracidn de 6cidos grasos libres en el plasma de ratas diab6ticas (D),control de estres (CE)y controles (C).

Dias posaplicaci6n de estreptozotocina

C

1

0.319 -t 0.013

0.01 1

0.315 2 0.012

7

0.329

+ 0.019

0.326 2 0.010

0.410 t 0.040'

14

0.349 t 0.01 1

0.333 -t 0.013

0.528 t 0.048

21

0.320 t 0.016

0.323 t 0.014

1.283 t 0.061

D

CE 0.309

-1-

Valores promedio (mmol/L) t desviaci6n estdndar de 16 experimentos por duplicado. * p < 0.05, < 0.001 ; C vs D; F = 141.2, DFn = 6, DFd = 24, ANOVA y t Student.

En cuanto a la albirmina plasmdtica, existid una disminuci6n significativa en el grupo D en comparacidn con 10s grupos CE y C durante todo el estudio (P < 0.05); de la misma manera que el peso corporal, la concentracidn de albirmina mostr6 un descenso significativo en relaci6n con el tiempo de evoluci6n de la aplicaci6n de STZ en comparacibn con 10s grupos CE y C (p < 0.001) (Cuadro 3). La concentraci6n de dcidos grasos libres en el plasma mostr6 una elevaci6n significativa en el grupo D a partir del dia septimo en comparaci6n con 10s

1

A) libre

B) Unido

mCE

=D

~

mC

C

grupos CE y C (P < 0.05). Adembs, estos animales diabeticos mostraron un increment0 significativo de este parbmetro en relaci6n con el tiempo de la evoluci6n de la DMlD (p < 0.001) (Cuadro 4). Uno de 10s pardmetros bioquimicos m5s importantes que se midi6 en el presente trabajo fue la concentraci6n del L-tript6fano en el plasma. En lo que respecta a las fracciones libre y unida a albirmina del aminodcido, el grupo diabetic0 mostr6 un descenso significativo a partir del dia septimo de la aplicaci6n de STZ en comparacidn a 10s grupos CE y C (p < 0.05). Ademds, 10s animales diabeticos, tuvieron tambien una disminucidn significativa de la concentraci6n del L-tript6fano total en relaci6n con 10s grupos CE y C durante todo el estudio (P < 0.001) (Figura 1). El grupo D mostr6 un descenso significativo de la concentraci6n del L-tript6fano en tallo cerebral,

BC E

Dias posaplicacidn de estreptozotocina

1

7

14

21

Dias posaplicacidn de estreptozotocina

Figura 1. L-tript6fano en el plasma de ratas diabeticas D, control de estres CE y controles C. Valores promedio r dtsviaci6n estdndar de 16 experimentos por duplicado. A: F = 9.63, DFn = 6, DFd = 36; B: F = 52.09, DFn = 6, DFd = 36; C: F = 44.62, DFn = 6, DFd = 33. * p < 0.05, < 0.001. ANOVA de dos vias; t Student.

Vol. 51fNo. SfSeptiernbre-Octubre, 1999

298

Manjarrez-Cutr6rrez C y cols

hipottilamo y corteza cerebral a partir del s6ptimo dia de la aplicacidn de STZ en comparacidn con 10s grupos CE y C (P < 0.05) y se hace notar que la disminuci6n del aminoticido fue mayor al dia 21 de la evoluci6n de la enfermedad de estos animales diabeticos (P < 0.001) (Figura 2).

1

0.75

A) Corteza cerebral

A) Corteza cerebral

1.5

B) Tallo cerebral

r

1

B) Tallo cerebral

Dias posaplicacibn de estreptozotocina

Figura 3. Actividad de la triptbfano-5-hidroxilasa en el cerebro de ratas diabeticas D, control de estr6s CE y controles C. Valores promedio r desviacibn estdndar de cuatro experlmentos por duplicado. A: F = 27.21, DFn = 6, DFd = 42.27; B: F = 31.21, DFn = 6, DFd = 23.57. *p < 0.05, < 0.001. ANOVA de dos vias; t Student.

Dias posaplicacibn de estreptozotocina

m~ ~

C

m~ E

Figura 2. L-triptbfano en el cerebro de ratas diabeticas D, control de estres CE y controles C. Valores promedio 2 desviacibn estdndar de cuatro experiment05 por duplicado. A: F = 2.61, DFn = 6, DFd = 36; B: F = 15.87, DFn = 6, DFd = 36; C: F = 6.82, DFn = 6, DFd = 36. * p < 0.05, a < 0.001. ANOVA de dos vias; t Student.

La Revista d e Investigaci6n Clinica

Con respecto a la actividad especifica de la TrpOH, expresada en nmoles de 5-hidroxiindoles/mg de proteinalh, el grupo D mostrb un descenso significativo de la actividad de la enzima en la corteza cerebral a partir del septimo dia en comparaci6n con 10s grupos CE y C (p < 0.05). La misma disminucibn fue observada en el tallo cerebral al septimo dia en estos animales diab6ticos (p < 0.05). AdemAs, 10s grupos D y CE tuvieron un aumento significativo de la actividad de la TrpOH en el tallo cerebral a partir del dia 14 de la aplicaci6n de STZ (p < 0.05). Sin embargo, la actividad de la enzima en el grupo diabetic0 siempre estuvo significativamente m5s alta en comparacibn con 10s grupos CE en 10s dias 14 y 21 del estudio Ip < 0.001) (Figura 3). En cuanto a la concentracibn de 5-HT en el cerebro, el grupo D tuvo un descenso significativo de la sintesis de serotonina en el

Serotonina cerebral y diabetes mellitus

hipotdlamo y en la corteza cerebral en relaci6n con 10s grupos CE y C (p < 0.05). La rnisma disrninuci6n se observ6 al septimo dia de la aplicaci6n de la STZ en el tallo cerebral de 10s diabeticos (p < 0.05) y, de la misrna forrna que la actividad de la TrpOH, se apreci6 un aurnento significativo de la concentraci6n de 5-HT en el tallo cerebral de 10s grupos D y CE a partir del dia 14 de la aplicaci6n de la STZ en cornparacidn con el grupo C (p < 0.001 ). Sin embargo, es importante hacer notar que el aumento de 5-HT observado en el tallo cerebral de 10s diabeticos siempre fue mayor que la del grupo CE a 10s 14 y 21 dias de la evoluci6n de la D M l D (p < 0.001) (Figura 4).

299

la FL causado por 10s dcidos grasos libres, n o parece haber sido significativo ya que la FL se mantuvo significativarnente disrninuida durante la evoluci6n de la DMID. La hip6tesis del presente trabajo fue que la D M l D produce decrement0 en la sintesis de

1

A) Corteza cerebral

Los hallazgos del presente trabajo confirman que la STZ produce una elevaci6n de la glucosa en la sangre, debido a la ausencia de insulina B) Tallo cerebral circulante, que a su vez es el resultado de la lo destrucci6n de mds del 80% de las celulas P de 10s islotes del pAncreas, por lo tanto se produce DMID.46AdemAs, 10s resultados del peso corporal y la concentraci6n de albljrnina en el plasma observados en 10s anirnales diabeticos apoyan el que durante la evoluci6n de la enferrnedad se produce una desnutrici6n crbnica, probablernente secundaria a la falta de utilizaci6n de 10s nutrirnentos por las c6lulas del o r g a n i ~ r n o . ~ , ~ Por otra parte, el deficit de insulina en 10s diabeticos produce u n estado rnetab6lico similar al que se ha observado durante el period0 d e harnbre, existe una disminuci6n de la sintesis de gluc6gen0, proteina y grasa, la captaci6n de glucosa por la c6lula esta bloqueada y, a pesar de existir hiperglicernia, se produce una gluconeogenesis a partir de 10s a r n i n o d c i d o ~ . ~ - ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Adernds, la grasa de 10s tejidos perifericos se rnoviliza y existe un aumento de 10s lipidos totales, el colesterol y 10s dcidos grasos lib re^.^,^^ En este estudio observarnos increment0 en la concentraci6n de dcidos grasos libres en el Dias posaplicaci6n de estreptozotocina plasma de 10s animales diabeticos. Esto confirma que la insulina es la principal horrnona que ~ C mE c participa en la regulacidn de la sintesis de grasa en el organisrno. Sin embargo, aunque se sabe Figura 4. 5-hidroxitriptamina en el cerebro de ratas diabeticas D, control de estres CE y controles C. Valores promedio .t que 10s dcidos grasos libres cornpiten con el Ldesviaci6n estindar de cuatro experimentos por duplicado. tript6fano para unirse a la albljrnina en el plasma, A: F = 2.66, DFn = 6, DFd = 36; B: F = 210.7, en nuestro laboratoriosohernos visto que s610 lo DFn = 6, DFd = 36; C: F = 7.45,DFn = 6,DFd = 36. *p < 0.05, < 0.001 ANOVA de dos vias; t Student. hacen en forrna parcial. Por l o que el aumento de

1

mfJ

Vol. 511No. 5lSeptiembre-Odubre, 1 9 9 9

300

Manjarrez-Cutierrez C y

cols

serotonina cerebral a traves de la disminuci6n de la concentraci6n de la FL del L-triptbfano en el plasma. Los resultados bioquimicos observados en 10s animales diabeticos confirman dicha hipbtesis. Existe en estos animales una disminuci6n significativa de la FL en la sangre. La concentraci6n de la FL representa la cantidad del aminodcido disponible para su transporte al cerebro a traves de la barrera hematoencefdlica ~~,~~ para la sintesis del n e u r ~ t r a n s m i s o r .Ademds, 10s animales diabeticos tuvieron una disminuci6n de la fracci6n unida a albljmina y del L-tript6fano total en el plasma. Estos resultados nos permiten plantear que, durante la evoluci6n de la enfermedad, se produce una serie de cambios metab6licos en 10s tejidos adiposo, muscular y hepdtico. En el tejido hepdtico se ha observado que, bajo ciertas circunstancias de estres y durante la DMID, existe aumento en la actividad de la tript6fano pirrolasa (Trp P).51,52La Trp P hepdtica participa en la regulaci6n de la gluconeogi.nesis y en la sintesis de nicotinamida adenin dinuclebtido, asi como en el metabolismo del grupo hemo, y podria influir en la relacibn de las fracciones libre y unida a albljmina del L-tript6fano en la ~ a n g r e Nuestros .~~ resultados indican que 10s animales diabeticos tienen una mayor actividad de esta enzima; este mecanismo puede explicar la disminuci6n de la cantidad del aminodcido disponible en la sangre, pues tenderia a desviar L-tript6fano hacia el tejido hepdtico a la via del dcido cinurenico y nicotinic0 y, de esta manera, disminuir la FL y su ingreso al cerebro a traves de la barrera hematoencefdlica para la sintesis del n e ~ r o t r a n s m i s o r . ~ ' , ~ ~ Ademds de 10s cambios generales, la DMlD tambien es capaz de producir cambios metab6licos m6s especificos en el sistema nervioso central. Uno de estos cambios es el que se ha observado en el sistema serotoninergico cerebral. Los presentes resultados confirman y amplian resultados anteriores de este y de otros laboratorios en 10s que se ha observado una disminuci6n del contenido del L-tript6fano tisular y de la 5-HT asi como una menor actividad de la TrpOH durante la evoluci6n de la enfermedad.54 En nuestro estudio observamos un aumento de la actividad de la TrpOH s61o en el tallo cerebral de estos animales diabeticos y, en consecuencia, un increment0 de la sintesis del neurotransmisor. Es probable que se modifique la La Revista de lnvestigacidn Clinica

cinetica de la TrpOH. Una alteraci6n similar se ha observado en 10s animales con dieta deficiente en L-tript6fano o mediante la administraci6n de c l o r ~ i m i p r a m i n a En . ~ ~estos animales se ha registrado un carnbio cinetico de la TrpOH, que mantiene la concentraci6n de 5-HT en el tejido nervioso, cuyo mecanismo bioquimico hasta el momento se d e s c ~ n o c e En . ~ ~relacibn con 10s mecanismos de activacidn de la TrpOH, recientemente hemos informado que la desnutricion in utero produce un aumento de la afinidad de la TrpOH por el L-tript6fano y una mayor capacidad de fosforilaci6n por segundos m e n ~ a j e r o sAdemds, .~~ 10s animales desnutridos durante la gestacidn y que son recuperados nutricionalmente durante el period0 de amamantamiento tuvieron un retorno a lo normal del L-tript6fano; pero, a pesar de este hecho, la actividad de la TrpOH permaneci6 elevada y persisti6 un aumento del neurotransmisor en el c e r e b r ~En . ~conjunto, ~ estos hallazgos nos p2rmiten plantear que probablemente tambien la DMlD puede inducir un carnbio cinetico de la TrpOH, como mecanismo que explique la elevaci6n del neurotransmisor en el tallo cerebral durante la evolucidn crbnica de la enfermedad. Lo que sugiere que, tambien en este caso, el estudio de la cinetica de la TrpOH es importante. Asimismo, resultados preli minares observados en ratas diabeticas tratadas con insulina, indican que la hormona retorna a lo normal 10s cambios bioquimicos producidos por la enfermedad, except0 que persiste un aumento del nivel del neurotransmisor en el cerebro, lo que en este caso sugiere que la alteraci6n de la sintesis de serotonina cerebral por la DMlD permanece a pesar del tratamiento especifico. En conclusi6n, la DMlD induce cambios importantes en la biosintesis de la serotonina, un neurotransmisor clave para el funcionamiento cerebral. Este estudio abre la posibilidad de determinar las fracciones plasmdticas del L-tript6fano en humanos diabeticos, en particular la fracci6n libre del aminodcido, como indicadores clinicos del metabolismo de la serotonina cerebral, tal como lo hemos hecho en humanos recien nacidos y lactantes con desnutrici6n i n t r a ~ t e r i n a . En ~ ~el, ~modelo ~ animal diabetic0 se est6n evaluando metodos no invasivos de valoraci6n de las consecuencias funcionales de estos cambios.

Serotonina cerebral y diabetes mellitus

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