UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD Departamento de Pediatría Unidad de Genética Humana
TALLER ERRORES INNATOS DEL METABOLISMO X SEMESTRE
Doctora MARÍA AMPARO ACOSTA ARAGÓN M.D., M.Sc. Genética Humana Ph.D. Genética de Poblaciones Humanas y Genética Forense
Popayán 2018
UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD Departamento de Pediatría AREA: MEDICINA INTERNA PEDIÁTRICA – GENÉTICA CLÍNICA TEMA: ERRORES INNATOS DEL METABOLISMO METODOLOGÍA: TALLER DOCENTE: M.D. Ph.D. MARÍA AMPARO ACOSTA ARAGÓN OBJETIVOS 1. Analizar las alteraciones que se observan en las rutas metabólicas en el curso de determinadas enfermedades. 2. Identificar las consecuencias patológicas de los errores congénitos y los métodos de diagnóstico empleados actualmente en estas enfermedades. 3. Discernir el patrón de herencia de una patología metabólica en un caso clínico. METODOLOGÍA
Descripción de casos clínicos Preguntas relacionadas con aspectos bioquímicos de la ruta metabólica alterada, clínica, tratamiento y aspectos genético-moleculares.
BIBLIOGRAFÍA Textos Básicos 1) Tratado de Pediatría. Nelson. 2) Mc.Kusick V.A.: The morbid anatomy of the Human Genome. 3) Shiv V.E.: Laboratory Techniques for detection of hereditary metabolic disorders. Revistas 1) Trends in Pharmacological Sciences. Vol.26. No. 2 February (2005) 2) Journal compilation. Clinical and experimental Dermatology, 34: 178-182 (2008) 3) Pediatric Dermatology vol. 23 No,.3:362-265 (2006) 4) Journal Health Population Nutrition Aug 28(4): 413-415 (2010) 5) Amino Acids 42: 1765-1772 (2012) 6) Molecular Genetics and Metabolism 110: 241-247 (2013) 7) Health and Quality of Life Outcomes 11:54 (2013) 8) The Egyptian Journal of Medical Human Gentics 14: 293-298 (2013) 9) Health MED. Volume 6(29 (2012)
INTRODUCCIÓN Se entiende por error congénito el metabolismo, la aparición de un trastorno Bioquímico, determinado por factores genéticos, en el cual la falta de una enzima específica origina un bloqueo metabólico que puede tener consecuencias clínicas. El concepto error congénito como causa de enfermedad, fue sugerido inicialmente por el médico inglés, Sir Archival Garrod, en 1902, poco después del redescubrimiento de las leyes de Mendel. Garrod observó que en la alcaptonuria y en otros trastornos parecidos, era como si los enfermos no pudiesen efectuar una etapa metabólica específica. En el caso de la alcaptonuria, esta etapa era la ruptura del anillo bencénico del aminoácido tirosina. La incapacidad de realizar esta ruptura provoca la excreción de un componente anormal dela orina, el ácido homogentísico o alcaptona. Garrod observó también que estos trastornos presentaban una evidente distribución familiar: dos o más hermanos pueden estar afectados, aún cuando los padres y otros familiares fuesen normales, y además observó que la incidencia era mayor en hijo de padres consanguíneos. Después de discutir este asunto con Bateson, un biólogo importante y uno de los fundadores de la Genética, Garrod interpretó este tipo de distribución como el que cabría esperar de acuerdo con la herencia mendeliana recesiva y descubrió la alcaptonuria como el primer ejemplo de la herencia recesiva en el hombre. El concepto de Garrod de que un error congénito del metabolismo era un defecto enzimático de determinación genética que causaba la interrupción de la vía metabólica en un punto específico se adelantó mucho a su tiempo. La primera demostración efectiva de un defecto enzimático en un error congénito se obtuvo muchos años después, en 1952, cuando Gerty Cori demostró que la enfermedad de Von Gierke, un tipo de glicogenosis, se debía a la pérdida de actividad de la enzima glucosa deshidrogenasa. Se puede concluir entonces que las enfermedades hereditarias debidas a desórdenes en los procesos metabólicos son consecuencia de la falta o disminución de la actividad de una proteína. El estudio de las enfermedades genéticas del metabolismo ha sido una fuente de conocimiento no sólo para la clínica y la genética, sino también para la bioquímica, dado que mediante el desarrollo de técnicas se han descubierto nuevos pasos en las vías metabólicas y se han mejorado y profundizado en las formas de diagnóstico tratamiento de estas enfermedades. Actualmente se conocen unas 650 enfermedades genéticas del metabolismo que han sido catalogadas como: autosómicas dominantes, recesivas y ligadas al sexo. Aproximadamente en el 30% de ellas se ha demostrado una deficiencia enzimática. Las enzimopatías se manifiestan de maneras muy diversas, pero los signos clínicos en muchas de ellas presentan similitud con otras enfermedades, de modo que se hace necesario precisar la de eficiencia de la enzima involucrada para el diagnóstico de la enfermedad.
El estudio de las fallas de las diferentes enzimas es de vital importancia para el diagnóstico definitivo y una terapia adecuada. En la mayoría de las enfermedades genéticas del metabolismo, no existe hasta el momento un tratamiento totalmente efectivo, pues la terapia consistiría en reemplazar el gen defectuoso antes de que se produzcan daños irreversibles en el paciente. Pero con un diagnóstico y el tratamiento adecuado, se puede dar un manejo que alivie al paciente de su sintomatología y prevenga en algunas de las enfermedades, secuelas como el retardo mental o la muerte a muy temprana edad.
OBJETIVOS 1. Analizar las desviaciones que se observan en las rutas metabólicas en el curso de determinadas enfermedades. 2. Descubrir las consecuencias patológicas de los errores congénitos y los métodos de diagnóstico empleados actualmente. 3. Discernir el patrón de herencia de una patología metabólica en un caso clínico.
MATERIALES Hojas cuadriculadas que cada estudiante deberá proveerse.
Descripción del caso La enfermedad de Hartnup se denominó así por un niño de 12 años., E. Hartnup que ingresó en un hospital de Londres con una erupción rojiza descamativa y moderada ataxia cerebelosa. Su madre pensó que padecía pelagra debido a que su hija mayor, que había presentado los mismos síntomas, había sido diagnosticada previamente de tal enfermedad. El niño no presentaba la acostumbrada forma de pelagra por deficiencia dietética, pero se hallaron en su orina gran cantidad de aminoácidos libres. Cuando otra hija presentó un ataque recurrente de ataxia, se observó también que su orina contenía cantidades excesivas de aminoácidos. Otros dos hermanos presentaban la misma aminoaciduria; sin embargo, otros cuatro eran normales. Los padres eran asintomáticos, pero los antecedentes revelaron que eran primos hermanos.
Preguntas de Bioquímica 1. Partiendo del hecho de que se trata de una enfermedad hereditaria, que alteración podría producir las inusuales cantidades de aminoácidos aromáticos y neutros observados en la orina? R://La enfermedad de Hartnup es un trastorno autosómico recesivo en el cual existe un defecto en el transporte de los amonoácidos neutrales como alanina, serina, treonina, valina, leucina, isoleucina, tirosina,
triptófano, entre otros, a nivel de la mucosa intestinal y los túbulos renales, la mayoría de casos son asintomáticos, en los casos sintomáticos aparece fotosensibilidad, rash parecido al de la pelagra, ataxia y alteraciones psiquiátricas como irritabilidad, inestabilidad emocional y depresión.. Esto se debe a anormalidades hereditarias en un transportador de aminoácidos situado en la membrana apical de las células. La proteína encargada normalmente del transporte de este tipo de aminoácidos es la B0AT1, esta es codificada por el gen SLC6A19 localizado en el cromosoma 5p15.33, el cual se encuentra mutado en esta patología, por lo tanto se produce déficit de la proteína antes mencionada en los túbulos renales o en la mucosa intestinal llevando a defectos en la absorción de los aminoácidos antes mencionados. 2. A partir de los datos previos, caracterice la enfermedad en cuanto a dominancia y si está ligada al cromosoma X. R://Trastorno autosómico recesivo, no ligado al X. 3. Cuál es la probabilidad de estos padres de tener hijos normales, heterocigotos u homocigotos? R://Al ser ambos padres portadores de la mutación, la probabilidad de tener hijos completamente sanos es del 25%, heterocigotos o portadores 50% y homocigotos o enfermos 25%. 4. Cuál es la relación entre los elevados niveles de excreción urinaria de aminoácidos aromáticos y los síntomas parecidos a la pelagra? R://La pelagra es una enfermedad producida por déficit alimentario de niacina (vitamina B3). A través de la vía de la quinurenina, la niacina es sintetizada a partir del triptófano, por lo tanto en la enfermedad de Hartnup, al producirse defectos en la absorción y reabsorción del triptófano presente en la dieta, se producen alteraciones en la producción hepatica de la vitamina B3, generando déficit de esta y síntomas parecidos a la pelagra.
5. Los síntomas de pelagra aparecen a veces en personas que habitualmente consumen una dieta rica en maíz. Explique la causa. R://A pesar de que el maíz es una fuente rica en niacina, en estos casos esta ligada a moléculas de carbohidratos en forma de glucosidos por lo cual se disminuye la biodisponibilidad de la niacina al no ser absorbible a nivel intestinal. 6. La mayoría de pacientes con esta enfermedad mejoran con la edad. Es sorprendente que esta enfermedad sea tan benévola, considerando que la absorción del apòrte oral de un aminoácido esencial como la fenilalanina sólo es el 25% de la normal. Por supuesto, la fenilalanina y otros aminoácidos deben absorberse por otra vía o en otra forma. Considerando la especialidad del defecto, como podrían absorberse aminoácidos esenciales? R://A pesar de que el principal mecanismo de absorción de los aminoácidos neutros, el cual es dependiente de Na+, se encuentra alterado por la mutacion del gen que lo codifica, existe otro tipo de transportador, este es codificado por el gen SLC15A1, el cual es dependiente de H+ y es capaz de absorber dipeptidos y tripeptidos, que una vez dentro de la celula, mediante dipeptidasas y tripeptidasas son degradados a aminoácidos entre los cuales se encuentran pequeñas proporciones de triptófano y otros aminoácidos como fenilalanina, leucina, isoleucina, prolina y tirosina. Jesse F. Gregory III. Nutritional Properties And Significance Of Vitamin Glycosides. Annual Review of Nutrition 1998 18:1, 277-296.
Latham Michael. Nutricion humana en el mundo en desarrollo, Food and Agriculture Organization of The United Nations. Roma, 2002 http://www.fao.org/docrep/006/w0073s/w0073s0l.htm http://lpi.oregonstate.edu/es/mic Camargo, S. M., Bockenhauer, D. & Kleta, R. Aminoacidurias: Clinical and molecular aspects . Kidney international 73, 918 –925. Kraut JA, Sachs G. Hartnup disorder: unraveling the mystery. Trends Pharmacol Sci 2005;26(2):53 –5. Flores Miranda, R. De la disrupción en el metabolismo del triptófano a la complejidad clínica de la enfermedad de Hartnup. Rev Medicina e Investigación 2014;2(2):170-173. Wilcken B, Yu JS, Brown DA. Natural history of Hartnup disease. Archives of Disease in Childhood 1977; 52:38-40.
Descripción del caso. Un niño de seis meses comenzó con vómitos ocasionales y dejó de ganar peso. A los 8 meses y medio fue reingresado al hospital. Las pruebas de rutina y los exámenes de laboratorio fueron normales, pero después de una semana, estaba adormecido, su temperatura ascendió hasta 39,4 grados centígrados, su pulso estaba elevado y su hígado había aumentado de tamaño. El electroencefalograma era claramente patológico. Como el lactante no podía retener la leche que le era suministrada, se administró glucosa por vía intravenosa. Mejoró rápidamente, saliendo del coma al cabo de 24 horas. Los análisis de orina mostraron concentraciones anormalmente altas de glutamina y uracilo, lo que sugirió la presencia de una elevada concentración de amoníaco en sangre, posteriormente confirmada por el laboratorio.
Preguntas de Bioquímica 1. La hiperamonemia hereditaria pude originarse por defectos en genes para enzimas del ciclo de la urea? Que enzimas pueden estar afectadas?. Las enzimas que se pueden ver afectadas en las hiperamonemias son cuatro: Carbamoil fosfato sintetasa I: Es la primera enzima del ciclo de la urea, se encarga de formar carbamoil fosfato a partir de amonio y iones bicarbonato con energía de dos moléculas de ATP. Es una reacción irreversible, usa iones de Mg como cofactor y es activada por N-
acetilglutamato. Su déficit es conocido como hiperamonemia congénita tipo I. Ornitina transcarbamilasa: seguna enzima del ciclo, transfiere grupo carbamoil del carbamoil fosfato a la ornitina produciendo citrulina. El déficit de esta enzima se conoce como hiperamonemia congénita tipo II. Arginosuccinato sintetasa: tercera reacción del ciclo, condensa el grupo ureido de la citrulina con el grupo amino del aspartato. Su déficit es llamado citrulinemia. Arginosuccinico liasa: esta enzima esta encargada de la producción de fumarato y arginina. Su déficit se denomina academia arginosuccinica. 2. Considerando los datos, que defecto enzimático presentaría este paciente? Las hiperamonemias congénitas tipo I y II pueden cursar con niveles bajos de citrulina, ornitina y arginina, y altos de glutamina en plasma; sin embargo la deficiencia de la enzima Ornitina transcarbamilasa, es decir, la hiperamonemia congénita tipo II, se diferencia de la tipo I, porque se presenta con niveles altos de acido orotico y uracil en la orina. Por lo tanto teniendo en cuenta los datos del caso, el paciente probablemente cursa con una hiperamonemia congénita de tipo II por deficiencia de la ornitina transcarbamilasa. 3. Por qué esta elevada la concentración urinaria de glutamina? A nivel cerebral, el NH4 que atraviesa la barrera hematoencefalica se incorpora a la glutamina mediante la glutamina sintetasa, el exceso del NH4 lleva a un aumento de la glutamina y de la actividad de la glutamina sintetasa. Es importante resaltar que el aumento de las concentraciones de glutamina genera una elevación de la osmolaridad intracelular, lo cual causa edema y perdida de astrocitos, liberando citocinas proinflamatorias; también se genera inhibición de la deshidrogenasa alfa cetoglutarato llevando a una paralisis del ciclo de Krebs, luego debido a la disminución de los astrocitos y la subsecuente disminución de receptores de glutamato en estos, induce un aumento de las concentraciones de este, con consecuencias como crisis convulsivas, perdida de la autorregulación cerebral y desarrollo de edema cerebral e hipertensión intracraneana. El exceso de glutamina finalmente pasa al plasma y posteriormente es excretado por via renal. 4. Enuncie una explicación genética para el hecho de que esta enfermedad sea generalmente letal en los varones pero no en las hembras afectadas. La deficiencia de OTC se hereda ligada al cromosoma X, por lo tanto en los varones el déficit enzimático es mas grave, mientras que en las mujeres al producirse inactivación de uno de los cromosomas x, hará que la actividad enzimática de la OTC no este tan disminuida o simplemente no se afecte.
5. Este paciente fue tratado con los tratamientos disponibles en ese momento. Se le suministró una dieta diaria con 1,5 gms de proteína/Kg de peso corporal. Después de dos años con esta dieta, su talla y peso fueron considerados normales para su edad. Cuál es el efecto de la dieta en un niño en crecimiento en términos de balance de nitrógeno? El manejo de la dieta hipoproteica (0.5 a 2 g de proteína por kg de peso) en este tipo de patologías es esencial para mantener una tasa normal de amonio, pero principalmente para garantizar un desarrollo físico e intelectual a plenitud, 6. Cuál sería el tratamiento actual en un paciente similar? Inicialmente en las descompensaciones agudas se requieren de medidas de soporte vital según la gravedad del paciente, debe asegrarse la permeabilidad de la via aérea y la ventilación/oxigenación adecuadas, mantener una adecuada perfusión, tratar las convulsiones y el edema si se presentan, manejar los desequilibrios acido básicos que puedan presentarse. Luego de la estabilización debe evitarse el catabolismo mediante un aporte adecuado de energía (40-60 kcal/kg/dia) con una tasa metabolica de 7 a 10 mg/kg/min, también se debe iniciar, en caso de ayuno prolongado, nutrición parenteral con soluciones de glucosa y lípidos. Una vez estabilizado el paciente se procederá a tomar medidas que favorezcan la eliminación de nitrógeno, entre los fármacos usados para esto se encuentran: - Benzoato de sodio: provee una via alterna de excreción renal de NH4, se conjuga con glicina formando hipurato que se excreta por la orina capturando un mol de nitrógeno por cada mol de benzoato administrado. - Fenilbutirato de sodio: prodroga que se convierte en fenilacetato de sodio, este se una a la glutamina y forma fenilacetilglutamina que elimina 2 moles de nitrógeno via urinaria por cada mol de fenilbutirato administrado. - Lactulosa: Acidifica el colon lo cual aumenta la osmolaridad y la retención de agua en la luz del intestino grueso, además aumenta el peristaltismo y acidifica el contenido del colon, esto ocaciona un gradiente entre el pH del liquido extracelular y del lumen intestinal, lo cual inhibe la absorción de amonio. - Neomicina: El objetivo de su uso es esterilizar el colon, al hacer esto las bacterias disminullen y se reduce la producción de NH4 y otras sustancias nitrogenadas. - Arginina: insdispensable para el buen funcionamieno del ciclo de la urea. - L carnitina: mejora el metabolismo energético celular facilitando el transporte de acidos grasos a través de la membrana mitocondrial, esto ayuda a reducir los niveles de lactato a nivel cerebral;modula homeostasis de coenzima A intracelular. Si no existe una buena respuesta a las medidas farmacológicas, se podrá recurrir a procedimientos de remoción de amonio y otros metabolitos tóxicos. Estos procedimientos son: exanguinotransfusion, diálisis peritoneal, hemodiálisis, hemofiltracion.
Por último, cuando el paciente ya esta en condiciones estables, requerirá manejo con una dieta hiporpoteica para lograr estabilidad en los niveles de amonio y un desarrollo físico e intelectual adecuado.
Arnold-Almaraz, K, Olivares-Sandoval, Z, Revilla-Estivill, NF, Ibarra-González, I, Belmont-Martínez, L, Vela-Amieva, M. Tratamiento de la hiperamonemia en pediatría. Acta Pediátrica de México [Internet]. 2005;26(6):313-324. Martin-Hernández I. Una aproximación a los desórdenes hereditarios del ciclo de la urea en el hombre. Rev Biomed 2005; 16:193-206. Nogales A, Lopez K, Navarro D. Hiperamonemia en niños: clasificación y opciones terapéuticas. Revista Gen 2013;67(1):11-15 Jiménez-Pérez M, Ibarra-González I, Fernández-Lainez C, Ruiz-García M, Vela-Amieva M. Hiperamonemia en la edad pediátrica. Estudio de 72 casos. Acta Pediatr Mex 2013;35:268-274. Carrillo R, Noriega M, Sanchez R. Amonio e hiperamonemia. Su significado clínico. Rev investigación médica sur, México 2008:15(3):209-213.
Descripción del caso. La paciente es una niña de 2 semanas que dio positiva en una prueba de fenilcetonemia realizada al abandonar el hospital tras su nacimiento. Se le hizo volver para realizar pruebas adicionales. Se comprobó que tenía una concentración de tirosina de 0,11 mM (2 mg/d). En la orina se hallaron ácidos fenólicos y mediante la prueba de Cloruro Férrico se detectaron cetonas. Se estableció un diagnóstico de fenilcetonuria clásica (PKU) y se prescribió a la niña una dieta pobre en fenilalanina.
Preguntas de Bioquímica 1. Que reacción o reacciones enzimáticas son deficientes en un paciente con fenilcetonuria? 2. Cuáles son las consecuencias fisiológicas de la PKU en las poblaciones estudiadas? 3. Cuál es la incidencia de PKU en las poblaciones estudiadas? 4. Cuál es el tratamiento en los pacientes con PKU? 5. Describir la genética de este trastorno y sus variantes.
Descripción del caso
Llegó al hospital una niña de 6 años con problemas de visión. Se le encontró una luxación posterior del cristalino izquierdo. Su madre indicó que el nacimiento fue normal, pero que se retrasó en su desarrollo. No pudo gatear hasta cumplir un año y no empezó a caminar hasta los dos años. También tardó en aprender a hablar. Era una niña alta, con huesos finos; el examen radiológico puso de manifiesto signos de osteoporosis en la parte baja del fémur. Un hermano mayor había tenido síntomas parecidos, pero se le había diagnosticado un síndrome de Marfan. La prueba de cianuro-nitroprusiato en la orina de la paciente dio positiva, lo que indicaba que padecía homocistinuria y no síndrome de Marfan. El diagnóstico pudo confirmarse analizando los aminoácidos plasmáticos: se descubrió homocistina, un nivel anormalmente alto de metionina y otros compuestos sulfurados derivados de la homocisteìna. Se trató a la paciente con una dieta baja en metionina y con un suplemento de ácido fólico y piridoxina.
Preguntas de Bioquímica 1. Cuál era el origen de la homocistina excretada en esta enfermedad? 2. Cuáles son algunas de las sustancias metabólicas formadas en las reacciones enzimáticas que usan la S-adenosilmetionina como agente metilante? 3. Cuáles son algunas de las causas de la homocistinuria en los seres humanos? 4. Como podría comprobarse una posible deficiencia de la Cistationina Beta Sintasa en esta paciente?
5. Explicar por qué la piridoxina es útil en el tratamiento de algunos pacientes con homocistinuria? 6. Que efectos tendría en esta paciente una dieta baja en folato?
7. A qué se podría deber la homocistinuria en un lactante aparentemente normal ( no en este caso), con anemia megaloblástica intensa y que sólo haya sido alimentado al pecho por una madre estrictamente vegetariana? 8. Describir la genética de la Homocistinuria (deficiencia de cistationina Beta Sintasa).
BIBLIOGRAFIA
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