Inhibidores de la litiasis renal - Biblioteca Digital de les Illes Balears

ARTICULO ESPECIAL
Inhibidores de la litiasis renal: evolución
histórica, situación actual y perspectivas
futuras
F. Grases, C. Genestar
y A. Cante
Departamento de Química. Facultad de Ciencias. Universitat de les l/les Balears.
Palma de Mal/orca. Unidad de Litiasis. Servicio de Urología. Residencia Sanitaria Virgen
de Lluc (lnsalud, Baleares)
orina (cristaluria fisiológica). Así, resulta interesante obserLa formación de un cálculo en la vía urinaria puede explivar como en el caso de individuos con parámetros urinarios
carse a través de la combinación de dos etapas fundamenprácticamente idénticos, unos generan cálculos y otros no.
tales: la nucleación y el crecimiento cristalino. La nucleación
La explicación de este fenómeno radica en admitir la preimplica la formación de una partícula cristalina mínima, casencia en la orina de sustancias que dificultan o impiden el
paz de seguir creciendo y puede ser de dos tipos: homogénea y heterogénea. En la homogénea, la formación de la crecimiento y agregación de determinadas sustancias sólidas en la misma. Estas sustancias son los llamados inhipartícula mínima se produce por unión de las especies que
bidores de la litogénesis renal. El mecanismo de acción de
van a constituir los futuros cristales (la composición del núinhibidores del crecimiento cristalino es un fenómeno'bascleo es idéntica a la composición del futuro cristal). Al exigir
choques simultáneos de varias especies en el seno de la tante conocido en cristalografía. Parece que el efecto inhibitorio está relacionado con la unión (el enlace) de los indisolución, es un proceso difícil y poco probable (exige elehibidores a la superficie del cristal4. Una vez adsorbidos en
vados estados de sobresaturación). La nucleación heterola superficie, distorsionan la simetría superficial, inhibiendo
génea es mucho más sencilla puesto que exige únicamente
la presencia de partículas sólidas preexistentes que sean ca- el posterior crecimiento así como la inducción epitaxial del
crecimiento. Cuando el crecimiento es inhibido sólo en cierpaces de atraer y retener en su superficie a las especies que
van a constituir el futuro cristal, a través de la etapa que se ta dirección se producirá un cambio en el hábito cristalino.
De hecho hay una correlación entre la concentración de los
ha denominado de crecimiento cristalino (el núcleo presenta una composición diferente de la del resto del cristal). En inhibidores en la superficie cristalina y el grado de inhibición. Sin embargo, no es necesario que toda la superficie
la formación de cálculos de oxalato cálcico, la sobresatusea cubierta por el inhibidor para que se produzca un bloración ordinaria de este compuesto en la orina no permite
la explicación de su formación mediante nucleación ho- queo total en el crecimiento. Incluso uniéndose a lugares
específicos de la superficie, donde se produce el crecimogénea y en consecuencia debe admitirse que la nucleamiento, para que se produzca una inhibición total, es sución heterogénea juega un papel fundamental en la litiasis
ficiente que menos del 1 % de la superficie esté cubierta.
oxalocálcica1.2.
Así, el fosfato cálcico se ha detectado frePor otra parte, debemos considerar que muchas de las suscuentemente como posible núcleo de un gran número de
tancias con propiedades inhibidoras presentan también procálculos renales. En ocasiones, también se han detectado
piedades complejantes con respecto a alguno de los iones
otras sustancias que fáci Imente alcanzan elevados grados
implicados en el proceso de precipitación. En consecuende sobresaturación en orina (y por tanto nuclean homogécia, disminuyen la concentración efectiva del ion precipineamente con facilidad), tales como el ácido úrico, meditante en el medio, de tal manera que decrecerá también el
camentos o incluso sílice3.
grado de sobresaturación y, en consecuencia, la facilidad
La etapa de crecimiento cristalino, bajo el punto de vista de
su mecanismo, es mucho más fácil de que se produzca, ya de precipitación. Por lo tanto, cuando se evalúa la capacique consiste en el simple depósito y agregación de nuevas dad inhibidora propiamente dicha de una determinada susespecies o partícu las sobre los núcleos ya formados. A pesar tancia, deberemos considerar la posibilidad de que pueda
de ello presenta una enorme importancia en el momento de manifestar propiedades complejantes frente a alguna de las
especies precipitantes (coexistencia de equilibrios de preexplicar la génesis de la litiasis renal. Debe tenerse en cuencipitación y complejación). Así, por ejemplo, el ion citrato,
ta que la formación únicamente de microcálculos (cálculos
que manifiesta una clara acción inhibidora en el crecimiencuyo crecimiento ha sido mínimo) no genera problema alto del oxalato cálcico, también presenta cierta capacidad
guno, ya que éstos son fácilmente eliminados a través de la
complejante del ion calcio.
Hasta el presente se han descrito diversas sustancias con
pretendidas propiedades inhibidoras. Así, el pirofosfato es
Este trabajo forma parte del proyecto de investigación 86-1.035
financiado por el Fondo de Investigaciones Sanitarias.
quizás el producto con propiedades inhibidoras más antiguamente conocido. En la actualidad los estudios de inhiCorrespondencia: Dr. F. Grases. Departamento de Química.
Facultad de Ciencias. 07071 Palma de Mallorca
bición de la cristalización del oxalato cálcico por los gluManuscrito recibido el 2-2-1987
cosaminoglucanos (GAGS) están adquiriendo notable importancia.
Med G/in (Barc) 1988; 90: 83-87
[53]
83
-¡,
MEDICINA CLlNICA VOL. 90. NUM. 2.1988
Las sustancias que se han propuesto o que se han investigado como inhibidores y que se encuentran normalmente
en la orina, las podemos clasificar en dos grupos, según su·
naturaleza:]) inorgánica, magnesio y pirofosfato, y 2) orgánica, macromoléculas (GAGS, Tamm and Horsfall glucoproteínas o TH y ácido ribonucleico o RNA), ácidos polihidroxicarboxílicos
(citrato, tartrato), y aminoácidos (aspártico y glutámico).
Todas estas sustancias se han estudiado como inhibidores
en la litiasis oxalocálcica y fosfática. Los estudios efectuados parecen indicar que los inhibidores más efectivos para
el oxalato cálcico son las macromoléculas polianiónicas
como el RNA, GAGS y TH, mientras que para el fosfato cálcico son más efectivos los iones de pequeño tamaño como
el magnesio, citrato y pirofosfat05.
Como podrá observarse, aunque son bastantes los productos
a los que se atribuyen propiedades inhibidoras, en la bibliografía se encuentran opiniones contradictorias acerca de
dichos efectos inhibitorios. Así, por una parte se han llevado
a cabo numerosos estudios in vitro en el laboratorio acerca
del pretendido efecto inhibidor de estas sustancias, con resultados opuestos. Por otra parte, se han efectuado estudios
para determinar el nivel de concentración de estas sustancias en orina de individuos sanos y formadores de cálculos
con resultados también contradictorios en muchos casos.
Vamos a analizar a continuación ambos aspectos.
en individuos sanos y formadores de cálculos, respectivamente, siendo esta diferencia poco significativa. No obstante, esta
pequeña diferencia se hace más notable si se relaciona con
los factores que influyen en su eliminación como son el sexo,
la edad y la dieta32. Los valores normales de pirofosfato oscilan entre 10 y 60 flmol/día22,23. Otros autores27,34expresan
estos valores en función de la concentración (15-32 flM).
Las macromoléculas polianiónicas como GAGS, TH y RNA se
han propuesto principalmente como inhibidores del oxalato
cálcico. Dado su carácter aniónico, precipitan con un colorante de tipo catiónico como el Alcian Blue, por lo que pueden
determinarse conjuntamente. Los datos procedentes de un estudio efectuado por Robertson et al17 son de 30 y 20 mg/día
(valor medio de la cantidad de polianiones que precipitan con
el Alcian Blue en individuos sanos y formadores de cálculos,
respectivamente).
En 1976, Robertson et al18 descubrió en la fracción macromolecular de la orina un ácido mucopolisacárido que podía
considerarse como inhibidor del crecimiento y de la agregación del oxalato cálcico. Estos ácidos correctamente deno-
minados como GAGS se han investi~ado ampliamente como
componentes normales de la orina35, 6. Son un grupo de compuestos biológicos caracterizado por la polimerización de unidades disacáridas elementales, poseen una molécula de hexosamina y una molécula de ácido urónico. Hay siete tipos
distintos de GAGS de los cuales todos poseen grupos sulfato,
a excepción del ácido hialurónico. Por otra parte, el sulfato de
queratán posee una molécula de galactosa en lugar de ácido
Discusión del efecto inhibidor de las sustancias
urónico. En cuanto a su composición en la orina de individuos
mencionadas y determinación
de los niveles de
sanos, todos los autores están de acuerdo en que la mayor
inhibidores en orina
parte de los GAGS de la orina lo forman los condroitín sulfatos
(condroitín-4-sulfato y condroitín-6-sulfato), el resto al parecer
El efecto del magnesio sobre la precipitación del oxalato
lo forman el sulfato de queratán y el sulfato de heparán. En
cálcico ha sido objeto de numerosos estudios con resultados
cuanto a estos dos últimos hay discrepancias, así Fellstrbm et
contradictorios. Según algunos autores6.7 actúa como inhia137,en unos análisis de GAGS, no detectan el sulfato de hebidor del oxalato cálcico, mientras que se?ún otros tiene
poco efect081O, un tercer grupo de autores1 -13cOincide en parán, Los G.A.GShan sido y son en la actualidad objeto de
numerosos estudios como inhibidores en la cristalización del
que se comporta como inhibidor únicamente a concentraciones elevadas, muy superiores a las que se encuentra nor- oxalato cálcico13,38-41.En general, estos estudios concuerdan
malmente en la orina.
con que tanto los aislados de la orina como los obtenidos comercialmente son buenos inhibidores del oxalato cálcic042.
La cantidad de magnesio eliminada por día entre los individuos formadores de cálculos es según algunos autores14-16 Ahora bien, los resultados de los análisis de GAGS en orina
son conflictivos. Así, los resultados de algunos estudios commenor que entre los individuos sanos (así, en un estudio
parativos son: 12 y 7 mg/día17, y 2,5 Y 2 mg/día43 para incomparativo, resultó que el valor medio era de 121 mg/día,
en pacientes, y de 129 mg/día, en individuos sanos17). Aho- dividuos sanos y formadores de cálculos, respectivamente, y
ra bien, según otros autores18,19 la concentración de mag- de 5 mg/día42 en ambos grupos. Los valores normales de
GAGS en orina según Ryall y Marshall44 están comprendidos
nesio disminuye con la edad en ambos sexos y en las muentre 7 y 21 mg/1. Creemos necesaria una investigación más
jeres la eliminación de magnesio es menor que en los homa fondo para conocer el papel de los GAGS en la urolitiasis,
bres, por lo que si ello se tiene en cuenta no se encuentran
diferencias en la cantidad de magnesio eliminada por día ver si hay diferencias en cuanto a la composición cualitativa,
entre los formadores de cálculos y controles, puesto que la entre los GAGS de la orina de los formadores de cálculos e
edad media de los controles suele ser inferior a la de los individuos sanos. También sería interesante determinar el graformadores de cálculos17,20,21.
do de sulfatación de los GAGS puesto que podrían actuar a
El pirofosfato fue el primer inhibidor identificado en la orina través de su unión con el calcio.
por Fleisch y Bisaz22. Estos autores lo propusieron como un Las TH glucoproteínas tienen un papel importante en la litiasis
potente inhibidor de la cristalización del fosfato cálcic022-24 oxalocálcica. Sin embargo, existen opiniones diversas como
y del oxalato cálcic025. Estudios posteriores dan lugar a re- promotores o inhibidores del crecimiento y agre§ación de la
sultados diversos y contradictorios. Así, mientras para Meyer cristalización del oxalato cálcic045. Fellstrbm et al 7 equiparan
et al26 y Fellstrbm et al27 el pirofosfato es el inhibidor más su efecto inhibidor al de los condroitín sulfatos. Por otra parte,
efectivo en la precipitación del fosfato y oxalato cálcico, res- Scurr y Robertson46 aislaron estas glucoproteínas de la orina
pectivamente, para otros autores28,29tiene poco efecto. Por y estudiaron su efecto sobre la precipitación del oxalato cálcico mediante un medidor de potencial Zeta, resultando que
otra parte, el pirofosfato no influye, al parecer, en la precipitación de los otros constituyentes de cálculos como son el fos- el efecto inhibidor depende de la concentración de TH ( a bajas concentraciones actúan como inhibidores y a concentrafato amónico magnésico y el ácido úric030.
Se ha observado que la eliminación de pirofosfato es menor ciones elevadas su efecto disminuye). El valor medio de la
cantidad de TH glucoproteínas eliminadas es de 33,3 y 20,9
en algunos grupos de pacientes litiásicos, princ~almente en
hombres de mediana edad y sin hipercalciuria31,3 . Los valores mg/día según Kitamura y Pak45 y de 45 y 30 mg/día según
Robertson et al17, entre individuos sanos y formadores de
medios de pirofosfato, procedentes de un estudio efectuado
por Robertson et al17 son de 42,5 flmol/día y 37,5 fl mol/día cálculos, respectivamente.
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[54J
F. GRASES ET AL.-
INHIBIDORES
DE LA LITIASIS RENAL: EVOLUCION HISTORICA, SITUACION ACTUAL y PERSPECTIVAS FUTURAS
El RNA es según Scurr y Robertson46 el inhibidor más activo
entre las macromoléculas ensayadas (heparina, condroitín sulfatos y TH glucoproteínas) tanto a concentraciones en que se
encuentra normalmente en la orina como a concentraciones
más bajas.·Los resultados de su análisis en orina son de 1,9
y 1,5 mgidía entre individuos sanos y formadores de cálculos,
respectivamente!7.
El citrato es una de las sustancias más estudiadas47.48aunque
según algunos autores sólo es activo en concentraciones
suficientemente elevadas para formar complejos con el calCiOIQ,!2.
Es un hecho aceptado por algunos autores que los formadores
de cálculos eliminan diariamente menor cantidad de citrato
que los individuos sanos49-55.Sin embargo, uno de los problemas en la excreción de citrato, análogamente a lo que ocurre con el magnesio, es que depende de la edad9.55y generalmente la cantidad eliminada es mayor en las mujeres que
en los hombres53.54, por otra parte los valores normales de
citrato en orina varían dentro de unos límites muy amplios
(200-1.200 mgidía)56. Según Robertson et al20 cuando se
comparan los valores de citrato de individuos formadores de
cálculos con los controles de la misma edad y sexo la diferencia entre los dos grupos casi desaparece.
La menor incidencia de cálculos entre los habitantes del Sur
de la India, en comparación con los del Norte es debida al
parecer a la inclusión de tamarindo en la dieta (el tamarindo
es un fruto de alto contenido en ácido tartárico). Basándose
en este hecho, Croft et al57 investigaron el efecto del tartrato
en orina y encontraron que si bien ejerce un efecto inhibidor
en la cristalización del oxalato cálcico al utilizar orina artificial,
este efecto es mucho menor en la orina humana investigada.
Así, de cuatro individuos estudiados, en uno no se produjo
ningún efecto, en cambio en los otros tres se observó un ligero
efecto inhibidor. Esta discrepancia en los resultados tiene
para nosotros una explicación lógica a raíz de las investigaciones realizadas por nuestro equipo de trabaj058, sobre lo que
hemos denominado «inhibidor a medida», es posible que en
un muestreo más amplio el tartrato hubiese sido un buen inhibidor para alguno de los individuos investigados. No tenemos datos de análisis de tartrato en orina, por lo que desconocemos su concentración o la cantidad eliminada por día.
Los ácidos aspártico y glutámico se han estudiado poco como
inhibidores. Sur y Pandey59 han investigado el efecto de tales
aminoácidos sobre la cristalización del oxalato cálcico a los
niveles en que se encuentran normalmente en la orina, aumentando el efecto inhibidor al aumentar la concentración de
inhibidor. No tenemos datos analíticos de estos aminoácidos
en orina de individuos sanos y formadores de cálculos. La cantidad de ácido aspártico eliminada por día para los individuos
sanos está comprendida entre 2 y 29 mg, y para el glutámico
los valores normales están comprendidos entre 0,7 y 2,8
Ilmol/kg de peso corporal/día.
En la tabla 1 se resumen los métodos utilizados para el análisis en orina de los inhibidores comentados.
Estudios in vitro del poder inhibidor
Para demostrar el efecto inhibidor de las sustancias mencionadas se han desarrollado una serie de modelos químicos que
permiten el estudio en el laboratorio de sus diferentes efectos.
Con el fin de poder dar una visión amplia, generalizada y sistematizada de estas metodologías las hemos clasificado de
acuerdo con el siguiente esquema, que se comentará a continuación: modelos en gel (sistema estacionario) y en disolución (sistema continuo).
Los modelos denominados en gel, están basados en conseguir
la difusión del calcio y del oxalato, uno hacia otro, en el seno
de un gel (normalmente agar) impregnado del inhibidor es-
[55]
TABLA 1
Métodos propuestos
para la determinación
de inhibidores
Magnesio
Absorción atómica
Espectrofotométrico
con azul de xilidilo6o
Pi rofosfato
Métodos basados en la hidrólisis del pirofosfato catalizada por la
pirofosfatasa61 (PPasa)
Detección fotométrica por formación de fosfomolibdato
Detección foto métrica basada en la acción inhibidora del fluoruro
sobre la PPasa34
Métodos enzimáticos basados en la reacción del pirofosfato con la uridín-difosfo-glucosa
(UDP-glucosa)
Detección espectrofotométrica33
Detección radiométrica62.63
Métodos enzimáticos basados en la reacción del pirofosfato con la fructosa -6-fosfato
Detección espectrofotométrica64
Macromoléculas
Determinación espectrofotométrica
con Alcian Blue65
Glucosaminoglucanos
Determinación
espectrofotométrica
del contenido
de ácido
urónico66
Determinación enzimática de condroitín sulfatos37
Tamm and Horsfall glucoproteínas
Aislamiento por centrifugación,
diálisis y liofilización del sedimento urinario67
Acido ribonucleico
Método espectrofotométrico68
Acidos polihidroxicarboxílicos
Citrato
Método enzimático con la citrato liasa56.69
Método espectrofotométrico70
Tartrato
Método enzimático con la tartrato hidroliasa71
Aminoácidos
Acido aspártico
Método
enzimático
con
glutamato-oxaloacetato-transaminasa
(GOT)'2
Acido glutámico
Método enzimático con glutamato deshidrogenasa73
tudiado. Macroscópicamente, la cantidad de cristales formados y su tamaño podrán estudiarse en función de la acción
del inhibidor presente. La densidad cristalina en la zona puede
determinarse fotométricamente mediante turbidimetría. Con
los otros modelos (en disolución), los estudios de cristalización
se efectúan en el seno de una disolución, ya sea en un sistema
continuo, que pretende emular las condiciones del riñón, o
bien en sistemas estacionarios en los que la cristalización del
oxalato cálcico se consigue por incremento suficiente del ion
precipitante o por siembra previa de cristales de oxalato cálcico en el medio. En los procedimientos en disolución, el seguimiento del proceso de génesis de cristales de oxalato cálcico (precipitación) se puede efectuar de varias maneras. Así,
hasta el presente se han utilizado los siguientes procedimientos: 1) contaje de partículas sólidas formadas mediante un
contador Coulter; 2) contaje de las partículas sólidas formadas
mediante una cámara de contaje y microscopía óptica, combinando con medidas nefelométricas (método desarrollado por
nosotros); 3) determinación del calcio sobrenadante mediante
un electrodo selectivo de calcio; 4) determinación del calcio
sobrenadante mediante absorción atómica; 5) determinación
del oxalato sobrenadante por medida de la radiactividad del
!4C-oxalato, y 6) determinación del oxalato cálcico precipitado
por medida de la radiactividad del 40Ca.
En este aspecto resulta interesante señalar que uno de los primeros procedimientos ensayados74 se basó en la medida de
calcificación in vitro de un cartílago en presencia de orina. Sin
embargo, los problemas inherentes a este método fueron numerosos. En la actualidad, sin embargo y como se ha visto,
se dispone de diversos métodos, alguno de ellos muy elaborado, para el desarrollo de tales estudios. A pesar de ello, la
85
MEDICINA CLlNICA VOL. 90. NUM. 2. 1988
potencia de un determinado inhibidor parece depender del
modelo empleado para su estudio, creando ello una notable
controversia acerca de la eficacia de determinados inhibidores, tal como ya se ha indicado anteriormente. Esta circunstancia puede explicarse con cierta facilidad si consideramos
que la capacidad de nucleación, crecimiento y agregación de
un cristal concreto depende de la composición y condiciones
del medio que rodea a tal cristal y éstas varían de un procedimiento a otro. Por otra parte, la orina es un sistema heterogéneo complejo cuya composición puede variar de un individuo a otro. A su vez, en un mismo individuo la composición
es función de las necesidades homeostáticas del momento.
Todas estas circunstancias nos han hecho pensar por un lado
en el desarrollo de una metodología en la que se utilicen varias
condiciones diferentes, elegidas de manera que permitan cierta extrapolación del problema y en la que la orina utilizada se
recoge en unas condiciones estándar concretas. Por otro lado,
hemos demostrado que los efectos inhibitorios de una determinada sustancia en la cristalización del oxalato cálcico
dependen intensamente del tipo de orina utilizado en el estudio correspondiente. Así, una sustancia que manifiesta
importantes efectos inhibitorios en la orina de una persona
concreta, puede manifestar efectos mucho menores en orina
perteneciente a una persona distinta o incluso presentar efectos promotores58.
Conclusión
De los aspectos comentados se derivan dos importantes conclusiones. La carencia de poder inhibidor frente a la cristalización del oxalato cálcico de una determinada sustancia, puede ser debida a su ausencia o a la presencia de otros productos
que impiden que actúe como tal. La determinación del poder
inhibidor de una determinada sustancia para un individuo
concreto deberá determinarse a través de un estudio con uso
de su propia orina (es lo que hemos denominado inhibidor a
medida).
Por otra parte, debe considerarse que la nucleación heterogénea puede jugar un papel importante en la litogénesis. Así,
una sustancia que no manifiesta efectos inhibitorios notorios
en el crecimiento de un cristal puro de oxalato cálcico, puede
presentar una importante unión a la superficie de un núcleo
heterogéneo concreto y, en consecuencia, actuar como un inc
hibidor potente. Como apuntamos en un trabajo reciente2 probablemente deba distinguirse entre inhibidores del crecimiento y de la agregación del oxalato cálcico puro e inhibidores del
crecimiento del núcleo heterogéneo inicial.
Por tanto, debemos deducir que a pesar del avance importante
que en la actualidad se ha conseguido en el estudio del fenómeno de la inhibición de la litiasis renal, es preciso todavía
proseguir en la profundización acerca de tales estudios ya que
de ello puede derivarse la génesis de nuevos fármacos útiles
para el tratamiento o prevención de esta enfermedad. En este
sentido debe señalarse que los estudios a efectuar comprenden dos aspectos claramente diferenciados. Uno hace referencia a la determinación de los niveles de concentración en
orina de las distintas sustancias con potencial actividad inhibidora, tanto en individuos sanos como enfermos con distintas alteraciones. El otro aspecto es el relacionado con los
estudios in vitro de los mecanismos de inhibición y de las interacciones químicas de los inhibidores entre sí y con otras
sustancias. Resulta evidente que de la evaluación de estos dos
aspectos para un mismo individuo, cuando se disponga de conocimientos suficientemente amplios y profundos en ambos
temas, se podrán derivar importantes conclusiones acerca de
la terapia a seguir en el tratamiento médico de la litiasis renal,
con el fin de bloquear el mecanismo de litogénesis y evitar así
la formación de nuevos cálculos.
86
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