Cinética de la secreción de insulina durante el ayuno

El páncreas es una glándula que tiene una doble función: exocrina y endocrina. La secreción exocrina o externa se denomina jugo pancreático. La endocrina, a cargo de los islotes de Langerhans, segrega hormonas, que pasan directamente a la sangre. Al microscopio óptico, los islotes de Langerhans aparecen como acúmulos celulares con varios tipos de células: las células beta que segregan insulina, las células alfa que segregan el glucagón y otros tipos celulares que son los responsables de la secreción de gastrina, somatoestatina y otras hormonas. Las células alfa suelen aparecer en la periferia del islote y las células beta hacia el centro. Al microscopio electrónico, en la célula beta se destacan unos gránulos densos dentro de unas vesículas. Estos gránulos se denominan beta y contienen insulina y proinsulina. El aislamiento de la hipotética hormona pancreática fue laborioso y tardío. Su descubrimiento se debió a dos cirujanos canadienses, Banting y Best, en 1921, y se aplicó inmediatamente en clínica con resultados espectaculares. Es interesante conocer la causa por la que se tardó más de 20 años en la extracción de la insulina. La dificultad consistía en la purificación a partir de tejido pancreático. El páncreas es, en un 98 por ciento, exocrino: tiene por función segregar jugo pancreático compuesto de agua, bicarbonato y enzimas necesarias para la digestión de lípidos, proteínas y carbohidratos. Ahora bien, en la extracción, se provoca involuntariamente la activación de tripsina y quimotripsina, que son enzimas proteolíticos, es decir, degradantes de la insulina al tratarse de una hormona proteica. La rotura de las cadenas peptídicas de la insulina acaba con la funcionalidad o actividad biológica de la misma. La solución de este problema la encontraron varios grupos a la vez en lugares distintos (Rumania, Grecia, Canadá, etc.), pero la más conocida es la experiencia de Banting y Best. Ambos investigadores operaron a un perro y le ligaron los conductos excretores pancreáticos, provocando de esta suerte la atrofia del páncreas exocrino en unas pocas semanas. El páncreas procedente de este animal era pobre en enzimas proteolíticos; efectivamente, un homogenizado del mismo podía bajar la glucemia en el perro diabético. En los años siguientes, se logró purificar la insulina, conocer sus características fisicoquímicas, sus propiedades y, por último, el mecanismo de su síntesis. En 1955, Sanger dilucidó la estructura de la insulina bovina y, en 1963, investigadores norteamericanos, chinos y alemanes, simultánea e independientemente, lograron la síntesis de dicha hormona. La insulina es una proteína pequeña, de peso molecular 5.900. Se compone de dos cadenas, A y B, unidas por dos puentes disulfuro. Existe también un puente disulfuro intracatenario en la cadena A. En su configuración forma hexámeros con cationes de cinc (Zn++), agrupándose varias moléculas. En 1970, Steiner y colaboradores, de la Universidad de Chicago, aislaron un precursor de la insulina, al que denominaron proinsulina. El peso molecular de la proinsulina es de 9.000, aproximadamente, y tiene muy poca actividad biológica. En presencia de enzimas proteolíticos como la tripsina se rompe la cadena de proinsulina, liberando el péptido de conexión (C), transformándose en la insulina. (Goberna, 1978). OBJETIVOS En el momento actual desconocemos si es la glucosa misma o algunos de sus metabolitos el disparador que pone en marcha el mecanismo de secreción de la insulina. La célula beta es capaz de responder, a concentraciones crecientes de glucosa aumentando la secreción. La dificultad de conocer el mecanismo de secreción se basa en el hecho de que la glucosa además de ser la señal que pone en marcha el mecanismo, es metabolizada en la célula beta. Hay evidencias que orientan a considerar el metabolismo de la glucosa como el desencadenante de la secreción. Otras en cambio hacen pensar en la existencia de un glucorreceptor o glucosensor que al unirse a la glucosa dispararía el mecanismo de secreción. Este glucosensor determinaría la afinidad de la glucosa con el mecanismo responsable de la secreción de insulina. La afinidad glucosa-receptor o glucosa transportador, podría modificarse en algunas circunstancias, tales como el ayuno. El ayuno resulta un modelo experimental de gran interés, porque bloquea el mecanismo antes citado de secreción de la célula beta. Valiéndose del modelo experimental que supone el ayuno y utilizando técnicas experimentales como el páncreas aislado y perfundido de rata, el objetivo de este trabajo es el estudio del mecanismo de secreción de la célula beta desde un punto de vista bioquímico. CONCLUSIONES 1. En páncreas aislado y perfundido la secreción de insulina muestra una cinética sigmoide dependiente de la glucosa extracelular en concentraciones comprendidas entre 2,75 y 33,4 mM. 2. El ayuno provoca un bloqueo de la secreción de insulina por inactivación de la célula beta. En el trabajo se muestra como la glucosa, arginina y beta-OH-butirato a diferentes concentraciones son incapaces de estimular la secreción en periodos de ayuno de 4 y 8 días. 3. El ayuno provoca una pérdida del sigmoide característico y la linearización de la secreción. 4. La realimentación con dieta standard durante cuarenta y ocho horas en animales sometidos a cuatro días de ayuno, desbloquea parcialmente la secreción de insulina que vuelve a la normalidad, apareciendo la cinética sigmoidal. 5. La utilización de teofilina 5 mM (metilxantina) en páncreas procedentes de animales ayunados, desbloque también la secreción de insulina, y reaparece la cinética sigmoidal. Los mismos resultados se obtienen con dibutiril-AMPc 2 mM. 6. Al aumentar las concentraciones de Ca++ en el medio de perfusión (de 3,5 a 7,5 mM) de los páncreas procedentes de las ratas ayunadas, aumenta significativamente la secreción de insulina, pero la cinética continúa siendo lineal. 7. La arginina aumenta la secreción de insulina, inducida por glucosa, siendo la cinética de secreción lineal. Realizadas las mismas experiencias en el ayuno, la cinética de secreción continúa siendo lineal. 8. Nuestros resultados indican que el beta-OH-butirato, en presencia de glucosa, representa un estímulo de la célula beta, produciendo un aumento inmediato de la secreción de insulina. En el ayuno, hay una pérdida progresiva de la sensibilidad de la célula beta frente al beta-OH-butirato. 9. Estos hallazgos nos hacen postular la hipótesis de que en el ayuno se pierde alguno de los mecanismos de secreción. No sabemos todavía si se trata de un transportador de la glucosa, un enzima alostérico de las primeras etapas de la glicolisis como la hesoquinasa, glucoquinasa o fosfofructoquinasa, o un hipotético glucosensor. Los trabajos en la Cátedra de Bioquímica se orientan en este momento para aclarar estas incógnitas