funciÓn biolÓgica del cinc en el control de la …
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1 Morfovirtual2020
V Congreso virtual de Ciencias Morfológicas
V Jornada Científica de la Cátedra Santiago Ramón y
Cajal
FUNCIÓN BIOLÓGICA DEL CINC EN EL CONTROL DE LA GLICEMIA
Autores: Javier Jordan Mendoza Mulén1 [email protected]
William Alfredo Mayer Alkaim 2
Ing. Rafael Despaigne Cueva3
Dr. Elio Cisneros Prego4
MSc. Lic. Yudaine Lescay Parreño5
1-Estudiante de quinto año de Medicina. Alumno Ayudante de
Anestesiología. Universidad de Ciencias Médicas de Santiago de Cuba.
Facultad de Medicina 2
2- Medico General. Universidad de Ciencias Médicas de Santiago de
Cuba. Facultad de Medicina 2
3-Ingeniero Químico. Profesor Asistente. Universidad de Ciencias
Médicas de Santiago de Cuba. Facultad de Medicina 2
4-Especialista de segundo grado en Bioquímica Clínica. Profesor
Auxiliar. Universidad de Ciencias Médicas de Santiago de Cuba. Facultad de
Medicina 2
5-Licenciada en Enfermería, Master en Enfermedades infecciosas.
Profesor Instructor. Universidad de Ciencias Médicas de Santiago de Cuba.
Facultad de Medicina 2
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RESUMEN
El cinc es conocido como un metal traza esencial que desempeña un
importante papel en el control de la glicemia. La elaboración de este trabajo
se realizó con la finalidad de explicar la función biológica del cinc en el
control de la glicemia a través de su actividad reguladora en el metabolismo
de los glúcidos, para lo cual se realizó una exhaustiva revisión bibliográfica
consultándose 41 bibliografías, de las cuales 27 fueron utilizadas. Este
trabajo contiene elevada importancia ya que se profundizó en nuevos
horizontes respecto a la regulación de la glicemia, contenidos que se
imparten en la disciplina Bases Biológicas de la Medicina y con particular
interés para la asignatura Metabolismo y Nutrición. El cinc influye sobre las
enzimas del metabolismo de la glucosa en el control de la glicemia
estimulando la glicólisis, por ello el consumo de alimentos ricos en cinc es
beneficioso para el organismo.
Palabras Clave: Cinc, Glicemia, Insulina, Glicólisis
INTRODUCCIÓN
La Química Bioinorgánica, como mezcla de la Bioquímica y la Química
inorgánica, puede ser definida como la ciencia que trata del estudio de la
reactividad química de los elementos y compuestos inorgánicos en los
sistemas biológicos. Aunque la biología se asocia tradicionalmente con la
química orgánica, al menos 20 elementos inorgánicos tienen un papel
fundamental en los procesos biológicos, entre los que se encuentra el Cinc,
la mayoría de esos elementos se presentan en cantidades muy pequeñas en
los seres vivos (trazas, microtrazas y ultramicrotrazas).1 (Ver en anexos
tabla 1)
Varios aspectos del metabolismo celular son dependientes de zinc. El zinc
desempeña importantes funciones en el crecimiento y desarrollo, en la
respuesta inmune, en la función neurológica y la reproducción. A nivel
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celular, la función del zinc se puede dividir en tres categorías: catalítica,
estructural, y regulatoria. A esta última función se refiere este trabajo.
En la primera mitad de este siglo el papel de los metales y otros elementos
inorgánicos en los procesos biológicos era, o bien desestimado o
menospreciado. Actualmente se sabe que existe un conjunto de elementos
inorgánicos que forman compuestos esenciales para la vida. Ello abrió un
nuevo campo en la Química: la Bioinorgánica o Bioquímica Inorgánica,
donde la Química de los Compuestos de Coordinación ha encontrado su
mayor desarrollo.1
El zinc fue reconocido por primera vez como esencial para un sistema
biológico en 1869 en estudios con Aspergillus níger, en 1926 fue
demostrado ser esencial para plantas superiores y en 1934 se demostró su
esencialidad para el crecimiento de ratas. En 1955 se relacionó la
paraqueratosis en cerdos con deficiencia de Zn, posteriormente se conoció
su importancia para el crecimiento de las gallinas. En humanos las primeras
referencias datan de 1956 cuando se estudió el metabolismo del zinc en
individuos cirróticos.1 Hoy se conoce que el cinc es un elemento beneficioso
integral y esencial de la molécula de insulina, aunque todavía su uso no se
ha evidenciado en el tratamiento de afecciones en la regulación de la
glucosa.
El Zn se caracteriza por ser un elemento ampliamente distribuido en la
naturaleza, pero no es abundante, ya que representa sólo el 0,012% de la
corteza terrestre. En los suelos su concentración media es de 50 mg/kg.
Actualmente la mayor parte del zinc producido se emplea en la
galvanización del hierro y acero, así como en la manufacturación del latón.
Los objetos galvanizados (alambres, clavos, láminas, etc.) se emplean en la
industria del automóvil, la construcción, equipamientos de oficinas y
utensilios de cocina, etc. También se utilizan grandes cantidades de zinc en
la obtención de aleaciones, y en polvo se utiliza como agente reductor.
Dentro de los compuestos, el óxido de zinc es el más importante cuali y
cuantitativamente. Es uno de los elementos esenciales más abundantes en
el cuerpo humano y al ser un ión intracelular se encuentra en su mayoría en
el citosol. Su cantidad en el individuo adulto oscila entre 1 y 2,5 g, siendo el
segundo oligoelemento en relación a la cantidad total en el organismo,
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siendo superado tan sólo por el hierro. Las concentraciones más elevadas
aparecen en el hígado, páncreas, riñones, huesos y músculos voluntarios,
existiendo también concentraciones importantes en el ojo, próstata,
espermatozoides, piel, pelo y uñas. Para valorar su estatus en el organismo
se usan principalmente como biomarcadores los niveles en suero, plasma y
eritrocitos.
Hoy se conoce que el cinc es un elemento relevante en la bioquímica de los
carbohidratos; mas, no se ha podido corroborar su uso en pacientes con
trastornos metabólicos de los glúcidos. Se han expuesto pocos trabajos
acerca del tema pero ninguno de ellos expone el uso de estos interesantes
conocimientos teóricos en la elaboración de fármacos, lo cual constituye una
gran necesidad para las ciencias de hoy. Se pudo revisar que países como
España, México y Guatemala han abordado la temática pero como se
expresó al inicio desde los acápites teóricos, ninguno se ha sometido a la
práctica en aras de dar solución a un problema específico y se considera
que la profundización en este tema ayudaría a combatir una entidad
patológica que atenta contra el mundo: la Diabetes mellitus.
Problema científico:
Desconocimiento del desempeño del zinc en el metabolismo de la glucosa.
Justificación del problema científico:
El cinc es un elemento de suma importancia lo cual se ha ratificado través
de sus diversas funciones biológicas en el organismo, entre todas las
funciones de este mineral suele enumerarse pocas veces su función
reguladora en el metabolismo de la glucosa, función de mucha importancia
debido a su papel glicolítico y casi desconocida por muchos en la actualidad,
lo cual demuestra que el uso del zinc puede estar asociado al tratamiento
de la hiperglicemia y con ella de la Diabetes Mellitus, razón por la que se
debe conocer que el cinc participa en reacciones del metabolismo de la
glucosa e indica una función importante.
OBJETIVO
Explicar la función biológica del cinc en el control de la glicemia a través de
su actividad reguladora en el metabolismo de los glúcidos.
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DESARROLLO
El cinc (Zn) es un micromineral que participa en más de 200 reacciones
químicas a nivel celular. La importancia del cinc como un nutriente esencial
para la salud humana es de amplio conocimiento. A comienzos de la
década de 1930 estudios en animales mostraron la importancia del cinc en
el crecimiento y supervivencia de los animales. Más adelante, en 1961,
Prasad y colaboradores reconocieron la importancia de la deficiencia de cinc
en humanos.2 Una deficiencia moderada de zinc puede ser relativamente
normal en personas con diabetes. Sin embargo, la influencia del zinc en el
metabolismo de la glucosa aún no está clara y se precisan más estudios
antes de recomendar una suplementación de altas dosis de zinc a pacientes
diabéticos
En la actualidad se conoce que más de 100 enzimas necesitan cinc para su
función catalítica. El cinc participa en una gama de procesos bioquímicos
relacionados con el metabolismo humano y no es extraño que múltiples
funciones fisiológicas y metabólicas se vean alteradas cuando ocurre su
deficiencia.3-5
El contenido de cinc en un hombre adulto es de 1.4-2.3 g, por lo cual es el
segundo biometal de transición en abundancia en el organismo humano. La
dieta diaria normal contiene 12-15 mg de cinc, de los cuales sólo se
absorben unos 5 mg.6
El Cinc en la Regulación de la Glicemia
El cinc es un elemento beneficioso integral y esencial de la molécula de
insulina. Además facilita la asimilación de la insulina y por lo tanto, prolonga
su acción, ayudando al almacenamiento de la insulina en el páncreas. Este
mineral interactúa con la hormona insulina para garantizar un correcto
funcionamiento y así, dicho oligoelemento tiene un papel importante en la
regulación de la glucosa en la sangre a través de los niveles de acción de la
insulina.
Estudios in vitro muestran la presencia de formas diméricas de la insulina
en presencia de cinc a un pH neutro que favorece la formación de un
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hexámero que se conforma de tres dímeros, el cual es relativamente
estable.
Cambios en la conformación terciaria producen alteraciones en la actividad
biológica de esta hormona.
Existen datos que sugieren modificaciones conformacionales de la insulina
que afectan el enlace con su receptor y las propiedades antigénicas de
ella.7-10
El papel del cinc en el metabolismo de los carbohidratos es de gran interés
por la acción de este elemento sobre la insulina.
Estudios realizados en animales y humanos indican que la deficiencia de
cinc se asocia con:
Reducción en la secreción de insulina.
Resistencia tisular a la acción de esta hormona.
Aumento en las concentraciones séricas de glucosa.8,11
El efecto predominante sobre la homeostasis del cinc en un estado de
hiperglucemia es la hipocincemia, que puede ser el resultado de
hipercincuria o de la disminución en la absorción gastrointestinal del cinc.
En 1966, Quaterman y colaboradores demostraron que la deficiencia de cinc
en las ratas inducida por la dieta producía una disminución en la capacidad
del páncreas para secretar insulina en respuesta a una carga de glucosa.12-
14
Pocos años después, Boquist y colaboradores realizaron un estudio en
hamsters que alimentaron con una dieta deficiente de cinc; demostraron
que los animales cursaban con hiperglucemia. Esto sugiere que la
deficiencia de cinc reduce la capacidad del páncreas para responder
apropiadamente. Demostrando que existe una disminución en la
granulación de la célula beta pancreática.15
El zinc desempeña en el ciclo de la insulina un papel importante. Es parte
de ésta y es necesario para el almacenamiento y efectividad de la hormona.
El zinc también forma parte de muchas e importantes enzimas que
intervienen en la regulación y equilibrio de la glucosa implicada en el
organismo. Controla, por ejemplo, la liberación de insulina después de la
ingesta de alimentos.1-4, 16.
Por otra parte, a fin de localizar los puntos por los cuales el cinc actúa en el
metabolismo de los carbohidratos, Brand y Kleineke realizaron
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experimentos in vitro con hepatocitos de ratas alimentadas con cinc y
observaron que a bajas concentraciones de éste hubo estimulación de la
gluconeogénesis e inhibición significativa de la glucólisis.
Con ello demostraron que el cinc ejerce su acción en tres enzimas
reguladoras clave de la glucólisis y gluconeogénesis:
Inhibe la fosforilasa cinasa,
Activa a la piruvato cinasa
Activa la fosfofructocinasa2, 17 (Ver figuras No.1 y 2 en anexos)
Una dosis regular de zinc durante varias semanas activa en los diabéticos la
producción de insulina restante que necesitan y consigue estabilizar los
niveles sanguíneos de azúcar. Al mismo tiempo disminuye el azúcar en
sangre en ayunas, lo que, en el caso de los diabéticos, se denomina
hemoglobina glicosilada (o glucosilada). El zinc también tiene efectos
positivos en la cicatrización de heridas. Por lo tanto, la toma es también
necesaria en el caso de diabéticos que presenten algún signo de
gangrena.18-20
Como parte del tratamiento y prevención de la diabetes es beneficioso
tomar diariamente entre 15 y 30 mg de zinc. Una parte debería tomarse en
forma de suplemento dietético. Una deficiencia moderada de zinc puede ser
relativamente normal en personas con diabetes. El incremento en la pérdida
de zinc por orinar de manera frecuente parece contribuir al estado
nutricional marginal del zinc observado en diabéticos.21-23
Aunque la suplementación con zinc según se informa mejora la función
inmune en diabéticos, en un estudio la suplementación con zinc de 50
mg/día afectó de manera adversa el control de la glucosa sanguínea en los
diabéticos dependientes de insulina (tipo 1). En otro estudio, la
suplementación de diabéticos tipo 2 con 30 mg/día de zinc por seis meses
redujo las mediciones no específicas de estrés oxidativo (plasma TBARS, en
inglés) sin alterar significativamente el control de la glucosa sanguínea. Más
recientemente, un estudio controlado con placebo en 40 hombres con
diabetes tipo 2 mostró que los suplementos de zinc en dosis altas (240
mg/día) durante tres meses, no mejoró las medidas de estrés oxidativo o la
función vascular, pero los hombres en este estudio tenían normales los
niveles de zinc. Actualmente, la influencia del zinc sobre el metabolismo de
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la glucosa requiere de más estudios antes de que la suplementación con
zinc en altas dosis pueda ser recomendada en diabéticos. Parece prudente
que los pacientes diabéticos cumplen con la dosis diaria recomendada de
zinc.24-26
Funciones fisiológicas del zinc27
Función cerebral.
Neuromodulador en las sinapsis.
Respuesta frente al stress.
Crecimiento e integridad celular.
Mantiene la homeostasis de los tejidos epiteliales.
Citoprotector: propiedades antioxidantes, antiapoptóticas y
antiinflamatorias.
Metabolismo del hueso pues es un constituyente de la matriz, es un
activador de varias metaloenzimas e incrementa los parámetros de la
formación del hueso.
Maduración sexual.
Fertilidad y reproducción: importante para el desarrollo y crecimiento
fetal.
Mantenimiento de la función ocular normal.
Visión nocturna.
Agente inmunorregulador y regulador en diferentes mediadores de la
inmunidad como enzimas y citoquinas, lo que explica las gran
importancia del zinc en la regulación de la activación, proliferación y
apoptosis de las células linfoides.
Función cardiorrespiratoria y promoción de fuerza en personas sanas
y en atletas. Suplementación con zinc tiene efectos positivos en los
parámetros hematológicos de atletas.
Determinados elementos traza, como es el caso del Zn, intervienen
en la regulación de la presión sanguínea, actuando por lo tanto en
ciertos tipos de hipertensión arterial.
Sentido del gusto y del apetito, debido a ello, una terapia con zinc
aumenta la recuperación de pacientes que sufren anorexia nerviosa
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por un incrementar la ganancia de peso y mejorar la ansiedad y
depresión de estos pacientes.
Fuentes dietéticas de zinc27
El zinc está extensamente distribuido en alimentos y bebidas, pero tal como
ocurre con otros elementos, los contenidos son tremendamente variables y
en general bajos. Son los productos de origen marino, principalmente los
mariscos (ostras y crustáceos), los alimentos más ricos en Zn, seguidos de
las carnes rojas, derivados lácteos y huevos, y los cereales integrales. Los
vegetales, con excepción de las leguminosas, no son alimentos que
presenten contenidos en zinc altos. Por todo ello, las verduras, hortalizas y
frutas, grasas, pescados y dulces son fuentes pobres de zinc.
En los alimentos el Zn se halla asociado particularmente a las proteínas y
ácidos nucleicos, lo que va a condicionar en cierta medida su
biodisponibilidad. El zinc procedente de los alimentos vegetales es de menor
biodisponibilidad debido a la presencia de ácido fítico que forma complejos
insolubles poco absorbibles.
En aguas de abastecimiento público, los contenidos en zinc, como ocurriría
con los de hierro y cobre, pueden provenir en parte de la disolución de los
terrenos y en parte de la cesión a partir de los materiales de las
conducciones. En el anexo C de la Reglamentación Técnico-Sanitaria para el
abastecimiento y control de las aguas potables de consumo público, se
establece un valor guía de 100 μg/L de zinc, indicándose que a valores
superiores a los 5 μg/L pueden aparecer sabores astringentes,
opalescencias y depósitos granulosos. En la Isla de Tenerife no se han
encontrado concentraciones detectables de zinc. Debemos destacar también
que el procesado de alimentos es una de las principales causas de la
pérdida de zinc. El ejemplo más representativo de este efecto lo constituyen
los cereales, que pueden ver reducido su contenido desde un 20 a un 80%
cuando son refinados. Es por este motivo por el que se debe tener una
especial consideración con las personas vegetarianas, ya que en estas
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personas los cereales son la principal fuente de zinc en la dieta. Si a la
pérdida del 20-80% del contenido de zinc durante el refinado unimos que la
biodisponibilidad del zinc en este tipo de dietas está disminuida si el
contenido de fitato es alto se concluye que la absorción y por tanto el
estatus de zinc en personas que siguen dietas vegetarianas es menor que
en las que no las siguen46. En España, según el panel de consumo de
198847, la mayor fuente dietética de zinc la constituyen los alimentos de
origen animal con un 56% de la ingesta, en particular la carne y sus
derivados con un 30% y la leche y los lácteos con algo más del 17%. A
continuación vendrían los cereales con un 13%, las legumbres con un 8%,
las patatas con el 3% y las hortalizas y frutas con un 13%.
CONCLUSIONES
El cinc forma parte de numerosas enzimas en el cuerpo humano teniendo
un rol regulador. Este tiene un papel importante en el metabolismo de la
glucosa y el control de la glicemia ya que tiene efecto sobre la insulina
incrementando su almacenamiento, liberación y efectividad. Además influye
sobre las enzimas del metabolismo del glucógeno en el control de la
glicemia favoreciendo la glucogénesis e inhibiendo la glucogenolisis. De este
modo se pudo explicar la función del cinc en la regulación del metabolismo
de la glucosa, lo cual constituye un punto de partida importante para el
desarrollo de posteriores investigaciones.
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Toxicología. Universidad de La Laguna. España. 2007
Anexos
Tabla 1. Propiedades físico-químicas del Cinc.2
Nombre Cinc (Zn)
Número atómico 30
Valencia 2+
Estado de oxidación 2+
Electronegatividad 1,6
Radio covalente (Å)1,31
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Radio iónico (Å)0,74
Radio atómico (Å) 1,38
Configuración electrónica [Ar] 3d10 4s2
Primer potencial de ionización (eV) 9,42
Masa atómica (g/mol)65,37
Densidad (g/ml) 7,14
Punto de ebullición (ºC) 906
Punto de fusión (ºC) 419,5
Descubridor Andreas Marggraf en 1746
Figura No. 1: Papel del Cinc en el metabolismo del glucógeno.
Figura No. 2: Papel del Cinc en el metabolismo de la glucosa
Zn
INHIBE
Fosforilasa Cinasa Glucogénesis
Glucogenolisis INHIBE
FAVORECE
Glucógeno Fosforilasa
NO ACTIVA
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