LA GLUCEMIA DETERMINA LA RELACIÓN DEL CALCIO SÉRICO CON LA RESISTENCIA A LA INSULINA Y LA FUNCIÓN DE LA CÉLULA BETA

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Introducción

La diabetes mellitus (DBT) es un trastorno metabólico caracterizado por la presencia de hiperglucemia. La DBT tipo 2 (DBT2) –antiguamente denominada diabetes mellitus no insulinodependiente– tiene su origen en una combinación de la secreción alterada de la insulina y la resistencia a la insulina.

La evolución de un estado saludable a padecer DBT2 puede demorar años; en ese lapso se observa la progresión desde la glucemia normal a la hiperglucemia en ayunas y luego a la diabetes clínica. La DBT2 es una enfermedad compleja, en la cual el mecanismo fisiopatológico subyacente no es del todo conocido. Los factores de riesgo conocidos son la edad, la obesidad y genéticos.¹ El calcio (Ca⁺⁺), que es un mensajero intracelular versátil, participa en casi todas las vías metabólicas biológicas,^2-4 incluida la secreción de las células beta del páncreas.^5,6 Los trabajos de nuestro laboratorio y los estudios de otros investigadores han demostrado que las concentraciones de Ca⁺⁺ sérico están asociadas significativamente con la resistencia a la insulina y con la función de las células beta, tanto en las poblaciones no diabéticas, como en los pacientes con diabetes.^7-9 No obstante, existen cuestiones críticas no resueltas respecto de los siguientes temas: 1) si en la población no diabética coexiste la relación entre el Ca⁺⁺ sérico, la resistencia a la insulina y la alteración de la secreción de insulina por las células beta, o si solamente se presenta uno de estos factores; 2) si existe alguna diferencia entre las personas normoglucémicas, los sujetos con hiperglucemia en ayunas y los enfermos diabéticos; 3) si la influencia de los trastornos tiroideos debe ser excluida, ya que el hipertiroidismo y el hipotiroidismo son relativamente comunes en la población general;^10,11 4) si otros factores de confusión importantes, como la composición corporal y el nivel de actividad física, deben ser controlados. Esta investigación se realizó para responder estos interrogantes en una muestra de sujetos adultos de la provincia canadiense de Terranova y Labrador.

Participantes y métodos

En este estudio participaron 1 525 voluntarios adultos. Esta investigación es la continuación de trabajos anteriores sobre la genética y los factores ambientales de la obesidad humana y la diabetes.^12,13 El diseño del estudio y los criterios de selección fueron descritos previamente.^7,12,13 El intervalo de edad fue de 19 a 76 años y todos los individuos pertenecían a la tercera generación de nativos de Terranova y Labrador. Los participantes potenciales dieron su consentimiento informado por escrito y completaron un cuestionario de pesquisa para aportar información personal general y describir las características de su estilo de vida. El índice de masa corporal (IMC) se obtuvo dividiendo el peso corporal (kg) por la talla (m) elevada al cuadrado. Las personas que declararon su condición de enfermos diabéticos o quienes presentaron niveles de glucemia en ayunas de 7.0 mmol/l o más fueron considerados pacientes diabéticos. Quienes declararon su condición de hipertiroideos, hipotiroideos o que presentaban alteraciones de la glándula tiroides fueron considerados pacientes con trastornos tiroideos. Hubo 122 individuos con trastornos tiroideos que fueron excluidos de todos los análisis. Este estudio fue aprobado por el Comité de Investigaciones Humanas de la Facultad de Medicina de la Memorial University of Newfoundland.

Mediciones bioquímicas

Las muestras de sangre se obtuvieron por la mañana, luego de 12 horas de ayuno. Todos los análisis bioquímicos excepto los niveles de insulinemia fueron realizados en un equipo de análisis químico clínico LX20 (Beckman Coulter, Inc., Fullerton, CA, EE.UU.) utilizando reactantes Synchron. Los valores de insulinemia fueron obtenidos con un analizador de inmunoensayos Immulite (DPC, Los Angeles, CA, EE.UU.). El modelo de evaluación de la homeostasis (HOMA) fue utilizado como una medición de la resistencia a la insulina [HOMA-R = insulinemia (mU/l) x glucemia (mmol/l)/22.5] y la función de las células beta [HOMA-beta = 20 x insulinemia (mU/l)/(glucemia (mmol/l) -3.5)].^7,13 Los niveles de hormona paratiroidea (PTH) se determinaron con el kit Immulite 1000 Intact PTH (Diagnostic Products Corporation, Los Angeles, CA, EE.UU.). La 25-OH vitamina D se midió utilizando un kit 25-Hydroxyvitamin D 125I RIA (DiaSorin, Stillwater, MN).

Determinación de la composición corporal

El peso de los participantes se obtuvo con ropas livianas y la talla se midió sin calzado en un estadiómetro de escala manual (Health-O-Meter Inc., Bridgeview, IL, EE.UU.). También se midió la circunferencia de cintura y de cadera. Las mediciones con radioabsorciometría de energía dual (DXA) (Lunar Prodigy; GE Medical Systems, Madison, WI, EE.UU.) se realizaron con los sujetos en la posición supina, para determinar la composición corporal total, incluyendo la masa grasa, la masa magra y la densidad mineral ósea.¹²

Estimación de la actividad física

La actividad física en el trabajo y en el tiempo libre durante el año previo fue estimada utilizando el cuestionario ARIC/Baecke modificado.¹⁴ El cuestionario clasificó los niveles de la actividad física en cinco categorías de acuerdo con el incremento de la demanda física y la frecuencia de la actividad. La puntuación de cada índice fue de 1 a 5. El índice de práctica deportiva es la suma de los puntajes de las cuatro actividades físicas más comunes y la información se agrupó según el nivel de intensidad, las horas por semana y los meses por año dedicados a cada actividad. El índice del tiempo libre es la actividad física relacionada con el uso recreativo de la bicicleta, las caminatas y mirar televisión. El índice laboral se refiere a la ocupación principal e incluye información sobre la demanda física del trabajo (baja, mediana, alta) así como cinco categorías electivas relacionadas con las acciones de sentarse, ponerse de pie, caminar, levantar pesos, sudar y la sensación subjetiva de cansancio en la jornada laboral.

Análisis estadístico

Las características físicas y las mediciones bioquímicas de los participantes se expresaron como la media ± desvío estándar (DE) en la Tabla 1. El resto de los resultados se expresaron con la media ± el error estándar (EE). Las variables de la glucemia, la insulina, el fósforo, el magnesio, la resistencia a la insulina y la función de las células beta fueron transformadas utilizando el log₁₀ antes de realizar el análisis de los datos debido al sesgo de las distribuciones. Los 122 participantes que informaron sobre la existencia de trastornos de la glándula tiroides fueron excluidos de todos los análisis para evitar cualquier influencia de las enfermedades tiroideas. Los individuos incluidos fueron divididos en dos grupos: 1) sujetos con glucemia en ayunas normal (GN < 5.6 mmol/l, sin historia de diabetes o enfermedades tiroideas); 2) sujetos con hiperglucemia en ayunas/diabetes (HG/D) (HG > 5.6 mmol/l pero sin historia de enfermedades tiroideas).

Los análisis de correlación parcial se realizaron entre los niveles de Ca⁺⁺ sérico y los valores de glucemia, insulinemia, resistencia a la insulina y la función de las células beta dentro de grupos de concentración de la glucemia después de controlar las variables de confusión: edad, IMC, fósforo, magnesio y los niveles de actividad física cuando fueran aplicables.

Los participantes fueron clasificados en tres grupos de acuerdo con sus niveles de Ca⁺⁺sérico: concentraciones bajas (el tercio inferior), concentraciones medias (el tercio medio) y concentraciones altas (el tercio superior). La prueba ANOVA de una vía se usó para analizar las diferencias de glucemia, insulinemia, resistencia a la insulina, y la función de las células beta entre los tres grupos, y los valores de p se ajustaron por el método de Bonferroni.

A fin de evaluar la influencia de las concentraciones de vitamina D y PTH, los individuos normoglucémicos fueron clasificados de acuerdo con la concentración de Ca⁺⁺ sérico; se eligieron 100 mujeres (50 por arriba y 50 por debajo de la concentración media) y se midieron las concentraciones de 25-OH vitamina D y PTH. Quince mujeres con una concentración de glucemia en ayunas de 5.6 mmol/l o superior fueron excluidas. Los niveles de Ca⁺⁺ sérico total se ajustaron para las concentraciones de 25-OH vitamina D y PTH utilizando el modelo de regresión lineal antes del análisis. Los niveles de glucemia en ayunas, insulinemia y la resistencia a la insulina se ajustaron para la 25-OH vitamina D y el perímetro abdominal, y la función de las células beta se ajustó para la edad, la 25-OH vitamina D, la PTH y el porcentaje de grasa corporal. Se determinó la correlación de Pearson entre el Ca⁺⁺ sérico total y la glucemia, la insulinemia, la resistencia a la insulina, y la función de las células beta entre los grupos de concentraciones de Ca⁺⁺ bajas y altas.

Además, el análisis fue realizado en individuos normoglucémicos con Ca⁺⁺ sérico total de 2.12-2.62 mmol/l.

Todos los análisis fueron realizados con el software SPSS de Windows, versión 14.0.

Resultados

Las características físicas y las mediciones bioquímicas de los participantes se muestran en la Tabla 1. Los sujetos normoglucémicos tuvieron menor edad y menor peso que los individuos del grupo HG/D. Respecto de la talla, no existieron diferencias significativas entre los dos grupos. Los individuos del grupo HG/D tuvieron diferencias significativas con mayor IMC, relación cintura/cadera, porcentaje de grasa corporal y porcentaje de grasa central medida por DXA, indicando claramente que los sujetos con HGA/D eran más obesos según todos los marcadores. Las concentraciones de glucemia en ayunas para los grupos de GN e HG/D fueron de 4.85 ± 0.40 y 6.44 ± 1.53 EE (p < 0.0001). Los sujetos con HG/D tuvieron mayor resistencia a la insulina y menor función de las células beta comparados con los participantes normoglucémicos (p < 0.0001 para ambos). La mayor concentración de Ca⁺⁺ sérico total en los sujetos con HG/D respecto de los individuos normoglucémicos fue una diferencia significativa que permaneció así luego de ajustar el Ca⁺⁺ por la albúmina (p < 0.0001 para ambos). Respecto del fósforo sérico no se observaron diferencias significativas entre los dos grupos. La concentración del magnesio sérico total en el grupo de HG/D fue significativamente mayor que en el grupo de participantes normoglucémicos. El nivel de actividad física fue menor en los sujetos con HG/D que en los normoglucémicos (p < 0.05).

El análisis de correlación parcial se realizó en los dos grupos separadamente (Tabla 2). Una correlación significativamente positiva entre el Ca⁺⁺ sérico total ajustado por la albúmina y la glucemia en ayunas se encontró en el grupo de individuos normoglucémicos (r = 0.23 y p < 0.0001), mientras que no se observó una diferencia significativa similar en los sujetos con HG/D. No obstante, los individuos con HG/D mostraron niveles significativamente mayores de insulinemia en ayunas y de resistencia a la insulina medidas con el modelo de análisis de la homeostasis, mientras que no se detectó una correlación similar en los participantes normoglucémicos. Una correlación negativa entre el Ca⁺⁺ sérico y la función de las células beta fue revelada en participantes normoglucémicos pero no en individuos con HG/D.

Las concentraciones de glucemia en ayunas, insulinemia, resistencia a la insulina y la función de las células beta, se compararon en los sujetos con niveles bajos, medios y altos de Ca⁺⁺ sérico total, por separado, en participantes normoglucémicos y con HG/D (Tabla 3). En el grupo de los sujetos normoglucémicos, los individuos con bajo nivel de Ca⁺⁺ sérico tuvieron la menor concentración de glucemia en ayunas y la mayor función de las células beta. No obstante, no se obtuvieron diferencias significativas en cualquiera de los marcadores, en los tres grupos de concentraciones de Ca⁺⁺, en los sujetos con HG/D.

Analizamos las correlaciones después de ajustar los efectos de la 25-OH vitamina D y de la PTH en un grupo seleccionado de 85 mujeres normoglucémicas (Tabla 4). La correlación positiva entre el Ca⁺⁺ sérico total y el nivel de glucemia en ayunas, y la correlación negativa entre el Ca⁺⁺ sérico y la función de las células beta encontrada en sujetos con GN, mantuvo su significación en este subgrupo de individuos normoglucémicos (r = 0.37 y p < 0.001; r = -0.21 y p < 0.05, respectivamente).

Además, los análisis de correlación fueron repetidos en sujetos con GN, con la exclusión de los participantes que presentaron una concentración de Ca⁺⁺ en ayunas, fuera de los valores normales (2.12-2.62 mmol/l). Aunque la correlación positiva significativa entre el Ca⁺⁺ sérico total y la glucemia en ayunas permaneció, no ocurrió lo mismo con la correlación negativa del Ca⁺⁺ sérico y la función de las células beta (datos no mostrados).

Discusión
Hallazgos principales

Los trabajos previos de nuestro laboratorio y de otros investigadores sugieren que la concentración de Ca⁺⁺ sérico puede estar involucrada en la regulación del metabolismo de la glucosa a través del incremento de la resistencia a la insulina y la reducción de la función de las células beta.^7,8 De acuerdo con los datos limitados disponibles en la actualidad, los niveles elevados del Ca⁺⁺ sérico correlacionan positivamente con el incremento de la resistencia a la insulina, tanto en los pacientes diabéticos como en la población general.^15-17 En el presente estudio, el análisis fue realizado en base a los niveles de glucemia en ayunas. Las relaciones de correlación entre la concentración de Ca⁺⁺ sérico total y la glucemia en ayunas, la insulina, la resistencia a la insulina y la función de las células beta, también se verificó en este amplio estudio poblacional. El hallazgo más importante es que las asociaciones dependen del nivel de la glucemia. En las personas normoglucémicas, la correlación positiva entre el Ca⁺⁺ sérico y la glucemia en ayunas se produce debido a la alteración funcional de las células beta. En los individuos con HG/D, las correlaciones positivas entre el Ca⁺⁺ sérico, la concentración de la insulina y la resistencia a la insulina son importantes. Y lo que es más destacado es el hecho de que este hallazgo fue confirmado en un subgrupo, en el cual se ajustaron los efectos de la hormona paratiroidea y la 25-OH vitamina D, dado que la vitamina D está involucrada en la regulación de la secreción de insulina y la sensibilidad periférica a esta hormona.¹⁸ El bajo nivel de vitamina D puede, por su parte, causar el incremento de la concentración de la hormona paratiroidea (PTH).¹⁹ Aunque no se observó una correlación significativa con la glucemia en ayunas, esto puede deberse a que la relación haya sido encubierta por el uso de medicación hipoglucemiante en los pacientes diabéticos.

La glucemia en ayunas, la insulinemia, la resistencia a la insulina y la función de las células beta son fenotipos complejos. Una gran cantidad de factores potenciales puede influir y causar la variación de estos marcadores. Los datos muestran que las personas con hipertiroidismo o con hipotiroidismo presentan cambios óseos y en el metabolismo del Ca⁺⁺.^20-22 La prevalencia de las diferentes enfermedades tiroideas es realmente elevada en la población general y se incrementa con la edad.^10,11 En el presente estudio, 122 de un total de 1 525 sujetos, fueron excluidos por referir una historia de trastornos tiroideos, lo cual representa el 8% de la población adulta investigada. Esto fue crítico para excluir la influencia potencial de las enfermedades tiroideas sobre el metabolismo del Ca⁺⁺ y permitió descubrir la correlación no sesgada entre el Ca⁺⁺ y el metabolismo de la glucosa. Esta es una de las fortalezas del estudio. Según nuestro conocimiento, ésta es la investigación con el mayor número de personas normoglucémicas con un riguroso control de los factores de confusión, que estudió la relación entre el Ca⁺⁺sérico total y los fenotipos del metabolismo de la glucosa. Hagstrom y col. analizaron los datos en 413 individuos con tolerancia a la glucosa normal y Ca⁺⁺ dentro de los valores normales. Estos investigadores informaron que el índice de sensibilidad a la insulina correlaciona negativamente con el Ca⁺⁺sérico.⁸ Sugieren que el Ca⁺⁺ endógeno puede estar involucrado en las fases tempranas de la diabetes y que este efecto es mediado principalmente a través de su acción sobre la sensibilidad a la insulina más que por un defecto en la secreción de la hormona. Varias razones son responsables de estas diferencias. Primero, el promedio de edad en el presente estudio fue menor de 43 años, mientras que en el estudio de Hagstrom fue de 71 años. La parathormona (PTH) es el principal regulador del Ca⁺⁺ sérico y la declinación relacionada con la edad es evidente en la población general.²³ Además, la deficiencia de vitamina D es común en la población añosa,²⁴ lo cual puede tener un efecto tanto en la secreción de la insulina como en la sensibilidad a la insulina.¹⁸ A su vez, el envejecimiento está asociado con el aumento de los niveles del Ca⁺⁺ citosólico libre y con la disminución recíproca del Ca⁺⁺ extracelular ionizado.²⁵ También, la resistencia a la insulina es más significativa en la población que envejece. La diferencia sustancial de la edad entre los dos estudios puede ser la razón principal de estas discrepancias. Segundo, nuestro estudio incluyó tanto mujeres como hombres, mientras que el anterior sólo incorporó hombres. La diferencia en los sexos influye en numerosos aspectos fisiopatológicos. Tercero, los métodos para estimar la resistencia a la insulina y la función de las células beta fueron distintos. Aunque el pinzamiento normoglucémico-hiperinsulinémico y la prueba de tolerancia oral a la glucosa son mejores métodos que el modelo de análisis de la homeostasis, en el estudio de Hagstrom no se menciona si se excluyeron los sujetos con enfermedades tiroideas, dado que su prevalencia en las personas añosas es relativamente más elevada que en la población general de menor edad.^11,26

El análisis fue realizado en individuos normoglucémicos con concentraciones normales de Ca⁺⁺ sérico como en nuestro estudio. La correlación positiva entre el Ca⁺⁺ sérico y la glucemia en ayunas permaneció significativa, pero se perdió la relación negativa entre el Ca⁺⁺ y la función de las células beta. Este fenómeno tan interesante podría indicar que, en personas normoglucémicas con niveles de Ca⁺⁺ sérico normales, la correlación positiva entre el Ca⁺⁺ sérico y la glucemia en ayunas puede estar mediada por mecanismos desconocidos, posiblemente a través de la glucogénesis hepática. No obstante, el estudio de Hagstrom debe justificar si es útil para el análisis estadístico la exclusión de los sujetos normoglucémicos con concentraciones “anormales” de Ca⁺⁺ sérico, ya que estos subgrupos de individuos con niveles de Ca⁺⁺ sérico alto o bajo pueden contener información clave para comprender la asociación entre el Ca⁺⁺ sérico y el metabolismo de la glucosa.

Los potenciales mecanismos subyacentes de las correlaciones dependientes del nivel de la glucemia entre la concentración del Ca⁺⁺ sérico total y el metabolismo de la glucosa pueden ser multifactoriales. Los datos provenientes de experimentos en ratas muestran que la glucemia elevada, tal como en la diabetes, disminuye en los islotes, la actividad de la Ca^2+-ATPasa.²⁷ Además, los islotes de ratas diabéticas tienen disminuida la actividad de Ca^2+-ATPasa, debido al estado hiperglucémico. La resistencia a la insulina observada en los pacientes diabéticos puede causar la reducción de la actividad de la enzima de la membrana plasmática (Ca²⁺ + Mg²⁺)-adenosina trifosfatasa [(Ca²⁺ + Mg²⁺)-ATPasa], la cual participa en la señalización del Ca²⁺ mediante la remoción del exceso de Ca²⁺ de la célula.²⁸ Los datos provenientes de estudios actuales indican que el Ca⁺⁺ puede, de hecho, servir como primer mensajero extracelular.²⁹ En primer lugar, el Ca⁺⁺ citosólico es un desencadenante de la secreción de la insulina inducida por la glucosa y, tanto la primera como la segunda fase de la secreción de insulina, requieren la elevación del Ca⁺⁺ en las células beta.³⁰ La diabetes tipo 2 se asocia con un cambio en la liberación de insulina, de un patrón bifásico a un patrón monofásico, lo cual puede causar la alteración funcional de los canales de Ca⁺⁺ Ca_V2.3.³¹ La resistencia a la insulina inducida por el tejido graso puede estar mediada por los canales de Ca⁺⁺ tipo L.³² El aumento del nivel del Ca⁺⁺ extracelular relacionado con el Ca⁺⁺ sérico total puede interferir con el incremento del Ca⁺⁺ citosólico libre en las células beta y, entonces, reducir la secreción de insulina. También, los datos han demostrado que el Ca⁺⁺ modifica la afinidad del receptor de la insulina y la sensibilidad a la insulina, especialmente en el hígado y en el músculo esquelético, los cuales están considerados como dos sitios principales de la resistencia a la insulina.^33-35

Se ha mencionado que el metabolismo de la glucosa es un fenotipo complejo. Un gran número de factores puede influir potencialmente las fluctuaciones de la concentración de la glucemia en ayunas, la insulina, la resistencia a la insulina y la función de las células beta. Los factores principales incluyen la edad, la obesidad, las hormonas, los agentes farmacológicos, el nivel de actividad física, etc. Hemos visto que las correlaciones son independientes de los factores de confusión más importantes, que fueron cuidadosamente ajustados o controlados en todos los análisis. Los niveles de PTH y de 25-OH vitamina D son dos factores clave que tienen potentes efectos sobre el Ca⁺⁺ sérico. Aunque un subgrupo de mujeres normoglucémicas mostró resultados congruentes con aquellos obtenidos en todos los sujetos con GN, sugerimos continuar las investigaciones con una muestra más amplia para confirmar nuestros hallazgos.

Limitaciones y perspectivas

El presente estudio demostró correlaciones definitivas dependientes del nivel de la glucosa entre las concentraciones del Ca⁺⁺ sérico total y la glucemia en ayunas, la insulina, la resistencia a la insulina y la función de las células beta, tanto en sujetos normoglucémicos como en individuos con HG/D. No obstante, deben llevarse a cabo trabajos de mayor amplitud para verificar estos hallazgos y revelar los mecanismos moleculares subyacentes de estas relaciones. Las personas normoglucémicas sanas sin enfermedades tiroideas son candidatos ideales para futuras investigaciones, tales como un potencial estudio de intervención para analizar la relación de causa y efecto entre la concentración del Ca⁺⁺ sérico y la resistencia a la insulina y la función de las células beta, a través de la disminución del nivel del Ca⁺⁺ sérico utilizando ciertas medicaciones, como el cinacalcet.^36,37

En síntesis, como parte de la segunda fase del estudio de la función del Ca⁺⁺ sérico en el metabolismo de la glucosa, 1 525 habitantes de la provincia de Terranova y Labrador, de Canadá, fueron investigados para analizar la relación entre el Ca⁺⁺ sérico total y la glucemia, la insulina, la resistencia a la insulina y la función de las células beta. Encontramos que la asociación entre el Ca⁺⁺ sérico total, la resistencia a la insulina y la función de las células beta es dependiente del nivel de la glucemia. En individuos con GN, el Ca⁺⁺ se relaciona con la disminución de la función de las células beta y el aumento de la concentración de la glucosa, mientras que en sujetos con HG/D, está relacionado con el incremento de la resistencia a la insulina.

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