BIODISPONIBILIDAD IN VITRO DE HIERRO Y CALCIO EN CEREALES Y DERIVADOS

Departamento de Medicina Preventiva y Salud Pública, Ciencias de la Alimentación, Toxicología y Medicina Legal

Área de Nutrición y Bromatología

Máster Universitario en Calidad y Seguridad Alimentaria

Presentado por : Yury Caldera Pinto Tutora: Dra. Reyes Barberá Sáez

Valencia, Enero de 2012

Los métodos in vitro están siendo ampliamente utilizados en la actualidad para evaluar la biodisponibilidad mineral, ya que son rápidos, seguros y no tienen las restricciones éticas de los modelos in vivo, además de ser predictivos de ser predictivos de los factores dietéticos inhibidores/potenciadores para la biodisponibilidad (Haro et al., 2006b; Parada et al., 2007; Wolfgor et al., 2001).

En líneas generales los métodos in vitro, proponen en una primera etapa que simula las condiciones fisiológicas y la secuencia de eventos durante la digestión o solo el proceso de absorción y el resultado se mide en un extracto final. Para emular estos procesos biológicos, los métodos in vitro, intentan reflejar en un ambiente controlado las condiciones físico-químicas que tiene lugar durante la digestión humana, teniendo en cuenta 3 áreas del sistema digestivo (boca, estomago e intestino), en consecuencia, las principales características de los métodos in vitro, son la temperatura, agitación, y la composición química y enzimática de la saliva, jugo gástrico, duodenal y biliar (Fernández et al., 2009; Parada et al., 2007).

Dentro de los métodos in vitro, esta la solubilidad y la diálisis para establecer las tendencias sobre valores relativos de la biodisponibilidad para minerales. De hecho, estos métodos sólo estiman la fracción del elemento disponible para la absorción (bioaccesibilidad), que constituye el primer paso en el proceso en vivo de la absorción de minerales (Perales et al., 2007).

Como segundo paso, esta metodología ha sido mejorada al incorporar cultivo celulares, para estimar la cantidad del componente activo que se asimila por la mucosa intestinal. Esta línea celular de carcinoma de colon humano (Caco-2) se caracteriza por presentar muchos de las funciones y propiedades morfológicas de los enterocitos maduros humanos, para efectos experimentales, la cantidad del nutriente en el extracto (que es captado o trasladado capa de Caco-2) se asume como la porción biodisponible del nutriente (Parada et al., 2007; Perales et al., 2007).

Estudios biodisponibilidad in vitro de hierro y calcio en cereales y derivados

Los cereales constituyen un producto básico de la alimentación humana debido a sus características nutritivas, su moderado precio y a la sencillez y variedad de su utilización culinaria, lo que hace que su consumo sea adecuado para cualquier edad y condición fisiológica. (García y Guerra, 2005; Redondo P y Silleras B, 2006).

Estas características hacen de los cereales y los productos alimenticios derivados de ellos, los vehículos más utilizados en el enriquecimiento con hierro, zinc y otros nutrientes. Los cereales enriquecidos suponen un aporte importante de este micronutriente para niños, así como para adolescentes y adultos. (Ramírez, 2010).

De las observaciones inherentes sobra la descripción de los diferentes métodos de digestión in vitro aplicados para determinar biodisponibilidad de hierro hierro y calcio en cereales y derivados llama la atención el interés de los investigados por explorar, no los cereales de forma aislada, sino los cereales integrados en matrices alimentarias más complejas.

Es significativa la elección en los 15 trabajos revisados (Figura 3) de métodos in vitro con ensayos de solubilidad, diálisis y modelos celulares para la determinación de biodisponibilidad mineral, de los cuales, 6 (40%) son de solubilidad, 9 (60%) son de diálisis. Solo 2 (13,3%) investigaciones reportaron incorporación de modelos celulares (células Caco 2), previo ensayos de

ensayos de diálisis.

En referencia a los pH reportadas (Figura 4) para cada etapa de la digestión (gástrica y duodenal), se identifican diferencias que oscilan entre pH 2 a 4 para la digestión gástrica, y pH 6 a 8,2 para la digestión intestinal, en consecuencia, y dado que es un parámetro importante en la simulación de la digestión, puede incidir en los resultados de la estimación de la biodisponibilidad mineral.

CONCLUSIONES De las metodologías para el estudio de biodisponibilidad, la técnicas in vitro

se erigen como las que ofrecen mayores ventajas operativas, basadas generalmente, en técnicas de digestión simulada, cuyo propósito es estimar el porcentaje de un componente alimentario que es transformado en el intestino a una forma absorbible, estimado tras la obtención de la fracción soluble o dializable. Los cereales y derivados solos o como parte de matrices alimentarias

complejas son el grupo de alimentos de más alto consumo en todo el mundo, convirtiéndolos en consecuencia, en un vehículo idóneo para subsanar necesidades nutricionales de poblaciones vulnerables o aportar nutrientes esenciales a través del enriquecimiento, por ello el interés en la evaluación de la biodisponibilidad de hierro y calcio. Los estudios de biodisponibilidad de hierro y calcio en cereales, son ensayos

de solubilidad y diálisis. Fundamentalmente los ensayos más utilizados se basan en la diálisis, debido a que la medición de la diálisis permite evaluar la interacción mineral-alimento y la disponibilidad de estos para ser absorbidos. Las principales diferencias en los ensayos in vitro de hierro y calcio en

cereales, corresponden a pH y tiempos de incubación.

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Figura 3.

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Figura 4.

¿Pero, que implica “biodisponible” o biodisponibilidad”?. Bajo el término biodisponibilidad se intenta incluir el resultado de una secuencia compleja de eventos metabólicos difíciles de medir y dependientes de otros factores inherentes al individuo (Andrés et al., 1988). De esto se infiere que la biodisponibilidad de nutrientes se rige por factores externos e internos. Entre los factores externos se incluye la matriz alimentaria y la forma química del nutriente en cuestión, mientras que por otro lado el sexo, la edad, el estado nutricional y la etapa de la vida son algunos de los factores internos. Dado que algunos aspectos, como el estado nutricional, también determinan la cantidad de un nutriente que el cuerpo utiliza, almacena o excreta, algunas definiciones de biodisponibilidad se limitan a la fracción del nutriente que es absorbida (EUFIC, 2010; Martínez et al., 1999).

El término biodisponibilidad se emplea ampliamente en la literatura científica y en la práctica farmacéutica y biomédica. Pero antes de definir biodisponibilidad se hace imprescindible considerar algunos elementos fundamentales vinculados a su conceptualización. Uno de ellos, es que se proponen varias definiciones (Tabla 3), las cuales, se ajustan al área de investigación que se aplica (Fernández et al., 2009). Otro elemento a tener en cuenta es que la biodisponibilidad de nutrientes hoy día es un concepto importante, pero confuso, a menudo asociados con la eficiencia de la absorción y utilización metabólica de los nutrientes ingeridos (Parada, 2007). También los conceptos de bioaccesibilidad y biactividad o bioeficacia, son necesarios estimarlo, en virtud, que aunque la biodisponibilidad y bioaccesibilidad se utilizan de forma indistinta, es importante tener en cuenta que la biodisponibilidad incluye necesariamente bioactividad (Fernández et al., 2009), siendo la bioactividad una serie de eventos relacionados con la forma en que el compuesto activo se transporta, llega al tejido diana, interactúa, se biotransforma (bioconversión) y genera la respuesta fisiológica determinada (Fernández et al., 2009; Gibson, 2007; Parada, 2007).

En el caso de biaccesibilidad, esta es definida como la cantidad de nutriente ingerido que esta disponible para la absorción en el intestino después de su digestión (Parada, 2007), o como la fracción de un compuesto que es liberado de la matriz alimentaria en el tracto gastrointestinal, y en consecuencia, se convierte en disponible para su absorción, este concepto incluye toda la secuencia de eventos que se desarrollan durante la transformación digestiva de los alimentos hasta ser asimilados por el organismos en la células epitealiales del intestino y por último su metabolismo pre sistémico (intestinal y hepático) (Parada, 2007). En consecuencia, no es equivalente hablar de biodisponibilidad y bioaccebilidad (Figura 1), porque la bioaccesibilidad es parte del proceso complejo de la biodisponibilidad y el conceptos de biodisponibilidad incluye bioaccesibilidad (Fernández et al., 2009; Parada, 2007)

Los siguientes componentes describen los distintos pasos de la vía metabólica donde pueden darse cambios en la biodisponibilidad de los nutriente: (a) La liberación del nutriente de la matriz alimentaria físico-química; (b) Los efectos de las enzimas digestivas en el intestino; (c) La unión y utilización por parte de la mucosa intestinal; (d) El paso por la pared intestinal (pasando a través de las células, entre ellas o de las dos formas) a la sangre o la circulación linfática; (e) La distribución sistémica; (f) La deposición sistémica; (g) El uso metabólico y funcional y (h) La excreción por vía urinaria o fecal (EUFIC, 2010).

Biodisponibilidad

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Figura 1. Descripción de biodisponibilidad y sus vinculaciones a los conceptos de bioaccesibilidad y biactividad.

En consecuencia, no es equivalente hablar de biodisponibilidad y bioaccebilidad (Parada, 2007), porque la bioaccesibilidad es parte del proceso complejo de la biodisponibilidad y el conceptos de biodisponibilidad incluye bioaccesibilidad.

A los efectos de concretar las definiciones sobre biodisponibilidad, bioaccesibilidad y biactividad, se adoptaran los siguientes conceptos (Figura 2) de los propuestas anteriormente

BIODISPONIBILIDAD Es la integración de los diversos procesos mediante el cual una fracción de un nutriente ingerido esta disponible para la digestión, absorción, transporte, utilización y eliminación (Haro et al., 2006; Hurrell

et al., 2010).

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Los métodos in vitro están siendo ampliamente utilizados en la actualidad para evaluar la biodisponibilidad mineral, ya que son rápidos, seguros y no tienen las restricciones éticas de los modelos in vivo, además de ser

Figura 2. Definiciones de biodisponibilidad, bioaccesibilidad y biactividad.

Métodos para evaluar la biodisponibilidad

Métodos in vitro

Los modelos para evaluar la biodisponibilidad mineral incluyen ensayos in vivo e in vitro (Binaghi et al., 2008; Martínez et al., 1999). Sobre los ensayos in vivo, hay que considerar el uso de modelos animales para evaluar la biodisponibilidad en seres humanos lo que implica una limitación por las diferencias entre especies, tanto en la velocidad de crecimiento como en la actividad de enzimas intestinales y microbianas, y en la fisiología y anatomía intestinal. Los ensayos en seres humanos requieren, generalmente, el uso de isótopos radioactivos, su aceptación no es universal por motivos éticos y económicos. El empleo de isótopos estables implica mayores costos aún, lo que restringe su utilización.

Por el contrario los métodos in vitro son rápidos, menos costosos y permiten mayor control sobre las variables experimentales; los más usados son los que se basan en técnicas de digestión simulada (Binaghi et al., 2008; Haro et al., 2006; Parada et al., 2007). Se basan, generalmente, en técnicas de digestión simulada, cuyo propósito es estimar el porcentaje de nutriente que es transformado en el intestino a una forma absorbible, estimado tras la obtención de la fracción soluble o dializable, que en teoría podría ser adsorbida en el borde de cepillo del intestino. Existen diferencias entre los métodos de solubilidad y diálisis, dependiendo de la determinación de la fracción soluble o dializable de la muestra digerida (Viadel, 2002).