Implicación de los Metales y Elementos Traza en la enfermedad de Alzheimer y su asociación con los agentes del Estrés Oxidativo sistémico

Transcripción

1 Implicación de los Metales y Elementos Traza en la enfermedad de Alzheimer y su asociación con los agentes del Estrés Oxidativo sistémico Natividad López Riquelme

2 DEPARTAMENTO BIOTECNOLOGÍA Y BIOMEDICINA TESIS DOCTORAL Implicación de los Metales y Elementos Traza en la enfermedad de Alzheimer y su asociación con los agentes del Estrés Oxidativo sistémico NATIVIDAD LÓPEZ RIQUELME 2011

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4 Implicación de los Metales y Elementos Traza en la enfermedad de Alzheimer y su asociación con los agentes del Estrés Oxidativo sistémico Memoria presentada por NATIVIDAD LÓPEZ RIQUELME Para optar al grado de doctor Tesis realizada bajo la dirección de la Dra. Consuelo Tormo Díaz Consuelo Tormo Mayo 2011 Natividad López

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6 Agradecimientos Cuando empecé mi formación como residente en el Servicio de Análisis Clínicos del Hospital General Universitario de Elche, no sabía que ésta sería muy gratificante tanto a nivel profesional como personal. Esta formación supuso una oportunidad para introducirme en el campo de la investigación. Después de cuatro años trabajando en este proyecto, quiero dar las gracias a todas las personas que de una u otra forma han intervenido en esta Tesis. Un papel fundamental ha estado en mi directora de tesis, la Dra. Consuelo Tormo Díaz, a la que quiero agradecer la confianza depositada en mí desde el principio, su dedicación absoluta en este trabajo, su paciencia y sobretodo su amistad. Tampoco puedo olvidarme de todos aquellos que sin su ayuda todo esto habría sido una misión imposible. El Dr. Jordi Alom, una ayuda imprescindible ya que sin él no tendría pacientes a los que estudiar. Quiero expresarle mi agradecimiento por todas sus sugerencias e ideas a la hora de elaborar este proyecto. También a la Dra. Llinares Ibor por su ayuda y colaboración en la evaluación de pacientes y revisión de historias clínicas. A David Apraiz y al equipo de Espectrofotometría del laboratorio LABAQUA por su colaboración en la determinación de metales. A Daniel y María por su orientación en el análisis estadístico. Al equipo de enfermería del laboratorio de Análisis Clínicos del Hospital General de Elche, por su colaboración en la extracción de muestras, Yolanda, Gema A los adjuntos y residentes del servicio de análisis clínicos, por los buenos y malos ratos que hemos pasado juntos, por su apoyo y amistad.

7 A todo el personal del servicio de análisis clínicos del hospital de Elche por su acogida desde el primer momento y el apoyo recibido durante los años de mi formación, que también han contribuido a la realización de este trabajo, por su espíritu de ayudar y facilitar la tarea estando en todo momento atentos con mis pacientes. A los familiares de los pacientes con Alzheimer que permitieron que formaran parte del estudio y a los pacientes que participaron voluntariamente. A mis padres, por dármelo todo en esta vida y porque siempre han estado animándome y confiando en que sería la primera. A mis hermanos, familiares y amigos por su constante ánimo y estímulo. A mi marido que ha vivido conmigo mis ilusiones, mis desganas, mis agobios y mi alegría, mostrándome en todo momento una compresión paciente y un apoyo constante, que ha posibilitado que esta Tesis Doctoral, viera la luz. Finalmente, deseo hacer constar mi agradecimiento a la Fundación para la investigación Biomédica del Hospital General Universitario de Elche por el apoyo mostrado al financiar el proyecto de investigación MARCADORES BIOLOGICOS PARA EL DIAGNOSTICO PRECOZ DEL DETERIORO COGNITIVO LIGERO POR ENFERMEDAD DE ALZHEIMER (Fibelx 01/2006). Fruto del cual ha sido posible la realización de la presente Tesis. A todos vosotros, muchas gracias

8 ÍNDICE

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10 1 INTRODUCCION PÁGINA 1.1. EL ENVEJECIMIENTO DETERIORO COGNITIVO LEVE O LIGERO DEMENCIAS ENFERMEDAD DE ALZHEIMER Etiología y epidemiología de la enfermedad de Alzheimer Hallazgos patológicos Formación placas amiloides Formación ovillos neurofibrilares ESTRÉS OXIDATIVO Implicaciones del estrés oxidativo en la enfermedad 27 neurodegenerativa Agentes implicados en el mantenimiento del estatus 29 oxidativo sistémico Antioxidantes endógenos Antioxidantes enzimáticos Superóxido Dismutasa Glutatión Peroxidasa Glutatión Reductasa Antioxidantes no enzimáticos Antioxidantes exógenos 36

11 Vitamina E Vitamina A Productos del estrés oxidativo : Malondialdehido Aspectos generales de los Metales y Elementos Traza y su 41 relación con el estrés oxidativo en la enfermedad neurodegenerativa Aluminio Cadmio Cobalto Cobre Cromo Hierro Manganeso Mercurio Níquel Selenio Vanadio Zinc 52 2 HIPÓTESIS DE TRABAJO 57 3 OBJETIVOS 61

12 4 SUJETOS A ESTUDIO 4.1. RECLUTAMIENTO DE PACIENTES Y CONTROLES SELECCIÓN DE PACIENTES Y CONTROLES ESTUDIO GENERAL DE LOS PACIENTES Y CONTROLES 67 5 MATERIALES E INSTRUMENTACIÓN 73 6 METODOLOGÍA 6.1. OBTENCIÓN Y MANIPULACIÓN DE MUESTRAS BIOLÓGICAS DETERMINACIÓN DE LOS PERFILES ANALITICOS BASICOS 82 (BIOQUÍMICO, HEMATOLÓGICO Y HORMONAL) 6.3. MÉTODOS ANALÍTICOS EN EL ESTUDIO DEL ESTRÉS OXIDATIVO Determinación de la actividad de enzimas antioxidantes Determinación de la actividad Superóxido Dismutasa Determinación de la actividad Glutatión Peroxidasa Determinación de la actividad Glutatión Reductasa Determinación de Vitaminas antioxidantes Determinación de Malondialdehído Determinación de Metales y Elementos Traza PRESTACIONES DE LOS MÉTODOS ANALÍTICOS EN EL ESTUDIO 97 DEL ESTRÉS OXIDATIVO Métodos de determinación de enzimas antioxidantes, 97 Vitaminas A y E y Malondialdehido

13 Optimización del método de ICP-MS para la determinación 102 de Metales en suero sanguíneo 6.5. MÉTODOS ESTADÍSTICOS RESULTADOS 7.1. CARACTERISTICAS GENERALES DE LA POBLACION A ESTUDIO ESTUDIO ANALÍTICO GENERAL DE LOS SUJETOS A ESTUDIO RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS AGENTES IMPLICADOS EN EL 113 METABOLISMO OXIDATIVO EN LA POBLACIÓN A ESTUDIO Resultados de los Metales y Elementos Traza Resultados de las defensas antioxidantes Resultados de los antioxidantes endógenos Actividades enzimáticas Antioxidantes no enzimáticos Resultados de los antioxidantes exógenos Resultados de los productos del estrés oxidativo: MDA ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS AGENTES DEL METABOLISMO 120 OXIDATIVO EN EL DETERIORO COGNITIVO LEVE 7.5. ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN DE LOS DIFERENTES AGENTES 125 IMPLICADOS EN EL ESTRÉS OXIDATIVO Correlaciones del MDA Correlación de los niveles de lípidos y MDA Correlación de los niveles de agentes antioxidantes y MDA 126

14 Correlación de los niveles de Metales y Elementos Traza y MDA Correlaciones de los Metales y Elementos Traza Correlación de los niveles de enzimas antioxidantes con los 128 niveles de Metales y Elementos Traza Correlación entre los niveles de vitaminas antioxidantes con 130 los niveles de Metales y Elementos Traza 7.6. ESTUDIO DE LA PRECISIÓN DIAGNÓSTICA DE LOS AGENTES DEL 131 METABOLISMO OXIDATIVO PARA LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER 7.7. ANÁLISIS DE REGRESIÓN LOGÍSTICA DISCUSIÓN CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS 179 ANEXO I. Test de Mini Mental State Examination 179 ANEXO II. Hoja de Información al Pacientes y Consentimiento 180 Informado ANEXO III. Optimization of the trace elements Determination by 184 ICP-MS in human blood serum. Journal of trace elements in Medicine and Biology. Volumen 21, supplement 1, 11 December 2007, Pages ANEXO IV. Rangos de referencia de las determinaciones de 188 laboratorio en población normal

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16 ABREVIATURAS - 4-HNE: 4-Hidroxinonenal - AC: Acetilcolina - ACE: Acetilcolinesterasa - ADN: Ácido desoxirribonucleico - ADP: Adenosin difosfato - Al: Aluminio - APA: Asociación Americana de Psiquiatría - ApoE: Apolipoproteína E - APP: Proteína Precursora Amiloide - ARN: Ácido ribonucleico - ATP: Adenosin trifosfato - BCE: Butirilcolinesterasa - Cd: Cadmio - CIE: Clasificación Internacional de Enfermedades - Co: Cobalto - CO 2 : Dióxido de carbono - Cr: Cromo - Cu: Cobre - DCL: Deterioro Cognitivo Leve - DHPR: Dihidropterina reductasa - DPZ: Donepezilo - DSM: Manual de Diagnóstico Estadístico - EDTA: Ácido etilendiamino tetracético

17 - EO: Estrés oxidativo - EROs: Especies Reactivas de Oxígeno - Fe: Hierro - GPx: Glutatión Peroxidasa - GR: Glutatión Reductasa - GSH: glutatión reducido - GSSG: glutatión oxidado - GTM: Galantamina - H 2 O 2 : Peróxido de hidrógeno - Hg: Mercurio - HGU: Hospital General Universitario - HNE: hidroxinonenal - IACE: Inhibidores de la Acetilcolinesterasa - ICP: plasma acoplado inductivamente - LCR: Líquido Cefalorraquídeo - MDA: Malondialdehido - Mg: Magnesio - MMSE: Mini Mental State Examination - Mn: Manganeso - MS: espectroscopia de masas - NADPH: Nicotinamida-Adenina-Dinucleótido-Fosfato - Ni: Níquel - NMDA: N-Methyl-D-Aspartate - O 2 : Oxígeno - O - 2 : Anión superóxido

18 - OES: espectrometría de emisión óptica - OMS: Organización Mundial de la Salud - P: Fósforo - PCR: proteína C reactiva - PS1: Presenilina 1 - PS2: Presenilina 2 - PUFAs: Ácidos grasos poliinsaturados - RL: Radicales libres - RNS: Especies Reactivas de Nitrógeno - Se: Selenio - SN: Sistema Nervioso - SNC: Sistema Nervioso Central - SOD: Superóxido Dismutasa - TBARS: Sustancias Reactivas al Ácido Tiobarbitúrico. - V: Vanadio - VIH: Virus de la Inmunodeficiencia Humana - Zn: Zinc

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20 INTRODUCCIÓN

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22 Introducción La enfermedad de Alzheimer es la principal causa de demencia entre los ancianos, salvo en los japoneses, donde predomina la demencia vascular. Se trata de una enfermedad de patogenia compleja, en ocasiones aparentemente hereditaria que se caracteriza, desde el punto de vista anatómico, por la pérdida de neuronas y sinapsis y la presencia de placas seniles y degeneración neurofibrilar (Boller 1997). Clínicamente se expresa como una demencia de comienzo insidioso y lentamente progresiva, que habitualmente se inicia con fallos de la memoria reciente y termina con un paciente postrado en cama, totalmente dependiente (Donoso 2001). La enfermedad de Alzheimer recibe este nombre en honor a las contribuciones científicas de Alois Alzheimer (Munich, ) sobre un tipo de desorden neuropsiquiátrico. Esta enfermedad es una de las demencias más comunes en el anciano y corresponde a un desorden neurodegenerativo que afecta alrededor del 6.1% de la población mayor de 65 años (Hendrie 1998; Chen 2009; Hesse 2009). Se estima que existen actualmente unos 35 millones de personas que la padecen en el mundo. Se calcula que esta cifra se duplique cada 20 años, hasta los 65,7 millones en 2030 y los 115,4 millones en Gran parte de este crecimiento se puede atribuir claramente al incremento en el número de personas con demencia en países de renta baja y media. En España, el número de afectados supera los enfermos, aunque oficialmente sólo hay registrados (datos recogidos de la Fundación Alzheimer España, 2011). El envejecimiento de la población española explica estas cifras. De hecho, la incidencia de esta patología aumenta rápidamente con la edad, multiplicándose por dos cada cinco años a partir de los 65, llegando a afectar entre el 20% y el 30% de las personas de más de 85 años (Chen 2009). Así, este tipo de demencia afecta a uno de cada cinco españoles mayores de 80 años, pero más del 10% de los pacientes que hay en España tienen menos de 65 años. Algunos datos parecen indicar que las mujeres tienen mayor riesgo de padecer Alzheimer que los hombres, los cuales tienen mayor riesgo de sufrir demencias vasculares (Chen 2009; Musicco 2009). La enfermedad de Alzheimer es la 7ª causa de muerte en el mundo, tiene un coste de 172 mil millones de dólares anuales y da lugar a 10,9 millones de cuidadores sin sueldo. Por ello, sin 3

23 Introducción duda, es uno de los trastornos neuropsiquiátricos que concentra hoy en día más investigación básica y clínica, mayor preocupación en familiares y autoridades de salud y creciente curiosidad en los medios de comunicación EL ENVEJECIMIENTO El envejecimiento es un proceso degenerativo multifactorial cuyo grado y velocidad varía ampliamente de unos individuos a otros de la misma especie dependiendo de los factores internos y externos a los que puedan verse expuestos a lo largo de su vida. El grado de deterioro es distinto de un órgano a otro en cada individuo y afecta a todas las células de los seres vivos, las cuales, con el paso del tiempo, se ven sometidas a un deterioro que puede conducirlas a la muerte. Todos los órganos y sistemas del individuo sufren este proceso, incluido el Sistema Nervioso (SN). En cuanto al SN, hay que resaltar que las neuronas no tienen la capacidad de dividirse, lo que impide la recuperación de las células perdidas, pero presentan una elevada capacidad de adaptación que puede suplir las funciones de otras células que se mueren. La diferencia fundamental entre el envejecimiento fisiológico y las enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer, es la pérdida de esta capacidad de adaptación para hacer frente al deterioro senil. Los cambios involutivos del cerebro senil debidos al envejecimiento del Sistema Nervioso Central (SNC) han sido ampliamente investigados y se ha encontrado que son numerosos, afectando, en mayor o menor grado, a todas las áreas mentales, comportamentales, emocionales, sensitivas y motoras del cerebro, pero sin llegar a producir una gran discapacidad como ocurre en las enfermedades neurodegenerativas (Martínez-Lage 2007). La enfermedad de Alzheimer ha sido definida como un envejecimiento acelerado del organismo. En muchos aspectos esto es así, ya que muchas de las características del envejecimiento fisiológico se observan en los pacientes con Alzheimer, aunque en un grado mayor de afectación. 4

24 Introducción El envejecimiento sin ningún tipo de enfermedad y sin alteraciones funcionales menores importantes es excepcional; por tanto, se considera normal un cierto grado de afectación funcional que no impida la realización de actividades físicas o intelectivas (Martínez-Lage 2007). Establecer las diferencias entre el envejecimiento fisiológico y un cierto grado de deterioro cognitivo constituye uno de los aspectos a estudio más importantes para evitar la progresión a la demencia senil DETERIORO COGNITIVO LEVE O LIGERO Hoy en día debe considerarse un objetivo prioritario en los pacientes con deterioro de funciones cognitivas la precocidad en su detección. Por este motivo presenta gran interés el estudio de los pacientes con deterioro cognitivo ligero (DCL) (Petersen 1999, 2009; Robles 2002). Este grupo de pacientes se caracteriza por presentar una alteración adquirida de una o más funciones cognitivas, pero que todavía no son suficientemente intensas como para reunir criterios clínicos de demencia, ya que estos sujetos son capaces de mantener una vida social o laboral normal (Luis 2003). Deterioro cognitivo ligero es el término usado para describir un nivel de función cognitiva que refleja un estado intermedio entre envejecimiento normal y demencia y puede implicar un estado de pre-enfermedad de Alzheimer o, en general, un estado de pre-demencia (Luis 2003). El desenlace en cada caso de DCL es incierto, sin embargo, muchos sujetos con DCL permanecen estables o, a veces, revierte a un estado cognitivo normal y aproximadamente un 15% de ellos evolucionan a Alzheimer (DeCArli 2003). El diagnóstico del DCL se basa en la objetivación del deterioro cognitivo, a través de pruebas neuropsicológicas estandarizadas, con puntos de corte apropiados para la edad y el nivel académico del sujeto, teniendo en cuenta su actividad profesional presente o pasada. Es necesario constatar que las alteraciones son adquiridas mediante la declaración de un informador fiable o bien por su objetivación en exploraciones diferentes. Las pruebas de neuroimagen también pueden ayudar tanto en el diagnóstico diferencial del DCL como a la 5

25 Introducción monitorización de los cambios que pueden tener lugar en el paciente. En general, las pruebas de neuroimagen demuestran que el DCL comparte características con la enfermedad de Alzheimer. Existen varios criterios para el diagnóstico del DCL, pero los más aceptados y utilizados son los de Petersen et al (1999): - Pérdida de memoria, referida por el paciente o por un informador fiable. - Facultad de memoria inferior en 1.5 SD (desviaciones estándar) o más por debajo de la media para su edad. - Cognición general normal. - Normalidad en las actividades de la vida diaria. - Ausencia de criterios diagnósticos de demencia. La duración del DCL es imprecisa, aunque al menos se suele prolongar varios meses. Puede ser transitorio y reversible, o estacionario y con pocas variaciones en largos períodos de tiempo, o progresivo y convertirse en demencia sin un momento de transición claramente definido. Las etiologías del deterioro cognitivo ligero que va a evolucionar a demencia serían obviamente las mismas que las de la demencia y, por tanto, es muy importante evaluar y constatar precozmente el perfil de los defectos cognitivos presentes, con el fin de poder realizar un estudio adecuado en cada caso que permita su identificación para la rápida instauración del tratamiento farmacológico correspondiente. Actualmente no existe ningún método clínico para determinar si un paciente con DCL tiene un Alzheimer incipiente o tiene una forma benigna de DCL sin ninguna progresión. La conversión de DCL a enfermedad de Alzheimer está cerca del 15% por año (DeCArli 2003). Debido a que la pérdida de la función cognitiva es irreversible por cada mes que un DCL 6

26 Introducción moderado evoluciona a Alzheimer sin tratamiento y porque el tratamiento con inhibidores de la Acetilcolinesterasa (IACE) reduce el deterioro cognitivo en pacientes con Alzheimer tratados durante 5 años en un 50% aproximadamente (Farlow 2002) es importante detectar, diagnosticar y tratar la enfermedad de Alzheimer tan pronto como sea posible. Esto lleva a la necesidad de encontrar unos biomarcadores diagnósticos para identificar pacientes con Alzheimer incipiente en los casos de DCL (Blennow 2004; Henley 2005; Marksteiner 2007) DEMENCIAS La demencia es una patología asociada al envejecimiento y según la Organización Mundial de la Salud (OMS) se define como un síndrome debido a una enfermedad del cerebro, generalmente de naturaleza crónica o progresiva, en la que hay déficit de múltiples funciones que repercuten en la actividad cotidiana del enfermo. Entre las funciones que el enfermo va perdiendo figuran la memoria, el entendimiento, el juicio, el habla, el cálculo, el pensamiento, la orientación, etc No todas las funciones se alteran simultáneamente, sino que es un proceso continuo en el que cada vez se percibe mayor número de funciones afectadas y con mayor deterioro, siendo generalmente la memoria la primera observación de alteración que percibe el enfermo o sus parientes más próximos. La pérdida única de la memoria sería una amnesia y el deterioro único de la misma, dismnesia. En ningún caso, si no existe otra alteración cognoscitiva se puede hablar de demencia. Es importante en la evaluación de personas con problemas de memoria considerar que no todo el que presenta fallos de memoria tiene demencia. Hay varias condiciones que imitan la clínica de la demencia y que pueden ser ignoradas si el clínico no se preocupa de buscarlas activamente. Los principales diagnósticos alternativos a la demencia son el delirio, la depresión y las alteraciones cognitivas por fármacos (Martínez-Lage 2007). El diagnóstico de demencia, se hace siguiendo las recomendaciones propuestas por la OMS, en la Décima Clasificación Internacional de Enfermedades (CIE-10) (WHO 1988) y por la 7

27 Introducción Asociación Americana de Psiquiatría (APA) recogido en el Manual de Diagnóstico Estadístico (DSM-IV) (American 1991), y son las siguientes: Según la CIE-10 en la demencia se encuentran estos síntomas (que pueden evaluarse objetivamente con pruebas específicas): - Deterioro de la memoria: alteración para registrar, almacenar y recuperar información nueva. Pérdida de contenidos amnésicos, o memorizados, relativos a la familia o al pasado. - Deterioro del pensamiento y del razonamiento: la demencia es más, y más profunda y anómala, que una dismnesia o alteración patológica de la memoria. Existe reducción en el flujo de ideas, deterioro en el proceso de almacenar información y dificultad para prestar atención a más de un estímulo a la vez y para cambiar el foco de atención. - Interferencia en la actividad cotidiana. - Existe conciencia, clara inicialmente, pero hay la posibilidad de superposición entre delirio y demencia. Según la DSM-IV para diagnosticar demencia tienen que existir: a) Pruebas evidentes de deterioro de la memoria a corto y largo plazo. b) Al menos uno de los siguientes síntomas: -Deterioro del pensamiento abstracto. -Deterioro de la capacidad del juicio. -Otros trastornos de las funciones corticales posteriores, como afasia, apraxia, agnosia y "dificultades constructivas". -Modificaciones en la personalidad. c) La alteración en a) y b) debe interferir de forma significativa en las actividades laborales o sociales habituales, o en las relaciones con los demás. d) Debe estar presente de manera continuada y no aparecer exclusivamente durante el curso de un "delirium". 8

28 Introducción e) Tiene que existir una de estas dos razones para la demencia: -Una causa demostrable específica que se estima bien relacionada con esta alteración clínica. -Puede presuponerse que existe demencia cuando no exista ningún tipo de trastorno mental al que pueda achacarse la patología que se observa (diagnóstico de exclusión) (este es el caso típico de las demencias neurodegenerativas como el Alzheimer). Para realizar el diagnóstico de demencia tanto para la CIE-10 o la DSM-IV, además es necesario: -Que los síntomas estén presentes y/o progresen al menos durante seis meses y que estos sean demostrados por exploración psicopatológica y testimoniadas por un informador fiable. -Que se afecte más de una función cognoscitiva. -Que haya una causa de demencia. La historia clínica y la evaluación neuropsicológica también son dos componentes esenciales para el diagnóstico de la demencia. A través de la historia clínica se recoge información sobre la vida sanitaria, cultural y social del paciente, los antecedentes familiares sobre enfermedades relacionadas con la demencia, las funciones cognoscitivas que se han visto afectadas, en qué orden y cómo es la forma y el tiempo de evolución, los trastornos conductuales y los cambios de personalidad, la capacidad del individuo para realizar sus actividades de la vida diaria y mantener las relaciones sociales y laborales, la confirmación, por parte del informador próximo a su entorno cotidiano, de los problemas que describe el paciente y, es interesante incluir también, la valoración que el propio sujeto hace de su enfermedad y de su repercusión en la vida diaria. La evaluación neuropsicológica aporta un estudio cualitativo y funcional del deterioro intelectual. Estos estudios neuropsicológicos son específicos de la persona y sirve para valorar la orientación, la memoria, el cálculo, el lenguaje, las praxias, la abstracción y la conceptualización, las funciones ejecutivas y sobre todo la influencia de sus posibles 9

29 Introducción alteraciones en las actividades de la vida diaria. Para evaluar las demencias se pueden utilizar un gran número de test de detección entre los que destaca el Mini Mental State Examination (MMSE) de Folstein (1975), muy utilizado por su sencillez y rapidez (Anexo I). El MMSE es una de las pruebas más utilizadas a escala mundial para detectar y seguir la evolución del deterioro cognitivo. Es cierto que la interpretación de sus resultados depende de factores como la edad y el nivel educativo pero, en general, los pacientes que presentan déficit cognitivo en dos ó más áreas suelen obtener una puntuación inferior a 24. El examen cognoscitivo del paciente, el registro de las manifestaciones mostradas por el sujeto durante la entrevistas, la exploración neurológica, los datos de los fármacos que toma, la evaluación neuropsicológica y una entrevista psiquiátrica estructurada a un familiar o cuidador, nos lleva a detectar de forma global el deterioro cognoscitivo y el grado de evolución del trastorno. Además de ello se realizan exámenes neurológicos, para detectar alteraciones focales (tumoraciones, hematomas, etc ) y pruebas de laboratorio como: hemograma, bioquímica, análisis de orina, hormonas tiroideas, vitaminas B12 y ácido fólico, serología luética, análisis del líquido cefalorraquídeo (LCR), VIH, radiografía de tórax, electrocardiograma, electroencefalograma, electromiografía, arteriografía, resonancia magnética, etc para poner de manifiesto todas las posibles causas de demencias o descartar algún tipo de patología subyacente. Las demencias se pueden clasificar en función a la edad de inicio, la causa o etiología, los signos neurológicos acompañantes y si son o no tratables. En España los casos de demencia no han dejado de aumentar debido al envejecimiento de la población. Entre el año 1990 y el 1995 se incrementaron en un 13%, entre el 1995 y el 2000 en un 10,5%, y entre el año 2000 y 2005 en un 3%. De todos los tipos de demencias, el Alzheimer y la demencia de tipo vascular suponen conjuntamente más del 90% de los casos (Chen 2009). La incidencia de demencias por enfermedades neurodegenerativas es infinitamente superior en los ancianos, mientras que 10

30 Introducción las demencias por consumo de substancias neurotóxicas es patrimonio de los jóvenes, salvo los casos de adicción a ciertos medicamentos en personas de mayor edad ENFERMEDAD DE ALZHEIMER La enfermedad de Alzheimer, según la CIE-10 se define como una demencia. La enfermedad se caracteriza por un deterioro progresivo e irreversible de las funciones cerebrales superiores o cognoscitivas, con pérdida de memoria, juicio y lenguaje, es decir clínicamente se manifiesta como una demencia siendo además la forma más frecuente de demencia. La pérdida de memoria y los cambios de humor y de comportamiento pueden ser los primeros síntomas. El avance progresivo de la enfermedad agrava el estado del paciente, provocándole dificultad para comunicarse, desorientación en el tiempo y en el espacio, imposibilidad para reconocer a familiares y amigos y pérdida de la identidad personal, entre otros síntomas. El paciente ve mermada su autonomía y necesitará ayuda para llevar a cabo necesidades básicas, como las relativas a la higiene personal o la alimentación. El periodo evolutivo puede ser corto, 2 o 3 años en algunos casos extremos, o bastante largo de 10 a 12 años. El conocimiento que se tiene actualmente de ella es muy extenso, aunque aún se desconoce la causa y patología, lo que impide que se disponga de un tratamiento curativo o preventivo. La opinión más general es que la enfermedad de Alzheimer tiene un origen multifactorial con predisposición genética e influencia de factores ambientales desconocidos (Munoz 2000). El factor edad se ha identificado como un desencadenante del Alzheimer, por lo que, mayoritariamente afecta a personas mayores de 65 años y su incidencia aumenta con la edad (Chen 2009). Sin embargo, excepcionalmente, puede afectar a personas con edades comprendidas entre los 30 y los 50 años. 11

31 Introducción La enfermedad de Alzheimer se puede clasificar en distintos tipos, según hagamos referencia a distintos aspectos, así: I. Según la edad de inicio, la enfermedad de Alzheimer puede ser: -Presenil o temprana, de inicio precoz, generalmente con clara relación familiar. Comienza antes de los 60 años y constituye entre el 0,5-2,5% de los casos de Alzheimer (Chen 2009). En ella el deterioro cognitivo es más rápido y las alteraciones del lenguaje son más importantes, las alteraciones neuroquímicas mayores, la afectación de los sistemas de neurotransmisión y neuromodulación más amplia, las lesiones elementales más intensas, la degeneración de la sustancia gris más notable y la pérdida neuronal más grave. -Senil o tardía, de inicio tardío, aparece después de los 65 años, es muy heterogénea y su etiopatogenia es probablemente multifactorial. Este tipo representa más del 95 % de los casos de Alzheimer (Chen 2009) y parece estar más relacionada que la presenil con el proceso de envejecimiento normal y con las alteraciones que aparecen en los ancianos mayores de 80 años. En esta forma el componente de confusión mental es más intenso y las alteraciones de la marcha más frecuentes. II. Según la etiología probable, la enfermedad de Alzheimer puede ser: -Familiar: cuya causa es genética, coincidiendo en la mayoría de los casos con la enfermedad de Alzheimer presenil. Ocurre entre el 1% y el 5% de los casos de forma autosómica dominante por alteraciones (mutaciones) en tres genes principalmente: el gen de la Proteína Precursora Amiloide (APP) situado en el cromosoma 21; el gen de la Presenilina 1 (PS1), en el cromosoma 14; y el gen de la Presenilina 2 (PS2), en el cromosoma 1 (Zekanowski 2004; Hoenicka 2006). -Esporádica: coincide generalmente con los casos de enfermedad de Alzheimer senil, comienza en personas mayores de 65 años y es el tipo más común. Su causa es aún desconocida, aunque se han descrito distintos factores genéticos que aumentan el riesgo de padecer la enfermedad, como es la presencia del alelo 4 de la apolipoproteína E (ApoE), localizado en el cromosoma 19 (Mayeux 1993; Hoenicka 2006). 12

32 Introducción Una de las definiciones más comunes del diagnóstico de Alzheimer es la que aporta el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Comunicativos e Ictus - Asociación de enfermedad de Alzheimer y Trastornos Afines (National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke/ Alzheimer s Disease and Related Disorders Association) (NINCDS-ADRDA). El NINCDS-ADRDA deja claro que sólo se puede dar un diagnóstico definitivo de Alzheimer mediante el análisis anatomopatológico del cerebro y que el diagnóstico de enfermedad de Alzheimer anterior a la muerte es muy improbable. 13

33 Introducción Criterios Diagnósticos del NINCDS-ADRDA para la enfermedad de Alzheimer (McKhann y col., 1984) I. Criterios para el diagnóstico clínico de enfermedad de Alzheimer probable Demencia diagnosticada mediante examen clínico y documentada con el MMSE de Folstein, la escala de demencia de Blessed u otras similar y confirmada con tests neuropsicológicos. Deficiencias en dos o más áreas cognitivas. Empeoramiento progresivo de la memoria y de otras funciones cognitivas. No alteración del nivel de conciencia. Comienzo entre los 40 y los 90 años, con mayor frecuencia después de los 65. Ausencia de alteraciones sistémicas u otras enfermedades cerebrales que pudieran producir el deterioro progresivo observado de la memoria y de las otras funciones cognitivas. II. Apoyan el diagnóstico de "enfermedad de Alzheimer probable" Deterioro progresivo de alguna función cognitiva específica como lenguaje (afasia), habilidades motoras (apraxia) y trastornos de la percepción (agnosia). Alteraciones conductuales y en la realización de las actividades diarias habituales. Antecedentes familiares de trastorno similar, especialmente si obtuvo confirmación anatomopatológica. Pruebas complementarias: o líquido cefalorraquídeo normal, en las determinaciones estándar o EEG normal, o con alteraciones inespecíficas como incremento de la actividad de ondas lentas. o Atrofia cerebral en TAC, objetivándose progresión de la misma en observación seriada. 14

34 Introducción III. Aspectos clínicos compatibles con el diagnóstico de "enfermedad de Alzheimer probable", tras excluir otras causas de demencia Mesetas en la progresión de la enfermedad. Síntomas asociados de depresión, insomnio, incontinencia, ideas delirantes, ilusiones, alucinaciones, accesos emocionales, físicos o verbales, alteraciones de la conducta sexual, pérdida de peso. Otras alteraciones neurológicas en algunos pacientes, especialmente en los que se hallan en fase avanzada, como hipertonía, mioclonías o alteración de la marcha. Convulsiones, en fase avanzada de la enfermedad. TAC cerebral normal para la edad del paciente. IV. Aspectos que convierten el diagnóstico de "enfermedad de Alzheimer probable" en incierto o improbable Instauración brusca o muy rápida. Manifestaciones neurológicas focales como hemiparesia, alteración de la sensibilidad o de los campos visuales, o incoordinación en fases tempranas de la evolución. Convulsiones o alteraciones de la marcha al inicio o en fases muy iniciales de la enfermedad. V. Diagnóstico clínico de enfermedad de Alzheimer posible Demencia, con ausencia de otras alteraciones sistémicas, psiquiátricas y neurológicas que puedan causar esa demencia, pero con una instauración, manifestaciones o patrón evolutivo que difieren de lo expuesto para el diagnóstico de "enfermedad de Alzheimer probable". Presencia de una segunda alteración, cerebral o sistémica, que podría producir demencia pero que no es considerada por el clínico como la causa de esta demencia. En investigación, cuando se produce deterioro gradual e intenso de una única función cognitiva, en ausencia de otra causa identificable. 15

35 Introducción VI. Criterios para el diagnóstico de enfermedad de Alzheimer definitiva Criterios clínicos de "enfermedad de Alzheimer probable", y Comprobación histopatológica, obtenida a través de biopsia o autopsia. La enfermedad de Alzheimer es una enfermedad que es responsable del 5 % de las muertes en la población anciana. La supervivencia de esta enfermedad tiene una media de 5,9 años, siendo mayor cuando la edad de inicio de la enfermedad es más temprana (Ganguli 2005). La enfermedad de Alzheimer no se puede curar ni es posible restaurar las funciones deterioradas. Actualmente, es posible retardar su progresión pero no detenerla. El tratamiento del Alzheimer va destinado a retardar la evolución de la enfermedad, a manejar los problemas de conducta, la confusión y la agitación, a modificar el ambiente del hogar. En la actualidad existen como tratamiento dos fármacos aprobados por la organización FDA de Estados Unidos (Administración de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos): los inhibidores de la Acetilcolinesterasa (IACE) y la Memantina. En los enfermos de Alzheimer se ha encontrado una disminución importante en los niveles de ciertos neurotransmisores, concretamente una reducción de acetilcolina (AC), lo que se ha relacionado con la pérdida de neuronas colinérgicas en regiones del cerebro que están implicados en los procesos de memoria y aprendizaje. En el cerebro, la AC es inactivada por la enzima acetilcolinesterasa (ACE), que se encuentra en las neuronas colinérgicas y, en menor medida, por la butirilcolinesterasa (BCE). Los IACE retardan el progreso de la enfermedad y mejoran la función cognitiva, ya que actúan afectando el nivel de AC en el cerebro. Estos medicamentos tienen eficacia en los estadios leves y moderados de la enfermedad y en la práctica diaria se emplean tres tipos: el donepezilo (DPZ), un inhibidor específico y reversible de la ACE que causa un bloqueo fundamentalmente no competitivo; la rivastigmina, como inhibidor dual (de la ACE y de la BCE) y la galantamina (GTM), una amina terciaria que inhibe de forma selectiva, competitiva y reversible la actividad de la ACE (su acción sobre la BCE es mucho más débil). 16

36 Introducción Otro fármaco que se indica en fases moderadas y avanzadas de la enfermedad es la memantina, cuyo mecanismo de acción se basa en antagonizar los receptores N-Methyl-D- Aspartate (NMDA) glutaminérgicos. La disfunción de los receptores a NMDA afecta directamente a la entrada intracelular de calcio y activa un mecanismo de neurotoxicidad. El bloqueo no competitivo de los receptores NMDA, mediante este fármaco, regularía la entrada de calcio y la consiguiente acción neuroprotectora. Todos los fármacos anteriormente descritos tienen efectos colaterales potenciales como náuseas y vómitos. El uso de estos fármacos en los trastornos cognitivos leves no ha mostrado ser capaz de retardar la aparición de la enfermedad de Alzheimer. Actualmente se encuentran en fase de ensayos clínicos otros fármacos que tienen como objetivo el reducir la intensa acumulación de material proteico anormal (placas amiloides, degeneración neurofibrilar) que caracteriza la enfermedad. Gran número de estudios también sugieren ensayos con drogas inhibitorias de Serino-proteasas o inhibidores de los radicales libres o estimulantes neurotróficos. No sabemos aún si el reducir la producción es clínicamente significativo para el tratamiento de la enfermedad, pero es éste uno de los campos más prometedores Etiología y epidemiología de la enfermedad de Alzheimer Como ya hemos comentado anteriormente, los principales factores de riesgo de la enfermedad de Alzheimer son la ancianidad y la presencia de antecedentes familiares para esta patología. La asociación entre la aparición de la enfermedad de Alzheimer y la presencia de antecedentes familiares de demencia sugiere una causa genética como origen de la enfermedad. Hemos visto que la enfermedad de Alzheimer es hereditaria entre el 1% y el 5% de los casos (Enfermedad de Alzheimer familiar) por transmisión autosómica dominante de alteraciones en los cromosomas 1 (PS2), 14 (PS1) o 21 (APP), con una edad de presentación 17

37 Introducción generalmente anterior a los 60 años. En el resto de los casos (Enfermedad de Alzheimer esporádica) también parece intervenir un factor genético del que no se ha podido determinar un patrón hereditario concreto, probablemente, porque la causa es multifactorial. Sin embargo, sí se han investigado diferentes factores genéticos que condicionan una cierta susceptibilidad para padecer la enfermedad. Hasta el momento el factor genético de riesgo en la enfermedad de Alzheimer esporádica es la presencia del alelo ε4 de la ApoE (cromosoma 19), especialmente en los casos homocigóticos (ε4/ ε4) para dicho alelo (Chen 2009). Por el contrario, se ha postulado un efecto opuesto para el alelo ε2 de la misma ApoE, que tendría por tanto un papel protector. En la enfermedad de Alzheimer esporádica, la etiología es multifactorial con diversos factores de riesgo entre los que destaca la predisposición genética, evidenciada porque los antecedentes familiares de demencia en primer grado suponen un aumento del riesgo en un 3,5% para el desarrollo de una demencia y más aún si son varios. El sexo también influye en la presentación de la enfermedad y el hecho de ser mujer confiere un riesgo 1,6 veces mayor frente a ser hombre. Factores de riesgo vascular (diabetes, hipertensión arterial, dislipemias, dietas ricas en grasas, tabaquismo...) y otros ambientales como: la intoxicación crónica leve por metales como el mercurio y aluminio o la infección por algunos virus pueden favorecer también el desarrollo de la enfermedad, pero no se ha demostrado que intervengan de manera determinante (Munoz 2000). Todos estos factores de riesgo han llevado al planteamiento de varias teorías o hipótesis sobre las causas de la enfermedad de Alzheimer: Hipótesis colinérgica Esta hipótesis sugiere que la enfermedad de Alzheimer se debe a una reducción en la síntesis del neurotransmisor acetilcolina. Esta hipótesis no ha mantenido apoyo global ya que los medicamentos que tratan una deficiencia colinérgica tienen una efectividad reducida en la prevención o cura del Alzheimer, aunque se ha propuesto que los efectos de la acetilcolina dan inicio a una acumulación a tan grandes escalas que conlleva a la neuroinflamación generalizada que deja de ser tratable simplemente promoviendo la síntesis del neurotransmisor (Terry 2003; Hardy 2009). 18

38 Introducción Hipótesis vírica Esta teoría se ha postulado por la similitud de la enfermedad de Creutzfeld-Jakob, donde la demencia tiene una evolución muy rápida y fatal, como en el caso del Alzheimer. Dicha enfermedad es de carácter infeccioso y se ha podido demostrar el agente precursor de la misma: una proteína infecciosa que tiene cierta similitud con la sustancia amiloide que se forma en la enfermedad de Alzheimer, pero la secuencia de aminoácidos es distinta (Honko 2009). Hipótesis tóxica A causa de la facilidad para formar enlaces covalentes con la membrana fosfolipídica, el aluminio (Al) provoca ciertas lesiones neuronales similares a la degeneración neurofibrilar del Alzheimer. Dicha intoxicación crónica mediante sales de Al todavía no se ha podido detectar en las autopsias de los fallecidos por Alzheimer (Exley 2005). Hipótesis vascular y metabólica Se ha observado en algunos estudios que en pacientes dementes hay un hipometabolismo en la corteza temporoparietal, una dificultad para extraer la glucosa y el oxígeno, acompañada de una disminución del flujo de perfusión. Aunque puede que dicha dificultad hipometabólica sea a causa de la disminución de las neuronas (Erol 2008; Milionis 2008). Hipótesis autoinmune Se ha observado en pacientes con Alzheimer la presencia de autoanticuerpos dirigidos contra las células de prolactina. También se ha detectado la presencia de amiloide en las placas seniles y en la pared de los vasos, que se relaciona con los procesos de alteración inmunitaria (Bouras 2005; Hawkes 2007). Hipótesis genética La hipótesis hereditaria se explicaría por la del gen dominante. Se ha descubierto una relación de las manifestaciones clínicas de la enfermedad de Alzheimer con el síndrome de Down, donde el cromosoma 21 se ve alterado. La relación de ambas enfermedades es que en el cromosoma 21 se encuentra el precursor de la proteína amiloide. También se ha descubierto que la enfermedad que se manifiesta de forma precoz tiene cierta relación con el cromosoma 14, y por el contrario, a los pacientes donde se les manifiesta la enfermedad de forma tardía se produce cierta alteración en el cromosoma 19 (Lambert 2007). 19

39 Introducción Hipótesis del estrés oxidativo Se ha investigado también sobre los radicales oxigenados libres. Se ha estimado que la esperanza de vida podría prolongarse de 5 a 10 años si se controlasen dichos radicales. En la enfermedad de Alzheimer se ha observado que los radicales libres (RL) atacan la membrana celular, liberan los ácidos grasos y las proteínas, perturban la permeabilidad de la membrana, alteran la posición, formación y función de proteínas y en consecuencia generan cambios en la actividad enzimática (Practico 2008). En la enfermedad de Alzheimer esporádica, ni los factores genéticos ni los ambientales por separado provocan la enfermedad, pero asociados entre sí son necesarios, pero no suficientes, precisando además del concurso del factor envejecimiento Hallazgos patológicos Desde el punto de vista neuropatológico, la enfermedad de Alzheimer tiene dos características histológicas típicas que hace que se diferencie del proceso de envejecimiento normal, estas son la presencia de: a) alteraciones neurofibrilares extraneuronales (placas seniles o amiloides) y b) acumulaciones fibrilares intraneuronales (ovillos neurofibrilares o "tangles", en inglés). Ambas lesiones, placas amiloides y ovillos neurofibrilares (Figura 1), no se encuentran o están presentes en reducido número en el cerebro de ancianos sanos y lo que en realidad marca el diagnóstico histopatológico es su cantidad y topografía, correlacionándose su número y densidad con la intensidad de la demencia en estos pacientes, encontrándose en cantidades elevadas en la enfermedad de Alzheimer. 20

40 Introducción Figura 1 Estas lesiones se acompañan de una pérdida neuronal que afecta fundamentalmente al córtex frontal y a la región hipocámpica y, en mayor medida, a los sistemas con neurotransmisión colinérgica Formación placas amiloides Los exámenes autópsicos o postmortem del cerebro de pacientes con Alzheimer, muestran una extensa formación de placas amiloides, las cuales se depositan y acumulan alrededor de los nervios celulares. El principal elemento de los depósitos extracelulares es la proteína β-amiloide, que forma fibrillas y se agrega formando las placas. El péptido β-amiloide se produce por una escisión anómala de la proteína precursora amiloide (APP). Cuando la APP es escindida por una α-secretasa, que es la vía normal, el producto resultante es un péptido soluble, eliminado después por el organismo con facilidad. Pero en la enfermedad de Alzheimer predomina la escisión consecutiva de la APP por parte de una β-secretasa primero y de una γ-secretasa después, formándose entonces el péptido β-amiloide insoluble que es 21

41 Introducción excretado al exterior de las neuronas. Fuera de la células, estos péptidos amiloides se agregan formando oligómeros, los cuales se acumulan y forman depósitos llamados placas amiloides sobre la membrana de las neuronas (Figura 2). Figura Formación ovillos neurofibrilares En condiciones normales de la neurona, la proteína Tau se encuentra en el interior de los microtúbulos, teniendo una función interna de soporte estructural que actúa estabilizando los microtúbulos. En la enfermedad de Alzheimer se produce una hiperfosforilación de la proteína Tau, que es catalizada por varias proteinquinasas, lo que hace que esta deje de cumplir su papel en la estabilización del citoesqueleto y se transforma en una proteína con una capacidad aberrante de asociarse consigo misma para formar polímeros intracelulares (Figura 3). Estos ovillos se localizan en el interior de las neuronas y se ha demostrado que estas estructuras no se encuentran en los cerebros post-mortem de sujetos controles de edad avanzada que no presentan esta enfermedad (Gomez-Isla 1997). 22

42 Introducción Figura 3 El proceso de degeneración neurofibrilar genera una disfunción de las células nerviosas, ocasionando en una etapa más avanzada la muerte selectiva de ciertas poblaciones neuronales, especialmente en regiones del hipocampo, corteza entorina y núcleos de Meynert. Además, se produce una disminución en los niveles de ciertos neurotransmisores como la AC. Sin embargo, los mecanismos involucrados en la neurodegeneración y pérdida neuronal no han sido aún dilucidados ESTRÉS OXIDATIVO En el metabolismo aerobio entre el 1 y el 5% del oxígeno que consumimos se reduce de forma incompleta, dando lugar a intermediarios o especies reactivas llamadas radicales libres (RL). Los RL son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón desapareado por lo que son muy reactivos ya que tienden a capturar un electrón de moléculas estables con el fin de alcanzar su estabilidad electroquímica. Una vez que el RL ha conseguido sustraer el electrón 23

43 Introducción que necesita para aparear su electrón libre, la molécula estable que se lo cede se convierte a su vez en un RL por quedar con un electrón desapareado, iniciándose así una verdadera reacción en cadena que destruye nuestras células. La vida media biológica del RL es de microsegundos, pero tiene la capacidad de reaccionar con todo lo que esté a su alrededor provocando un gran daño a moléculas y a membranas celulares. Los RL no son intrínsecamente deletéreos. De hecho, nuestro propio cuerpo los fabrica en cantidades moderadas para luchar contra bacterias y virus. Los RL producidos por el cuerpo para llevar a cabo determinadas funciones son neutralizados fácilmente por nuestro propio sistema. Con este fin, nuestro cuerpo produce unas enzimas antioxidantes que son las encargadas de neutralizarlos. Estas enzimas tienen la capacidad de desarmar a los RL sin desestabilizarse. Dentro de este concepto genérico se incluyen, moléculas radicales que son agentes oxidantes como el anión superóxido (O 2 - ) y moléculas no radicales, que son fácilmente convertibles a radicales como el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), que constituyen las especies reactivas del oxígeno (EROs). Además de las EROs, también son importantes en este contexto las especies reactivas del nitrógeno (RNS). Bajo condiciones fisiológicas normales se estima que entre el 2-4% del oxígeno consumido durante el transporte de electrones en la mitocondria no se reduce a agua por la citocromo C oxidasa, sino que se forma el O 2 -, el principal radical libre de oxígeno producido por la mitocondria, y este, a su vez, puede generar otras EROs. En la célula el O 2 - es convertido a rápidamente a H 2 O 2 espontáneamente o por vía enzimática (Reacción 1). 2 O H + H 2 O 2 + O 2 REACCIÓN 1 Sin embargo, el H 2 O 2 puede reaccionar con metales de transición reducidos, a través de la reacción de Fenton (Reacción 2,3), para producir el radical hidroxilo (OH - ) altamente reactivo, una molécula mucho más perjudicial para la célula. 24

44 Introducción Me (n+1)+ + O 2 - Me n+ + O 2 REACCIÓN 2 Me n+ + H 2 O 2 Me (n+1)+ + OH + OH - (reacción de Fenton) REACCIÓN 3 - Además de la formación de H 2 O 2, los radicales O 2 pueden rápidamente reaccionar con el óxido nítrico (NO) para generar aniones peroxinitrito citotóxicos (ONOO-), que pueden reaccionar con el dióxido de carbono, produciendo daño a las proteínas con la formación de nitrotirosina y oxidación de ADN y lípidos (Figura 4). Figura 4 La generación de EROs en las células normales, incluyendo las neuronas, está bajo un estricto control homeostático. Para ayudar a desintoxicar las EROs, los antioxidantes biológicos reaccionan con la mayoría de los oxidantes. Sin embargo, cuando los niveles de EROs superan la capacidad antioxidante presente en la célula se produce una situación conocida como estrés oxidativo (EO) (Figura 5). 25