UROL. INTEGR. INVEST. Volumen 2, pp. 463-476

Inhibidores de la cristalización y urolitiasis F. GRASES FREIXEDAS*, A. COSTA BAUZÁ*, A. CaNTE VISÚS** y P. PIZÁ REUS**

* Departamento

** Servicio

de Química. Universitat de les Il/es Balears. Palma de Mallorca. de Urología. Hospital Son Dureta. ¡nsalud. Palma de Mallorca.

RESUMEN:Objetivo: se discute el papel de los inhibidores de la cristalización en la etiología de la litiasis renal y se plantea su utilidad en el tratamiento médico de esta patología. Material y métodos: para ello se efectúa, en primer lugar, una breve revisión histórica de la evolución de la teoría y praxis del concepto de inhibidor de la cristalización. Resultados: se describen los mecanismos de acción de estas sustancias para evitar el desarrollo de urolitos a la luz de los conocimientos actuales. Se discute el papel de las principales macromoléculas urinarias, glicosaminoglicanos y glicoproteínas en la prevención de la urolitiasis. Conclusiones: la acción de moléculas de bajo peso molecular, tales como el ácido cítrico y el ácido fítico, han demostrado un importante papel en la litiasis renal tanto bajo un punto de vista etiológico como de posibilidad de tratamiento terapéutico de la enfermedad. PALABRASCLAVE:Inhibidores de la cristalización. Urolitiasis. Glicosaminoglicanos. Glicoproteínas. Citrato. Fitato. CRYSTALLIZATION INHIBITORS ANDUROLITHIASIS ABSTRACT:Objective: the crystallization inhibitors role in the urolithiasis etiology is discussed, and their usefulness in the medical treatment of this pathology is proposed. Material and methods: for this reason a short historical review about the evolution of the theory and praxis of the crystallization inhibitor concept is firstly performed. Results: the mechanisms of action of these substances to avoid the development of uroliths, taking

Correspondencia: Dr. F. GRASES FREIXEDAS. Departament de Química. Universitat de les Illes Balears. Ctra. de Valldemossa, km 7,5. 07071 Palma de Mallorca (Balears).

into account the actual knowledge, are described. The role of the main urinary macromolecules, glycosaminoglycans and glycoproteins, in the prevention of urolithiasis, is discussed. Conclusions: the action of low molecular weight molecules which have shown an important role in the renal lithiasis, as citric acid and phytic acid, is indicated, both from the etiological point of view and for the possible therapeutical treatment of the disease. KEY WORDS:Crystallization inhibitors. Urolithiasiso Glycosaminoglycans. Glycoproteins. Citrate. Phytate. Urollntegr

lnvest 1997;2:463-476.

Introducción Aunque curiosamente ya a finales del siglo pasado se empezó a intuir la existencia en la orina de sustancias que podían actuar sobre la cristalización del oxalato cálcico, carbonato cálcico y ácido úrico, y que en consecuencia podrían relacionarse con la formación de los respectivos cálculos, como lo demuestra el libro publicado por Ord en 1879 con el título «On the influence of colloids upon crystalline form and cohesion», no fue hasta la década de los años sesenta que se comenzó a conocer, valorar y entender el comportamiento de aquellas sustancias que eran capaces de impedir o dificultar la cristalización de compuestos insolubles y que actualmente conocemos como inhibidores de la cristalización. Así, los trabajos de Bliznakow pusieron de manifiesto en 1965 que determinadas moléculas eran capaces de disminuir la velocidad de crecimiento cristalino de ciertas sustancias como consecuencia de su adsorción (unión) sobre las superficies de crecimiento y la correspondiente alteración que ello provocaba!. Durante la misma época, Vermeulen et alz, Fleisch et a13,4 y Howard et a15.6 demostraron que una serie de sustancias contenidas en la orina, entre ellas el pirofosfato, eran capaces de impedir los procesos de calcificación. Estos hallazgos supusieron el inicio del estudio de los llamados inhibidores de la cristalizaci6n, así como

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de su posible interés y aplicación en medicina, y más concretamente en el campo de la litiasis renal. Así, durante la década siguiente se efectuaron una gran cantidad de estudios en los que se describieron muchas sustancias con pretendidas propiedades inhibidoras7, la mayoría de ellas contenidas de forma natural en la orina (pirofosfato, magnesia, glicosaminoglicanos, glicoproteína Tamm-Horsfall, citrato, aminoácidos, RNA ... ), aunque otras eran de origen sintético (azul de metileno, glicanos sintéticos, fosfocitrato ... ). Sin embargo, a pesar del importante esfuerzo investigador realizado no se estableció ninguna aplicación práctica con resultados alentadores basados en estos estudios. De hecho, no fue hasta la década de los ochenta cuando se inició el uso de inhibidores de la cristalización en el tratamiento médico de la urolitiasiss.13• Esta aplicación quedó restringida, sin embargo, al caso del citrato y además no fue acogida con demasiado entusiasmo. Estos hechos hay que atribuirlos a la coincidencia de diferentes circunstancias. En primer lugar, la aparición de tecnologías quirúrgicas muy avanzadas para la extracción de los cálculos renales que evitan la cirugía abierta, tales como las técnicas endourológicas y la litotricia extracorpórea por ondas de choque, relegó a un segundo plano la problemática del tratamiento médico. Evidentemente no se tenía en cuenta que estas técnicas facilitan de forma importante la extracción del cálculo, pero no corrigen ninguna de las causas que los originan, por lo que el cálculo en muchas ocasiones se forma nuevamente. Además todavía no había transcurrido el tiempo suficiente para evidenciar toda una serie de problemas relacionados con el uso de dichas técnicas. La aparición de estas metodologías no fue, sin embargo, la única responsable del escaso interés en el desarrollo de nuevas estrategias para el tratamiento médico de la litiasis renal. Existían además otras razones. Así, por otra parte, durante dicha década puede observarse un importante estancamiento en la labor de los principales grupos de investigación que se dedicaban a la urolitiasis. En concreto, para el estudio de la cristalización del oxalato cálcico, fosfatos, etc., se seguían utilizando modelos que en poco o en nada reproducían las condiciones que se dan en el interior de las cavidades renales, y además no se avanzaba en el conocimiento íntimo del mecanismo de la formación de los cálculos. Por ejemplo, se seguía considerando que la unión entre cristales previamente formados era un paso fundamental en la formación de los cálculos de oxalato cálcico, lo que ha resultado ser Como consecuencia de todo claramente incorrecto'4.'6. ello seguía sin establecerse con certeza cuál era la función real de muchos posibles inhibidores de la cristali-

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zación en la calculogénesis. Así, en el caso de importantes macromoléculas contenidas en la orina, como son los glicosaminoglicanos y la glicoproteína de Tamm-Horsfall, mientras algunos autores las calificaban de potentes inhibidores de la calculogénesis, otros les atribuían propiedades promotoras. Además, incluso admitiéndose un papel efectivo como inhibidores, se presentaba un importante problema al no poder incrementar los niveles excretados mediante ingesta oral de sus preparados, ya que los esfuerzos en este sentido resultaron negativos. Otro interesante inhibidor como el pirofosfato (uno de los primeros descubiertos) tampoco permitía albergar grandes esperanzas terapéuticas. De esta manera no existían, según muchos autores, pruebas claras de su deficiencia en los enfermos litiásicos, y el procedimiento utilizado para aumentar su excreción urinaria, mediante el conocido «jarabe de fosfatos», suministrado por farmacias como fórmulas magistrales, aun cuando curiosamente incrementaba el nivel de pirofosfatos en individuos sanos, no lo conseguía en litásicosl7. Otras sustancias como el azul de metileno o algunos aminoácidos presentaban efectos inhibidores demasiado débiles para que pudieran tener interés terapéutico, y de hecho su uso no reportó ningún resultado de interés. Cationes con posible capacidad inhibidora, tales como Zn(II) o Mg(I1), sólo se encuentran en orina en concentraciones demasiado bajas para que su efecto inhibidor fuera realmente importante. Finalmente, si bien algunas sustancias de origen sintético, como algunos difosfonatos, podían presentar cierta capacidad inhibidora, su uso podía generar importantes efectos secundarios, tales como descalcificación ósea, etc. No resulta, por tanto, extraño que debido a todas estas circunstancias el uso de inhibidores de la cristalización en el tratamiento médico de la urolitiasis estuviera realmente estancado. El avance en la última década del conocimiento sobre los mecanismos y causas de la urolitiasis, consecuencia de la incorporación de nuevos grupos de investigación con nuevos planteamientos e ideas, ha posibilitado el esclarecimiento de muchos aspectos relativos a la acción de los inhibidores que se comentarán a continuación, abriendo nuevos y esperanzadores horizontes al uso de los mismos en la terapéutica de la urolitiasis. Debe tenerse en cuenta, además, que la urolitiasis, al incluir la cristalización como uno de sus aspectos más importantes, se aleja considerablemente del ámbito en el que ha avanzado la bioquímica y biología molecular en su sentido clásico y, por tanto, prácticamente no ha participado de los adelantos de esta área del saber.

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Inhibidores

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y urolitiasis

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Figura 1. Nucleación homogénea. A: Formación del núcleo homogéneo; es necesario que se alcance cierto tamaño crítico para que la partícula formada sea estable y pueda seguir creciendo. Las partículas de tamaño inferior al crítico no pueden crecer y se desintegran. B: Acción de un inhibidor en la nucleación homogénea: la unión del inhibidor con las micropartículas de tamaño inferior al crítico impide que alcancen el tamaño crítico.

Mecanismo de acción de los inhibidores Los inhibidores de la cristalización pueden definirse como todas aquellas sustancias que impiden o dificultan la formación de un determinado material cristalino al intervenir en una o en varias de sus etapas de formación. Por tanto, para considerar con detalle su mecanismo de acción deben tenerse en cuenta las diferentes etapas fundamentales proceso de cristalización.

implicadas

en cualquier

Nuc/eación La primera y crucial etapa en la génesis de una masa cristalina consiste en la formación de los llamados núcleos cristalinos. La nucleación implica la formación de una partícula cristalina mínima capaz de seguir creciendo. Debe tenerse en cuenta que las partículas de tamaño inferior a cierto valor crítico son inestables y una vez formados se desintegran (Fig. 1 A). La nucleación puede ser básicamente de 2 tipos: homogénea y heterogénea. En la homogénea, la formación de la partícula mínima se produce por unión de las especies que van a constituir los futuros cristales (la composición del núcleo es idéntica a la composi-

ción del futuro cristal). Al exigir choques simultáneos y sucesivos de varias especies en el seno de la disolución es un proceso difícil y poco probable (exige elevados grados de sobresaturación). Los inhibidores de la nucleación homogénea serán aquellas sustancias capaces de unirse a las micropartÍculas de tamaño inferior al crítico (núcleo homogéneo), impidiendo que alcancen el tamaño crítico e inicien la formación de un cristal (Fig. lB). La nucleación heterogénea es mucho más sencilla, puesto que exige únicamente la presencia de partículas sólidas preexistentes que sean capaces de atraer y retener en su superficie a las especies que van a constituir el futuro cristal (Fig. 2 A) mediante su posterior crecimiento cristalino (en este caso, el núcleo presenta una composición diferente de la del resto del cristal). Los inhibidores de la nucleación heterogénea serán aquellas sustancias que evitan que los posibles núcleos heterogéneos actúen como tales, ya sea porque impiden su formación o bien porque dificultan la unión con las especies que constituirían el futuro nuevo cristal (Fig. 2 B). Una vez constituido el núcleo, sea homogéneo o heterogéneo, el posterior desarrollo de cualquier masa cristalina implica la combinación de la llamada etapa

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Nucleante heterogéneo

B

Figura 2. Nucleación heterogénea. A: Para que una partícula sólida pueda actuar como núcleo heterogéneo debe ser capaz de atraer y retener en su superficie la especies que constituyen el nuevo cristal. B: La acción de los inhibidores de la nucleación heterogénea se debe a su unión en la superficie del núcleo heterogéneo, lo que impide o dificulta la posterior unión de las especies que deben constituir el futuro cristal.

de crecimiento cristalino con los procesos de agregación (primaria y/o secundaria).

mente favorecidos (Fig. 3 A). En presencia de disoluciones sobresaturadas este proceso es muy favorable y se da con facilidad. Los inhibidores del crecimiento

Crecimiento cristalino

cristalino son sustancias que se adsorben sobre las superficies del cristal ya formado, impidiendo o dificultando la incorporación de nuevas unidades cristalinas al mismo y en consecuencia impidiendo o dificultando el proceso de crecimiento (Fig. 3 B).

El crecimiento cristalino supone la incorporación gradual de las unidades que van a constituir el futuro cristal sobre las caras del mismo en lugares especial-

Figura 3. Crecimiento cristalino. A: Durante el crecimiento cristalino las unidades que constituyen el futuro cristal se incorporan gradualmente sobre sus caras. y especialmente en los lugares más favorecidos (escalones, que permiten el establecimiento de un mayor número de enlaces). B: La presencia de inhibidores capaces de unirse a las caras del cristal dificulta este proceso.

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Inhibidores

y urolitiasis

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B

Figura 4. Agregado primario de oxalato cálcico dihidrato. Puede observarse que los nuevos cristales (cristales hijos) se forman sobre las caras de los ya existentes (cristales padres).

Inhihidor de la agregaciÓn seclIlldaria

Agregación La agregación primaria implica la formación de nuevos cristales (cristales hijos) impulsada por los ya existentes (cristales padres) que actúan favoreciendo su crecimiento sobre sus propias caras (Fig. 4). Este tipo de agregación no se da con la misma facilidad para cualquier tipo de cristal, de manera que dicha facilidad depende de la naturaleza del mismo, siendo, por ejemplo, muy favorable en el caso de los cristales de oxalato cálcicoI4-16• Existen muy pocos datos sobre los inhibidores de la agregación primaria; sin embargo, puesto que este proceso consiste fundamentalmente en un tipo particular de crecimiento cristalino, presumiblemente los inhibidores del crecimiento cristalino

Figura 5. Agregación secundaria. A: Varios cristales ya constituidos se unen entre sí debido a enlaces débiles que se establecen entre ellos. Para ello es preciso que haya una elevada cantidad de cristales. Este proceso se ve favorecido por la presencia de sustancias que actúan como aglutinantes. B: Los inhibidores de ]a agregación secundaria son sustancias que se adsorben sobre la superficie de los cristales, dotántolos de carga eléctrica de idéntico signo, lo que genera repulsiones entre ellos y dificulta o impide su acercamiento.

también actuarán como inhibidores de la agregación pnmana. La agregación secundaria es aquel proceso en el que una serie de cristales ya constituidos se unen unos con otros como consecuencia de enlaces débiles que se establecen entre ellos y que en ocasiones están favorecidos por la presencia de sustancias que actúan como puente de unión entre cristal y cristal (Fig. 5 A). Para que los efectos de este proceso puedan llegar a ser importantes es imprescindible que en el medio haya una importante cantidad de cristales. Así, en la litiasis oxalocálcica, donde la cristaluria es escasa o incluso inexistente, la contribución de la agregación secundaria en la formación del cálculo es despreciable; sin embargo, en la litiasis infecciosa o de fosfatos cálcicos, donde suele darse una importante concentración de cristales (orinas turbias), los procesos de agregación secundaria son realmente importantes. Los inhibidores de la agregación secundaria son sustancias

que se adsorben sobre las superficies de los cristales, dotándolas de carga eléctrica de idéntico signo, lo que genera repulsiones entre ellos, impidiendo o dificultando su posterior acercamiento para formar el agregado secundario (Fig. 5 B). En cuanto al papel particular de los inhibidores de la cristalización en la litiasis renal, es preciso considerar, de acuerdo con los estudios recientes, que a pesar de que su papel en cualquier tipo de litiasis siempre puede ser importante, su presencia puede ser realmente decisiva en la etapa de nucleación y en aquellos casos en los que no se alcanzan sobresaturaciones demasiado elevadas, es decir, en la litiasis renal oxalocálcica no hipercalciúrica, en la litiasis úrica no hiperuricosúrica y con pH urinario cercano a 5,5, y en la litiasis fosfática a pH urinario próximo a 6. Por otra parte, estudios muy recientes han demostrado que la capacidad para impedir el desarrollo de concreciones sólidas de

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intercelular del tejido conectivo o bien de las membranas celulares y aparecen en la orina como consecuencia de los procesos de renovación del urotelio, ataques bacterianos, necrosis o como consecuencia de heridas provocadas por la presencia de un cálculo. La síntesis de las glicoproteínas tiene lugar en el interior de la célula, desde donde se incorporan a la membrana celular o se excretan a la matriz extracelular.

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Figura 6. A: G]icoproteína constituida por cadenas de oligosacáridos unidas covalentemente por enlaces glicosídicos a una proteína. B: Subunidad de roteoglicano formada por g]icosaminog]icanos unidos covalentemente a una proteína; los glicosaminog]icanos son cadenas constituidas por disacáridos que se van repitiendo. Estas subunidades de proteog]icano se unen no covalentemente a otro glicosaminog]icano. e] ácido hia]urónico. constituyendo así los proteog]icanos.

un inhibidor de la cristalización se ve enormemente reducida en las zonas con escasa eficacia urodinámica1x• Estas zonas, que ya son de por sí especialmente favorables para el desarrollo de cálculos debido a su capacidad para retener partículas sólidas, poseen además otro importante factor de riesgo debido a la reducción de la capacidad de los inhibidores de la cristalización.

Papel de los glicosaminoglicanos en la urolitiasis

y glicoproteínas

Las glicoproteínas son proteínas que llevan unidos por enlaces glicosídicos carbohidratos (sacáridos) (Fig. 6 A). Debemos considerar 2 fuentes fundamentales de glicoproteínas urinarias. La fuente principal son las células de los túbulos renales, que producen y excretan la mayor parte de glicoproteínas urinarias, siendo la más importante y conocida de ellas la glicoproteína de Tamm-Horsfall. El urotelio es la otra fuente de glicoproteínas

urinarias que provienen del material

Los glicosaminoglicanos (GAGs) son cadenas de polisacáridos constituidas por la repetición de unidades idénticas de disacáridos. Todos ellos están unidos covalentemente a cadenas proteicas constituyendo los llamados proteoglicanos, excepto el ácido hialurónico que lo hace de forma no covalente (Fig. 6 B). Los proteoglicanos poseen una arquitectura molecular semejante a una escobilla para limpiar tubos de ensayo o botellas, cuyas cerdas, que son las subunidades de proteoglicano, están unidas de forma no covalente a un «esqueleto» de filamentos de ácido hialurónico. Las subunidades de proteoglicano están constituidas por un núcleo de proteína al que se hallan unidos covalentemente los GAGs, preferentemente sulfato de queratán y sulfato de condroitina. De hecho, los proteoglicanos son un tipo particular de glicoproteínas y antiguamente todas estas sustancias se conocían con el nombre genérico de mucoproteínas. Los proteoglicanos son los constituyentes principales del tejido conectivo. En un cuerpo sano, la biosíntesis y la degradación de los proteoglicanos permanecen en equilibrio dinámico. Los GAGs pueden encontrarse en la orina en forma libre o bien combinada

formando los proteoglicanos. Se considera que los GAGs urinarios libres son productos metabólicos de los proteoglicanos de diferentes tejidos. La degradación incluye la proteólisis de los péptidos de los proteoglicanos del tejido conectivo. A continuación esos fragmentos experimentan una depolimerización enzimática incompleta y procesos de desulfatación en los lisosomas del hígado. Finalmente, la excreción renal tiene lugar por filtración glomerular ya que no se tiene evidencias de que se produzca excreción o reabsorción tubular. Los GAG s urinarios libres también pueden proceder de las propias paredes internas del riñón debido a la destrucción de proteoglicanos que provienen de material intercelular del tejido conectivo. Estos GAGs no han sufrido depolimerización enzimática ni desulfatación y consecuentemente su peso molecular es mayor. El papel de los GAG s libres y de las glicoproteínas en la urolitiasis ha sido ampliamente debatido hasta el presente, con opiniones a veces muy contradictorias, lo que ha contribuido a crear una importante confu-

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sión sobre este tema. El estado actual de la investigación científica aporta, sin embargo, datos coherentes y clarificadores. El interés acerca del papel que los glicosaminoglicanos ejercen en la urolitiasis ha aumentado notablemente desde que se demostró su influencia sobre el crecimiento cristalino y agregación del oxalato cálcicoI9,20. En este sentido se ha publicado una ingente cantidad de trabajos en los que generalmente se demuestra cierta capacidad inhibidora del crecimiento de los cristales de oxalato cálcic07,21-25.Estudios recientes demuestran, sin embargo, que en ningún caso esta acción es relevante con respecto a la calculogénesis oxalocálcica26,27.En cuanto a sus efectos sobre la agregación del oxalato cálcico, la situación no es tan clara, y de la misma manera que se han descrito efectos inhibidores, también se han postulado efectos promotores7. Debe considerarse que la mencionada acción de los GAGs sobre la agregación se refiere exclusivamente al efecto que estas macromoléculas ejercen sobre la agregación secundaria. Como ya se ha indicado, recientemente se ha demostrado que los procesos de agregación secundaria son irrelevantes en la calculogénesis oxalocálcica28-30y que los agregados cristalinos observados en los cálculos de oxalato cálcico se forman, fundamentalmente, a través del llamado mecanismo de agregación primaria. La repetición de este proceso de intercrecimiento cristalino y de los procesos de nucleación heterogénea de varios cristales sobre una misma superficie mucoproteica, acabará generando los agregados cristalinos observados en dichos cálculos31. Desgraciadamente poco se conoce de la acción de los GAGs en los procesos de agregación primaria; sin embargo, los estudios actuales parecen indicar que estas macromoléculas no ejercen un efecto significativo sobre dicho proces031.32. En la actualidad es un hecho ampliamente aceptado que la nucleación de los cristales de oxalato cálcico en orina humana, incluso en presencia de hipercalciuria o hiperoxaluria, transcurre a través de procesos de nucleación heterogénea33, siendo ésta una etapa crucial en la formación del cálcul034. A pesar de la importancia de este proceso hay muy pocos trabajos en los que se estudie la acción que los GAG s ejercen sobre el mism032,35,36.De estos estudios parece deducirse que en este caso la acción de los GAG s podría ser realmente importante, estabilizando las disoluciones metaestables de oxalato cálcico y evitando así su nucleación heterogénea. También se ha demostrado que los GAGs estabilizan las disoluciones de ácido úrico, impidiendo su nucleación homogénea37. Si consideramos que el ácido úrico es un activo nucleante heterogéneo del oxalato cálcico37.38 al evitar

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y

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la formación de sus cristales, se impide a su vez que éstos actúen como nucleantes heterogéneos del oxalato cálcico y, por tanto, también se evitaría el inicio de la calculogénesis oxalocálcica. Considerando la composición de la orina, las condiciones hidrodinámicas del riñón y el estado estático del tracto urinario superior, cabría esperar el desarrollo de incrustaciones sobre el urotelio que acabarían cubriendo la casi totalidad de la superficie interna expuesta a la orina3942. Sin embargo, la realidad demuestra que cuando aparecen formaciones cristalinas, éstas se desarrollan sólo en un número limitado de zonas aisladas. Por tanto debe asumirse que una capa protectora cubre las paredes renales internas y que previene eficientemente la nucleación de cristales, de tal manera que los cristales sólo podrán formarse en puntos en los que la capa protectora ha sido destruida, dañada o tal vez ligeramente reducida. Las observaciones experimentales apoyan tanto la existencia de una capa protectora de GAGs continuamente renovada como la formación de cristales únicamente en zonas con la capa dañada311.3944.Los GAGs de la capa protectora podrían tener un doble origen, pudiendo ser excretados, generalmente en forma de proteoglicanos, por las propias células que tapizan los epitelios renales internos, siendo entonces retenidos por las glicoproteína~ de las membranas celulares con las que pueden interaccionar debido a su naturaleza análoga o ser fragmentos metabolizados de proteoglicanos tisulares que al ser excretados se unirían a las glicoproteínas de las membranas celulares. La existencia de esta capa antiadherente junto con la renovación continua del uroepitelio constituyen sin duda uno de los factores de mayor importancia que dificulta cualquier proceso de calculogénesis (Fig. 7). Resulta interesante comentar los resultados acerca de las determinaciones de GAG s urinarios que podemos encontrar en la bibliografía. Así, mientras unos autores no encuentran diferencias entre grupos de enfermos con urolitiasis oxalocálcica e individuos sanos45-48, otros detectan excreciones inferiores en el grupo de enfermos49-51 y otros encuentran incluso cantidades superiores en dicho grup052. La interpretación de estos resultados, aparentemente discordantes, debe efectuarse considerando diversos factores. Por una parte se sabe que la excreción de GAG s depende de la edad (disminuye al envejecer), sexo (es superior en el sexo masculino), dieta (es superior en dietas ricas en proteína animal) y estación del añ052-57.Por otra parte, también la metodología analítica utilizada para la determinación puede afectar a los resultados obtenidos51. Por tanto, todas estas circunstancias pueden explicar la diversidad de resultados que aparecen en la

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A

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Figura 7. A: Tejido epitelial sano. B: Tejido epitelial dañado o mal protegido (factor de riesgo litiásico). C: En las zonas con tejido epitelial dañado o mal protegido pueden generarse microcristales de fosfatos cálcicos (pH urinario superior a 6), ácido úrico (pH urinario inferior a 5,5), etc., que favorecen la formación sobre ellos de cristales de oxalato cálcico monohidrato (nucleación heterogénea). Sin la presencia de estos microcristales, el oxalato cálcico monohidrato jamás se formaría. O: El oxalato cálcico crece sobre el núcleo heterogéneo, iniciando la formación del cálculo. E: En ausencia de una inhibición adecuada se acaba generando el cálculo de oxalato cálcico monohidrato. La alteración que los cálculos producen en el tejido predispondrá al inicio de la formación de nuevos cálculos. Nota: El esquema presentado en el dibujo se ha realizado sin considerar las relaciones reales de tamaño célula/cálculo/capa de GAGs con el fin de poder ofrecer una buena resolución gráfica de cada una de las partes citadas.

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bibliografía, ya que, evidentemente, todos estos estudios no se han efectuado en las mismas condiciones y utilizando el mismo método analítico. Ahora bien, considerando que la biosíntesis y degradación de proteoglicanos permanecen en equilibrio dinámico en un cuerpo sano, la evaluación global de los GAGs urinarios puede relacionarse con la producción total de GAG s por el organismo. De esta manera, un bajo contenido de GAGs urinarios implicaría una síntesis total de proteoglicanos pobre y esto, a su vez, probablemente podría relacionarse con un uroepitelio no saludable o mal protegido que manifestaría una protección menor frente a la adhesión de micropartículas que podrían actuar como nucleantes heterogéneos del oxalato cálcico y favorecer el desarrollo de cálculos. Es obvio que la síntesis de proteoglicanos no es el único factor que influye en el buen estado de conservación y renovación del uroepitelio y, por tanto, todas aquellas medidas que favorezcan dicha conservación aumentarán la protección frente al desarrollo de urolitos. Así, el ataque bacteriano al urotelio evidentemente favorece el desarrollo de incrustaciones que pueden derivar en cálculos. Precisamente diversos estudios asignan a los GAG s (y glicoproteínas en general) capacidad antiinfecciosa como consecuencia de su capacidad de unión con las bacterias, facilitando su eliminación por la orina y evitando su anclaje58. En este sentido se les podría asignar también otra importante función antilitiásica, aunque este último aspecto aún no parece definitivamente confirmado. Las glicoproteínas urinarias tienen 2 orígenes fundamentales. La fuente principal son las células tubulares que producen y excretan el 60-70% del total, siendo la más importante y mejor caracterizada la glicoproteína de Tam-Horsfall, que presenta una subunidad de aproximadamente 78.000 Daltons, pero que tiende a formar agregados de varios millones de Daltons (Mr: 7 x 107 D)7.59'61.La nefrocalcina (Mr: 14.000 D) es otra glicoproteína que se genera en las células tubulares62.63. Recientemente se han descubierto nuevas glicoproteínas que pretendidamente son excretadas por las células tubulares64. El urotelio constituye la otra fuente de glicoproteínas urinarias, aunque en un porcentaje mucho menor (5-10%). Éstas pueden proceder del material intercelular que constituye el tejido conectivo y de las que una importante fracción son proteoglicanos, o bien de las membranas celulares. Este segundo conjunto de glicoproteínas aparece como consecuencia de los procesos de renovación del urotelio (como productos de degradación celular), lesiones producidas por bacterias, necrosis o incluso la propia presencia de un cálculo.

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La función fisiológica de las glicoproteínas producidas y excretadas por los túbulos renales (Tam-Horsfall, Nefrocalcina) se ha estudiado ampliamente; sin embargo, todavía no se ha clarificado totalmente. Al igual que en el caso de los GAGs, diversos estudios demuestran cierta capacidad inhibidora de la cristalización del oxalato cálcico, que en ningún caso parece decisiva7,65-67. Por otra palte, macroagregados de estas proteínas (como de hecho cualquier macroagregado de glicoproteína) pueden actuar también como nucleantes heterogéneo s del oxalato cálcico, facilitando la formación de agregados cristalinos al posibilitar que se originen al mismo tiempo varios cristales sobre la misma superficie31,68 y, por tanto, en este aspecto manifestarían una acción promotora de la calculogénesis. Estudios recientes, sin embargo, parecen demostrar que además de cierta capacidad inhibidora o promotora de los procesos de cristalización del oxalato cálcico, la actividad fundamental de las glicoproteínas urinarias debe relacionarse con los 3 siguientes aspectos: su acción antiadherente en los túbulos renales, evitando la formación y desarrollo de depósitos sólidos en ellos58 que acabarían transformándose en cálculos; el transporte de iones en la región ascendente del asa de Henle6I, y el mecanismo de defensa natural frente a las infecciones del tracto urinario69. El porcentaje de estas proteínas que se puede encontrar en la matriz orgánica de los cálculos es bajo (5-10%), Y ello se puede explicar considerando que normalmente se excretan en la orina dispersas de forma muy homogénea, sin constituir macroagregados que podrían adherirse fácilmente al cálculo. Probablemente el porcentaje que contiene un cálculo de estas glicoproteínas depende de la situación física del mismo con respecto a la papila renal y a su zona cribosa, lo que condicionará una captación más o menos fácil de las mismas. El papel de las glicoproteínas que provienen del propio urotelio se limita a su acción como nucleantes heterogéneos del oxalato cálcico, ya que al ser productos de degradación celular se encuentran generalmente en forma de macroagregados, que exhiben una gran superficie con una importante capacidad nucleante de sales cálcicas. Precisamente debido a ello, y a que la presencia de un cálculo constituye un posible foco continuo de lesión del tejido epitelial y, por tanto, de constante aporte de productos de degradación celular de naturaleza glicoproteica, este material constituye una parte importante de la materia orgánica encontrada en los cálculos renales (70-80%). Evidentemente, la proporción de estas sustancias encontradas en el cálculo dependerá de su ubicación en las cavidades renales, ya que la posición del cálculo determinará en

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y urolitiasis

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gran medida la extensión de las posibles lesiones que pueda causar. Como ya se ha comentado, la existencia de un urotelio convenientemente renovado y bien protegido es una condición fundamental para evitar el desarrollo de microincrustaciones que pueden acabar convirtiéndose en cálculos. Por tanto, todos aquellos factores que favorezcan la producción de proteoglicanos y glicoproteínas a un nivel adecuado tendrán una acción preventiva del desarrollo de cálculos, De hecho, tanto la síntesis de proteoglicanos como de glicoproteínas están reguladas por el mismo mecanismo70• Así, todos aquellos factores que afecten a dicha síntesis indirectamente podrán influir de forma importante sobre la calculogénesis. Son numerosos los estudios que parecen evidenciar un importante papel potenciador de la vitamina A en la síntesis y excreción de glicoproteínas y GAGs71,n y hay que considerar que desde hace tiempo es conocido el efecto beneficioso de la vitamina A sobre la conservación de los epitelios en general, evitando los procesos de queratinización 70. En este sentido se ha relacionado el déficit de vitamina A en animales de experimentación con la aparición de depósitos calculosos en el riñón 73-77. También hay autores que postulan no haber encontrado relación alguna entre calculogénesis y déficit de vitamina A7X• Esta aparente contradicción puede explicarse considerando que la calculogénesis es un proceso claramente multifactorial y pueden darse situaciones en las que una desafortunada combinación de factores desencadene el proceso litógeno. El ion Zn(lI) también parece estar implicado en la síntesis de proteoglicanos y glicoproteínas, junto con la vitamina A. Resulta difícil esclarecer el papel del zinc en la regeneración de los tejidos epiteliales, aunque todo parece indicar que su conexión se produce a través del complejo vitamínico A, en cuya biosíntesis participan metaloenzimas de zinc como la alcohol deshidrogenasa que cataliza la transformación de retinol a retina!. Por otro lado, se ha postulado una interrelación sinérgica entre la vitamina A y las metaloenzimas de zinc, como la estromalisina en la regeneración de las membranas celulares79-82. Cabe mencionar que en algunas ocasiones se han detectado niveles urinarios y plasmáticos de Zn(II) inferiores en enfermos con litiasis renal oxalocálcica cuando se han comparado

los resultados

con grupos de individuos

sanos83.

De los diferentes aspectos comentados se deduce que los GAG s pueden jugar un importante papel en la calculogénesis como inhibidores de la nucleación heterogénea del oxalato cálcico, por una parte, y como protectores del uroepitelio, por otra, siendo ambos as-

472

F. Grases Freixedas et al

Urol. Integr. Invest.

pectos todavía poco estudiados y conocidos y debiendo ser, por tanto, el objetivo de futuras investigaciones. Igualmente, las glicoproteínas excretadas por el riñón desempeñarían un importante papel como protectoras del desarrollo de incrustaciones, pudiendo también tener otras funciones como transportadoras de iones en la nefrona o como defensa natural frente a las infecciones del tracto urinario. La escasa información que existe sobre los aspectos citados obliga también a la realización de más estudios relativos a dichas mate-

año en el que la Food and Drug Administration de USA aprueba el tratamiento con citrato potásico de pacientes con nefrolitiasis recidivantel2. El efecto del citrato sobre la calculogénesis hay que atribuirlo a la combinación de 3 aspectos diferentes. Por una parte, el metabolismo celular del citrato conduce a la formación de ion bicarbonato que como consecuencia de sus características básicas provoca un consumo de protones (H+) a nivel plasmático, lo que conduce a una disminución en la excreción de los mis-

rias. Finalmente, la importancia que proteoglicanos (GAGs) y glicoproteínas ejercen en la prevención de la urolitiasis aconseja el estudio de todos aquellos factores, tales como la vitamina A, que favorecen su formación y en su caso excreción.

mos y por tanto a una elevación del pH urinario. Como es bien sabido, el ácido úrico se insolubiliza para valores de pH urinario inferiores a 5,5. De esta manera la elevación del pH urinario provocada por el ácido cítrico puede evitar la formación o redisolver los cálculos de ácido úrico y también evitar la formación de cristales de ácido úrico que podrían actuar como nucleantes heterogéneo s muy efectivos del oxalato cálcico, induciendo a la formación de este tipo de cálculos. Esta elevación del pH urinario debe, sin embargo, controlarse cuidadosamente porque puede conducir a valores próximos a 7, donde pueden insolubilizarse diferentes fostatos cálcicos (brushita, hidroxiapatita) que o bien pueden formar cálculos por sí mismos o actuar también como nucleantes heterogéneos del oxalato cálcico. Un segundo efecto protector del citrato sobre la calculogénesis hay que atribuirlo a su capacidad para formar complejos solubles con el ion Ca2+. La formación de estos complejos en la orina implica una disminución de la cantidad de ion calcio que se encuentra libre en este medio (del orden del 20%) Y como consecuencia disminuye la sobresaturación (fuerza impulsora de la cristalización) de cualquier compuesto insoluble de dicho ion en orina, sea oxalato o fosfato. Evidentemente esta reducción es tanto más importante cuanto mayor es la concentración de citrato y menor la de calcio, de manera que para relaciones citrato/calcio elevadas puede llegar a ser importante. Finalmente, el tercer efecto del citrato sobre la calculogénesis hay que atribuirlo a su efecto inhibidor de la cristalización de los oxalatos y fosfatos cálcicos. De hecho, la capacidad inhibidora del citrato sobre las sales cálcicas mencionadas no es muy enérgica, pero considerando que puede excretarse en concentraciones elevadas, esta acción inhibidora puede llegar a ser importante, sobre todo al actuar como inhibidor de la nucleación homogénea de los fosfatos y de la nucleación heterogénea del oxalato cálcico, ya que estas etapas son cruciales en la formación de los correspondientes cálculos.

El ácido cítrico y el ácido fítico como inhibidores de la cristalización en el tratamiento de la litiasis renal Los únicos inhibidores de la cristalización que actualmente se comercializan para el tratamiento médico de la urolitiasis son el ácido cítrico y el ácido fítico, motivo por el cual se discutirá a continuación con detalle el papel que desempeñan ambas sustancias en la prevención de la urolitogénesis. Ácido cítrico El citrato (Fig. 8) es uno de los inhibidores de la cristalización más estudiados7• Es también un hecho aceptado por muchos autores que los formadores de cálculos eliminan diariamente menor cantidad de citrato que los individuos sanos84-91. Aunque el desarrollo de la terapéutica con citrato es relativamente reciente, sus orígenes se remontan al siglo pasado; así, Sir Astley Cooper ya prescribía en 1826 un preparado a base de citrato potásico para el tratamiento de cálculos renales que probablemente eran de ácido úrico. El empleo reglado del citrato potásico en la profilaxis de la litiasis renal no se inicia, sin embargo, hasta 1985,

CH2

-

COOH

I

HO-C-COOH I CH2

Figura 8. Estructura

molecuJar

-

COOH

del ácido cítrico.

Las dosis terapéuticas recomendadas varían entre 20 y 100 mEq/día y han demostrado una importante

Volumen 2 Diciembre 1997

eficacia en el tratamiento

Inhibidores

de la litiasis renal asociada a

acidosis tubular renal, en la litiasis cálcica hiperuricosúrica y pH urinario inferior a 5,5 y en la hipocitraturia-hipercalciuria. Como ya se ha señalado, durante el tratamiento con citrato es muy importante un control riguroso del pH urinario para evitar valores demasiado elevados que induzcan la precipitación de fosfatos cálCICOS.

Ácido lítico El fitato actúa como inhibidor muy efectivo nucleación heterogénea del oxalato cálcico32.92, nucleación homogénea de los fosfatos cálcicosls crecimiento cristalino del oxalato cálcico93• Los

de la de la y del efec-

tos que el fitato ejerce sobre las primeras etapas de la formación de cálculos de oxalato cálcico se han estudiado in vitro utilizando un sistema que simula las condiciones de formación de los cálculos en el interior del riñón IS.32.94. En estos estudios se demuestra claramente que el fitato actúa de forma muy efectiva impidiendo la formación de partículas de fosfato cálcico que podrían impulsar la formación de los cristales de oxalato cálcico mediante nucleación heterogénea. Debe tenerse en cuenta que debido a las condiciones de sobresaturación urinaria respecto al oxalato cálcico, incluso en individuos hipercalciúricos o hiperoxalúricos, la formación de cristales de oxalato cálcico a través de un mecanismo de nucleación homogénea resulta prácticamente imposible33• Al considerar la estructura del fitato (Fig. 9) puede explicarse su potente actividad inhibidora como consecuencia de la afinidad de los grupos fosfato por el ion calcio. La fuerte absorción de moléculas de ácido fítico en la superficie de núcleos o/y cristales de oxalato cálcico impedirá su posterior desarrollo o/y crecimiento.

H

H

H

Figura 9. Estructura molecular del ácido fítico o ácido inositol hexafosfórico.

y urolitiasis

473

Esta acción inhibidora se potencia por la presencia del ion Zn(I1) debido a que este ion forma un complejo con el ácido fítico que facilita su adsorción sobre el oxalato. Farmacológicamente puede utilizarse cualquier fitato, es decir, las sales del ácido fítico con sodio, calcio, magnesio y calcio-magnesio. Así las sales sódicas han sido utilizadas, como hipocalcémicas a dosis de 2-4 g/día y las cálcico-magnésicas como reconstituyentes cerebrales a dosis de 500 mg/día, sin que se haya demostrado ninguna acción tóxica, teratógena o carcinógena95.98.

La ingesta de pequeñas dosis de ácido fítico o fitatos (50-100 mg) conduce a una excreción urinaria situada entre un l y un 10% de la dosis, porcentaje suficiente para causar una efectiva inhibición de la nucleación heterogénea del oxalato cálcico, así como de su crecimiento cristalino, impidiendo por tanto la formación de este tipo de cálculos y presentando como ventaja más importante frente al citrato la de no provocar cambios en el pH urinario. Los posibles efectos terapéuticos en el tratamiento de la litiasis renal oxalocálcica idiopática quedan evidenciados si se considera que la capacidad inhibidora del fitato en la cristalización del oxalato cálcico es mil veces superior a la que presenta el citrato y que la ingesta de dosis de fitato de 80 mg puede incrementar entre un 50-100 % la capacidad inhibidora de la orina emitida en las horas siguientes a la ingestión99. Por tanto, resulta evidente que estos primeros resultados sobre la posible utilidad del fitato en el tratamiento de la litiasis renal cálcica son alentadores, aunque debe tenerse en cuenta que hasta que no haya transcurrido el tiempo necesario para disponer de estudios clínicos suficientemente amplios no podrá evaluarse el auténtico alcance de su eficacia. Por otra parte, se ha observado muy recientemente que el fitato se excreta también de forma natural en la orina humana y en concentraciones en las que puede ejercer una acción inhibidora muy efectiva. Este último hallazgo introduce una interesante cuestión a la etiología de la litiasis cálcica, ya que el déficit en la excreción natural de este inhibidor podría constituir un importante factor de riesgo litógeno. Por otra parte, el déficit en la excreción de este inhibidor también podría relacionarse con el déficit de pirofosfato urinario, ya que ambos inhibidores son hidrolizados por el mismo tipo de enzimas, las fosfatasas alcalinas, y, por tanto, una actividad anormalmente elevada en estas enzimas producirá una elevada hidrólisis de fitato y pirofosfato que se traducirá en una excreción urinaria deficitaria. La vitamina A actúa como inhibidor enzimático de las fosfatasas alca-

474

F. Grases Freixedas et al

Urol. Integr. Invest.

linas 100.10), por tanto es evidente bajos en esta vitamina conducirán lisis de fitato y pirofosfato y en menor excreción. En este sentido

que niveles renales a una mayor hidróconsecuencia a una resulta muy intere-

sante observar el papel de la vitamina A en la urolitogénesis como inhibidor enzimático, además de actuar impulsando la síntesis de glicosaminoglicas y glucoproteínas como ya se ha comentado anteriormente.

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