INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada Unidad Querétaro

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada Unidad Querétaro POSGRADO EN TECNOLOGÍA AVANZADA T E S I S EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE DE LA CHAYA (Cnidoscolus chayamansa) EN UN MODELO EXPERIMENTAL DE DIABETES EN RATAS WISTAR PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN TECNOLOGÍA AVANZADA PRESENTA GIOVANNA MARÍA DEL ROSARIO PALOS SUÁREZ DIRECTORES: DRA. EVA GONZÁLEZ JASSO y DR. REYNALDO CARLOS PLESS ELLING SANTIAGO DE QUERÉTARO, QRO. NOVIEMBRE DEL 2007

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4 INDICE ABREVIATURAS RESUMEN SUMMARY INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES Diabetes Epidemiología Diagnóstico Factores de riesgo Complicaciones Insulina Metabolismo de la glucosa Metabolismo lipídico Metabolismo proteico Metabolismo de las lipoproteínas Modelos experimentales en animales para el estudio de la diabetes Modelos experimentales Inducción química Tratamientos para la diabetes Terapia farmacológica Plantas medicinales Cnidoscolus chayamansa Daño oxidativo Radicales libres Generalidades

5 2.7 Actividad Antioxidante Generalidades de los antioxidantes Clasificación de los antioxidantes Estrés oxidativo Métodos para determinar la capacidad antioxidante JUSTIFICACIÓN OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS MATERIAL Y MÉTODOS Animales Inducción de diabetes a ratas Wistar Materiales Equipo Métodos para determinación de Capacidad Antioxidante Método de la Capacidad antioxidante total (TAC) con crocin (Lussignoli y col., 1998) Método del potencial antioxidante de reducción del fierro (FRAP; Liu y col., 1982) Método del ABTS (Mariken y col., 2004) Determinación de Fenoles totales (Singleton, 1965) Determinación de Flavonoides (Liu y col., 2002) Determinación sanguínea de Glucosa Determinación sanguínea de Triglicéridos Determinación sanguínea de Colesterol Determinación en orina de Creatinina y Microalbúmina Diseño experimental Composición proximal, fenoles totales y flavonoides Primera fase (experimento subcrónico) Segunda fase (experimento subcrónico)

6 5.4.4 Tercera fase (experimento agudo) Análisis estadístico RESULTADOS Y DISCUSION Composición proximal, fenoles totales y flavonoides Primera fase del experimento subcrónico Segunda fase experimento subcrónico Tercera fase Curvas hipoglucémicas Determinación de capacidad antioxidante Determinación de la capacidad antioxidante total por la técnica TAC por crocin Determinación de la capacidad antioxidante total por la técnica ABTS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES SUGERENCIAS PARA TRABAJOS FUTUROS BIBLIOGRAFÍA ANEXO I (REACTIVOS) ANEXO II (PREPARACIÓN DE SOLUCIONES)

7 INDICE DE TABLAS Tabla 1 Contenido nutracéutico (Kuti y col., 1996) Tabla 2 Las principales especies reactivas de oxígeno en el organismo (Castillo y col., 2001) Tabla 3 Función fisiológica de los antioxidantes no enzimáticos (Zamora, 2007) Tabla 4 Localización y función de antioxidantes enzimáticos (Zamora, 2007) Tabla 5 Composición nutrimental de la hoja de chaya Tabla 6 Concentración de fenoles totales y flavonoides en la hoja, extracto y licuado de chaya Tabla 7 Correlaciones entre grupos de diabéticas con té de chaya, diabéticas agua y sanas con té de chaya Tabla 8 Correlación entre glucosa, peso corporal, triglicéridos, colesterol total y colesterol de alta densidad Tabla 9 Correlación pesoglucosa de experimento agudo Tabla 10 Concentración de colesterol total y colesterol de alta densidad en suero de ratas sanas y diabéticas tratadas con licuado y extracto de hoja de chaya al 6% al final del experimento de 11 días Tabla 12 Cantidades para preparar curva estándar de ácido gálico para determinación de fenoles totales Tabla 13 Cantidades para preparar curva estándar de catequina para determinación de flavonoides Tabla 11 Resultados comparativos de las técnicas TAC, ABTS Y FRAP INDICE DE GRAFICAS Gráfica 1 Consumo de alimento de ratas sanas y diabéticas tratadas con té de chaya durante el experimento subcrónico Gráfica 2 Consumo de líquido de ratas sanas y diabéticas tratadas con té de chaya durante el experimento subcrónico Gráfica 3 Concentración de Glucosa de ratas sanas y diabéticas tratadas con té de chaya durante el experimento subcrónico Gráfica 4 Cambio en los niveles de triglicéridos sanguíneos, en las ratas diabéticas tratadas con té de chaya y agua durante el experimento subcrónico Gráfica 5 Volumen (ml) de orina en 12 horas de las ratas diabéticas y sanas, tratadas con té de chaya y agua Gráfica 6 Cambio en los niveles de microalbúmina en orina, de las ratas diabéticas y sanas tratadas con té de chaya y agua durante el experimento subcrónico Gráfica 7 Cambio en los niveles de creatinina en la orina, de las ratas diabéticas y sanas tratadas con té de chaya y agua durante el experimento subcrónico Gráfica 8 Consumo de líquido de ratas sanas y diabéticas tratadas con té de chaya, antioxidante y agua

8 Gráfica 9 Niveles de glucosa sanguínea en las ratas diabéticas y sanas tratadas con té de chaya, antioxidante y agua Gráfica 10 Concentración de Glucosa sanguínea al final del experimento en ratas sanas y diabéticas tratadas con agua, antioxidante y té de chaya, durante 49 días Gráfica 11 Concentración de Triglicéridos al final del experimento en ratas sanas y diabéticas tratadas con agua, antioxidantes y té de chaya, durante 49 días Gráfica 12 Concentración de Colesterol al final del experimento en ratas sanas y diabéticas tratadas con agua, antioxidantes y té de chaya, durante 49 días Gráfica 13 Concentración de Colesterol de alta densidad (HDL) al final del experimento en ratas sanas y diabéticas tratadas con agua, antioxidantes y té de chaya, durante 49 días Gráfica 14 Curvas hipoglucémicas de glucosa sanguínea en ratas diabéticas y sanas Gráfica 15 Concentración de glucosa en ratas sanas y diabéticas, tratadas con licuado y extracto al 6% durante 11 días Gráfica 16 Registro de peso de ratas sanas y diabéticas, tratadas con licuado y extracto al 6% durante 11 días Gráfica 17 Concentración de glucosa sanguínea al final del experimento en ratas sanas y diabéticas, tratadas con licuado y extracto de chaya al 6% y agua Gráfica 18 Concentración de triglicéridos en suero de ratas sanas y diabéticas, tratadas con licuado y extracto al 6% y agua al final del experimento de 11 días Gráfica 19 Concentración de colesterol total en suero de ratas sanas y diabéticas, tratadas con licuado y extracto al 6% y agua durante 11 días Gráfica 20 Concentración de colesterol de alta densidad en suero de ratas sanas y diabéticas, tratadas con licuado y extracto al 6% y agua durante 11 días Gráfica 21 Curvas de % de inhibición de μl de plasma de diferentes muestras de tratamientos por TAC. 71 Gráfica 22 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de ácido ascórbico por TAC del experimento subcrónico de la segunda fase Gráfica 23 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de trolox por TAC del experimento subcrónico de la segunda fase Gráfica 24 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de ácido ascórbico por TAC de la tercera fase Gráfica 25 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de trolox por TAC de la tercera fase Gráficas 26 Curvas de plasma de diferentes muestras de tratamientos por ABTS Gráfica 27 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de ácido ascórbico por ABTS del experimento subcrónico de la segunda fase Gráfica 28 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de trolox por ABTS del experimento subcrónico de la segunda fase Gráfica 29 Comparativo Capacidad antioxidante en mmol/l de ácido ascórbico por ABTS de la tercera fase

9 Gráfica 30 Comparativo Capacidad antioxidante en mmol/l de trolox por ABTS correspondiente a la tercera fase Gráfica 31 Curvas de plasma de diferentes muestras de tratamientos por FRAP Gráfica 32 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de ácido ascórbico por FRAP del experimento subcrónico de la segunda fase Gráfica 33 Comparativo capacidad antioxidante en μm eq de FeSO 4 por FRAP del experimento subcrónico de la segunda fase Gráfica 34 Comparativo capacidad antioxidante en mmol/l de ácido ascórbico por FRAP de la tercera fase Gráfica 35 Comparativo capacidad antioxidante en μm/l de FeSO 4 por FRAP de la tercera fase Gráfica 36 Comparativo entre técnicas para el grupo de diabéticas con extracto Gráfica 37 Comparativo de sensibilidad de las técnicas utilizadas para determinación de antioxidantes. SE= sana extracto, DE= diabética extracto, SL= sana licuado, DL= diabética licuado DAOx, SA= sana con agua, DA= diabética con agua, ST= sana con te, DT= diabética con te, SAOx= sana con AOx, DAOx= diabética con AOx Gráfica 38 Curva estándar de ácido gálico para la determinación de fenoles totales en la hoja de chaya.99 Gráfica 39 Curva estándar de catequina en mg/ml para determinar flavonoides en la hoja de chaya Gráfica 40 Cinética de TAC por crocin para ácido ascórbico (mg/ml) Gráfica 41 Curva estándar de ácido ascórbico por la técnica de TAC Gráfica 42 Curva estándar de Trolox por la técnica de TAC Gráfica 43 Curva de % de inhibición de ácido ascórbico por la técnica de ABTS Gráfica 44 Curva de % inhibición de TROLOX por la técnica ABTS Gráfica 45 Curva de % de inhibición de ácido ascórbico por la técnica de FRAP Gráfica 46 Curva de % de inhibición de FeSO 4 por la técnica de FRAP INDICE DE FIGURAS Figura 1 Hoja de Cnidoscolus chayamansa Figura 2 Desbalance redox (Calderón, 2007) Figura 3 El sitio en la célula donde participan los principales mecanismos antioxidantes (Calderón, 2007) Figura 4 Sistema antioxidante (Calderón, 2007) Figura 5 Ácido úrico de antioxidante a prooxidante (Rosa y col., 2006) Figura 6 Mecanismos de defensa contra los daños producidos por las ERO (Castillo y col., 2001)

10 ABREVIATURAS ABAP ABTS ADP AOx ATP DPPH DMPO ERN EROs FRAP GSH GSH Px MDA OMS ORAC RL SOD STZ TAC TBARs TEAC TRAP TROLOX 2,2 Azobis(2amidinopropano) dihidrocloruro Ácido 2,2 azinobis(3etilbenzotiazolin)6sulfónico Difosfato de adenosina Antioxidantes Trifosfato de adenosina 2,2difenil1piperihidracil 5,5dimetilpirrolinaNóxido Especies reactivas de nitrógeno Especies reactivas de oxígeno Potencial antioxidante de reducción del fierro Glutatión reducido Glutatión peroxidasa Malonaldehído Organización Mundial de la Salud Capacidad de absorbancia del radical de oxígeno Radicales libres Superóxido dismutasa Estreptozotocina Capacidad antioxidante total Sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico Capacidad antioxidante en equivalentes de trolox Parámetro antioxidante de captura de radicales totales 6hydroxy2,5,7,8 tetramethylchroman2carboxylic acid 10

11 RESUMEN La Organización Mundial de la Salud considera que la diabetes está alcanzado proporciones de epidemia en todo el mundo. México ocupa el noveno lugar a nivel mundial con 6,8 millones de casos diagnosticados, sin embargo es la primera causa de mortalidad a nivel nacional debido a las complicaciones cardiovasculares. Los radicales libres (RL) juegan un rol crucial en la patología de varias enfermedades crónicodegenerativas como el cáncer y la diabetes entre otras, debido a la alta reactividad generada por tener uno o más electrones no apareados y que se combinan rápidamente con alguna molécula susceptible de ataque ocasionando una reacción en cadena y la formación de otros RL. Los antioxidantes protegen de los RL, debido a la incapacidad de los organismos biológicos de neutralizar a los RL por si solos, los cuales se pueden obtener por medio de la dieta alimenticia y de la herbolaria. En nuestro país se conocen alrededor de 150 plantas para el tratamiento de la diabetes, destaca la Chaya (Cnidoscolus chayamansa) empleada principalmente como hipoglucemiante, diurético y antihipertensivo; sin embargo, existen pocos estudios científicos que la respalden. En el presente trabajo se evaluó el efecto de la hoja de Chaya en un modelo de diabetes inducida. Se utilizaron ratas Wistar ( g) que recibieron una dosis de estreptozotocina (45 mg/kg/ip); después de 72 h se confirmó la hiperglucemia (glucosa 180 mg/dl). Se administró ad libitum la chaya en té, licuado y extracto de manera aguda y subcrónica; se realizó: registro semanal de peso, consumo de alimento y líquidos; niveles sanguíneos de glucosa, triglicéridos y colesterol. Los resultados indicaron que la administración del té de Chaya no modificó el consumo de alimento y líquido, ni los niveles sanguíneos de glucosa ni perfil de lípidos. La administración de la chaya cruda en licuado al 6% y extracto acuoso al 6% si disminuyó los niveles de glucosa en la sangre. En el análisis proximal presenta propiedades similares a la espinaca. La capacidad antioxidante total se Por lo que su empleo durante la diabetes probablemente puede resultar adecuado al reducir complicaciones cardiovasculares generadas por los altos niveles de lípidos durante esta patología. Palabras clave: Antioxidantes, chaya, diabetes 11

12 SUMMARY Evaluate the antioxidant activity of Chaya (Cnidoscolus Chayamansa) on streptozotocin induced diabetic Wistar rats. Key worlds: Antioxidants, chaya, diabetes. 12

13 1 INTRODUCCIÓN La diabetes mellitus (DM) es una enfermedad crónicodegenerativa con una prevalencia del 6% en los adultos, a nivel mundial; en México es del 910% y en el estado de Querétaro del 78% de la población padece la diabetes (INEGI, 2002; Velásquez y col., 2003). A nivel nacional, representa uno de los principales problemas de salud pública, por el impacto económico y social que generan las complicaciones crónicas de tipo microvascular como la retinopatía, nefropatía y neuropatía periférica que afecta nervios de pies y manos, y de tipo macrovascular como la enfermedad cerebrovascular y la cardiopatía isquémica, esta última considerada la primera causa de mortalidad en nuestro país (Dorantes y Martínez, 2004; Barquera y col., 2003). La diabetes es resultado de las alteraciones metabólicas en la glucosa, lípidos y proteínas; manifestándose con niveles elevados de glucosa, colesterol y triglicéridos en sangre. Esta alteración metabólica es generada por el desequilibrio entre su producción por el hígado y la utilización por los tejidos dependientes e independientes de insulina, y por una secreción deficiente o una resistencia a la insulina (Becker, 2001; Islas, y Revilla, 2005). Asociado a estas alteraciones, se tiene el papel del estrés oxidativo en el desarrollo de la diabetes, el cual se caracteriza por el desequilibrio entre la producción constante de las especies reactivas de oxígeno (ERO) y la capacidad de defensa antioxidante de las células. Diversos estudios indican que los procesos crónicos de hiperglicemia conducen a un incremento en la producción de sustancias oxidantes como las EROs y los radicales libres (RL) los cuales causan daño a las proteínas celulares, lípidos de membrana y ácidos nucleicos (Halliwell, 1994). Inicialmente la diabetes es una enfermedad silenciosa, acompañada por alteraciones bioquímicas y manifestaciones clínicas que se caracterizan por hiperglicemia, poliuria (orina excesiva), polidipsia (sed anormal), polifagia (hambre exagerada) y pérdida de peso. La gravedad de las complicaciones genera gastos elevados para la población y el sector salud, por las discapacidades, terapias de rehabilitación y medicamentos que se requieren (Islas y Revilla, 2005). En la búsqueda de nuevas alternativas que eleven la calidad de vida del enfermo diabético y reduzcan los efectos secundarios de los medicamentos alopáticos, se recurre a la medicina tradicional. En México, se conocen alrededor de 150 plantas para el tratamiento de la diabetes (AlarcónAguilera, 1998), entre éstas sobresale la Chaya (Cnidoscolus chayamansa), por su alto valor nutricional: es rica en proteína, calcio, potasio, hierro, vitamina C y betacarotenos (Kuti y Torres, 1996; Molina y col., 1997; Ross y Molina, 2002). Sin embargo, existe controversia y escasa evidencia científica sobre su efecto antidiabético y su papel en las complicaciones derivadas de la diabetes y del estrés oxidativo (Ross y Molina, 2004). En el presente trabajo se evaluó el efecto antioxidante de la hoja de Chaya sobre los niveles de glucosa, colesterol y triglicéridos, así como en las manifestaciones clínicas características de la diabetes y su actividad antioxidante en un modelo experimental de diabetes en ratas Wistar. 13

14 2 ANTECEDENTES 2.1 Diabetes La diabetes mellitus (DM) se caracteriza por una hiperglicemia generada por una alteración en el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas. Esto es debido a una deficiencia o carencia de insulina. Lo que afecta la captación y entrada de glucosa en el músculo y células grasas. La diabetes Tipo 1 es conocida como diabetes juvenil ya que se desarrolla principalmente en la niñez o adolescencia, abarcando el 10% del total de los casos. El sistema inmunológico destruye las células β del páncreas, las cuales producen la insulina que regula la concentración de glucosa en la sangre. La diabetes Tipo 2 comienza con resistencia a la insulina, un trastorno en el cual las células no utilizan la insulina de manera adecuada. A medida que aumenta la necesidad de insulina, el páncreas pierde gradualmente su capacidad de producir insulina. En ausencia de insulina, las células del tejido adiposo intentan proveer combustible movilizando las reservas grasas. Los ácidos grasos libres se utilizan inicialmente para la producción de energía, generando como producto de su metabolismo cuerpos cetónicos. Estos ácidos son excretados por el riñón junto con bicarbonato de sodio, ocasionando una caída en el ph del plasma, cuyo resultado es una acidosis (cetoacidosis diabética), lo que genera daño renal progresivo (Greenspay y Gardner, 2005). La diabetes, especialmente la de tipo 2, afecta ahora al 5,9% de la población adulta del mundo con casi un 80% del total en los países en desarrollo. Las regiones con las tasas más altas son el Mediterráneo oriental y el Oriente Medio, donde el 9,2% de la población adulta se ve afectada, y Norteamérica (8,4%). Las cifras más elevadas, sin embargo, se encuentran en el Pacífico occidental, donde unos 67 millones de personas tienen diabetes, seguido de Europa, con 53 millones (IDF, 2006) Epidemiología La India encabeza la lista de los diez países del mundo con el mayor número de personas con diabetes diagnosticada, con una cifra actual de 40,9 millones, seguida de China con 39,8 millones. Por detrás están EE.UU., Rusia, Alemania, Japón, Pakistán, Brasil, México y Egipto. La Federación Internacional de Diabetes (IDF 2006) estima que en el mundo habrá 246 millones de personas con diabetes en este La prevalencia (proporción de la población que padece la enfermedad) es variable en distintas comunidades, siendo muy alta en algunos grupos étnicos como en los Polinésicos y en los indígenas Pima de EE.UU., donde el 25% de su población presentan DM tipo 2. México es uno de los países con mayor prevalencia de diabetes tipo 2, se calcula que ocupa el noveno lugar a nivel mundial de número de diabéticos (Islas y Revilla, 2005) Diagnóstico Para el diagnóstico definitivo de diabetes mellitus y otras categorías de la regulación de la glucosa, se usa el nivel de glucosa en plasma o suero. En ayunas de 10 a 12 horas, las glicemias normales se 14

15 caracterizan por valores < 110 mg/dl. La intolerancia a la glucosa se diagnostica cuando el sujeto presenta un valor de glucosa en ayuno < 126 mg/dl y a los 120 minutos post sobrecarga oral de glucosa entre 140 y 199 mg/dl. En la prueba de tolerancia a la glucosa oral (curva de tolerancia a la glucosa), la medición en plasma se hace dos horas posteriores a la ingesta de 75 g de glucosa en 30 ml de agua; la prueba es positiva con cifras mayores o iguales a 200 mg/dl, además de los síntomas característicos de la diabetes como son: poliuria, polidipsia, polifagia y pérdida de peso (Greenspay y Gardner, 2005) Factores de riesgo Los factores más importantes en la aparición de una diabetes tipo 2 son, además de una posible resistencia a la insulina o intolerancia a la glucosa, el exceso de peso y la falta de ejercicio. Para la diabetes tipo 1 principalmente influye la herencia genética, o bien, alguna patología que influya en el funcionamiento del páncreas. La actividad física mejora la administración de las reservas de azúcares del cuerpo y actúa como reguladora de las glucemias. Las reservas de glucógeno aumentan y se dosifican mejor cuando el cuerpo está en forma, ya que las grasas se queman con más facilidad, reservando más los hidratos de carbono para esfuerzos intensos o en caso de que la actividad sea muy larga que las reservas aguanten más tiempo. Dos factores a destacar son la alteración en la glucosa de ayuno mayor o igual a 110 mg/dl (pero < 126 mg/dl), y la intolerancia a la glucosa de 140 mg/dl (pero < 200 mg/dl) medida a las 2 horas de ingerir una solución glucosada (Dorantes y Martínez, 2004) Complicaciones Independiente del tipo de diabetes mellitus, un nivel elevado de azúcar en la sangre conduce a las siguientes enfermedades (Gill y col., 2002): Daño de los pequeños vasos sanguíneos (microangiopatía), Daño de los nervios periféricos (polineuropatía). Síndrome del pie diabético (heridas difícilmente curables y la mala irrigación sanguínea de los pies, puede conducir a laceraciones y eventualmente a la amputación de las extremidades inferiores). Daño de la retina (retinopatía). Daño renal (nefropatía). Hígado graso o hepatitis de hígado graso (adipohepatía). Daño de los vasos sanguíneos grandes (macroangiopatía): trastorno que conduce a infartos, apoplejías y trastornos de la circulación sanguínea en las piernas. Hiperglucemia es la elevación del nivel de glucosa en sangre por encima de los 110 mg/dl en ayunas o 180 mg/dl en valor postprandial. Hipoglucemia es la disminución del nivel de glucosa en sangre por debajo de los 50 mg/dl. Puede ser consecuencia de ejercicio físico no habitual o sobreesfuerzo, sobredosis de insulina, 15

16 cambio en el lugar habitual de inyección, ingesta insuficiente de hidratos de carbono, diarreas, etc. Coma diabético es la consecuencia más grave de la diabetes, pueden presentarse valores de glucosa en la sangre de 1000 mg/dl (los valores normales de glucosa en la sangre son de 80 a 120 mg/dl), generando una sobre acidificación de la sangre (acidosis metabólica). Este coma es ocasionado por infecciones, errores en la alimentación (demasiados carbohidratos) o por una dosificación errónea de la insulina. 2.2 Insulina En los islotes pancreáticos se secretan algunas hormonas, las células β producen la insulina; las células α son productoras de glucagón (hormona hiperglucemiante o de contrarregulación), y células delta secretan somatostatina (hormona que inhibe tanto la secreción de insulina como la de glucagón), mientras que un pequeño número de células pancreáticas (denominadas células F) se encargan de la producción del polipéptido pancreático. La insulina es una hormona hipoglucemiante, se sintetiza a partir de una larga cadena precursora, o preproinsulina, la cual se fracciona para dar lugar a la molécula de proinsulina, que tiene 86 aminoácidos. Esta última, a su vez, es procesada por enzimas de conversión, generando insulina y una pequeña fracción peptídica (péptido C). La insulina es un polipéptido constituido por dos cadenas de aminoácidos denominadas A y B, que están unidas por dos puentes de disulfuro conteniendo en total 51 aminoácidos (Figueroa, 1997; Dorantes y Martínez, 2004). La insulina actúa sobre el metabolismo de los hidratos de carbono, los lípidos y las grasas. Facilita el transporte de glucosa a través de la membrana celular, promueve su transformación en glucosa 6 fosfato, favorece la síntesis del glucógeno hepático y muscular; y disminuye la gluconeogénesis (Figueroa, 1997; Dorantes y Martínez, 2004) Metabolismo de la glucosa A nivel hepático la glucosa no requiere de transportador, pero la menor actividad de la glucocinasa (esencial para la fosforilación) y de la glucógeno sintetasa, limitan la síntesis de glucógeno. A nivel muscular, la menor actividad de la hexocinasa y del glucógeno sintetasa, tienen igual efecto sobre la limitada cantidad de glucosa transportada. Se presenta menor captación de la glucosa por el tejido muscular y adiposo debido al decremento de la activación del transportador de la glucosa (Glut 4) en los tejidos dependientes, reduciendo su síntesis o interfiriendo con su translocación desde el citosol a la membrana. Se manifiesta por un menor número de moléculas en la membrana y por una menor captación y transporte de glucosa (Dorantes y Martínez, 2004; Greenspay y Gardner, 2005) Metabolismo lipídico La insulina favorece la disminución de ácidos grasos libres circulantes (aumenta el catabolismo de los triglicéridos en el tejido adiposo y del transporte de ácidos grasos hacia el hígado al reducir la producción de la lipasa del tejido adiposo), a consecuencia de cuatro mecanismos (Dorantes y Martínez, 2004; Greenspay y Gardner, 2005): a) Inducción de la lipogénesis, 16

17 b) inhibición de la lipólisis, c) disminución de la cetogénesis d) disminución de la acidosis Metabolismo proteico Esta relacionado con la reducción del efecto de la insulina a nivel transcripcional y posttranscripcional de enzimas involucradas en el metabolismo de las proteínas. Existe una reducción de su síntesis e incremento de su catabolismo especialmente a nivel hepático y muscular. Esto último está ligado a una mayor actividad lisosomal y de proteasas no lisosomales. El resultado es un balance nitrogenado negativo (Dorantes y Martínez, 2004; Greenspay y Gardner, 2005) Metabolismo de las lipoproteínas El déficit insulínico reduce la actividad del sistema lipasa lipoproteico periférico, ya sea por defecto de su síntesis, translocación o activación. Esto se traduce en una reducción del catabolismo de las lipoproteínas ricas en triglicéridos; las de muy baja densidad (VLDL) y los quilomicrones; y se detecta por incremento de los niveles de triglicéridos séricos en ayunas y postprandiales (Greenspay y Gardner, 2005) 2.3 Modelos experimentales en animales para el estudio de la diabetes Modelos experimentales Los modelos experimentales de diabetes en animales se utilizan tanto para el estudio de la etiología de la diabetes mellitus como para el estudio de los mecanismos involucrados en las complicaciones diabéticas a largo plazo, ya que las características generales de la diabetes en animales son similares a las de la diabetes humana (Fuster, 2004). Los diferentes modelos experimentales utilizados son cuatro: los modelos que utilizan agentes químicos para la inducción de la diabetes (diabetes química); los modelos en los que se induce la diabetes mediante procedimientos quirúrgicos (diabetes quirúrgica); aquellos en los que la diabetes se induce por infecciones víricas (diabetes vírica); y, por último, los modelos de diabetes espontánea. Para este trabajo se utilizó el modelo de inducción química Inducción química Se ha demostrado que la administración de diferentes sustancias químicas en animales provoca situaciones experimentales similares a la diabetes. Entre estos agentes químicos, el alloxano y la estreptozotocina (STZ) parecen ser los más efectivos y son los más comúnmente utilizados. Ambas sustancias actúan destruyendo las células βpancreáticas por lo que provocan los dos tipos de diabetes; ambas sustancias pueden administrarse vía intravenosa, intraperitoneal o subcutánea. La administración de estreptozotocina (STZ) o alloxano, en dosis altas induce severa insulinodeficiencia y hasta cetoacidosis, mientras que las bajas dosis causan una parcial reducción de la masa de células ß, lo 17

18 cual puede aprovecharse para producir un estado diabético sin tendencia a la cetoacidosis. La STZ es más utilizada por su mayor acción citotóxica, pero la sensibilidad varía según la especie animal, la línea, el sexo, la edad y el estado nutricional. En los recién nacidos, ambas sustancias pueden ser inyectadas alternativamente. Cuando se administran durante la primera semana de vida, provocan la enfermedad tardíamente generando normalmente diabetes tipo 2, si la STZ es inyectada por vía intravenosa (100 mg/kg) el primer día del nacimiento, las células ß se destruyen aunque aproximadamente la mitad se regenera gradualmente (Szkudelski, 2001; Hugués y col.., 2002; Fisher, 2003). Frecuentemente se usa una sola dosis vía intravenosa en ratas adultas aplicando entre 40 a 60 mg/kg de peso corporal (PC); para aplicaciones vía intraperitonial se da una dosis única de 40 a 50 mg/kg de PC. Dos horas después de la inyección se observa la hiperglicemia con bajos niveles de insulina en la sangre y seis horas después de la inducción se presenta una hipoglicemia junto con un incremento en los niveles de insulina en sangre. Finalmente se desarrolla la hiperglicemia y los niveles de insulina en sangre decrecen debido a las anormalidades que se generan en la función de las células β (Szkudelski, 2001). Los animales tratados tanto con alloxano como con STZ presentan la mayoría de las complicaciones asociadas a la diabetes como son las cardiomiopatías, las neuropatías, las disfunciones arteriales coronarias, las alteraciones hepáticas, traqueales, del tejido conectivo, gastrointestinales, etc. (Fuster, 2004). 2.4 Tratamientos para la diabetes La diabetes mellitus es un proceso crónicodegenerativo que se puede controlar, los tratamientos para su control están basados en cuatro factores: la educación e información concerniente a la enfermedad, ejercicio físico, dieta y fármacos. Así como, la vigilancia constante de los niveles de glucemia del paciente para evitar complicaciones Terapia farmacológica El tratamiento farmacológico para la diabetes tiene como objetivo principal disminuir la hiperglicemia, aunque el mecanismo a través del cual ejerce su acción varía dependiendo de la naturaleza química. Estos se clasifican en insulina e hipoglucemiantes orales, entre estos se encuentran (Alpizar, 2001): Sulfonilureas que estimulan al páncreas a producir más insulina, Biguanidinas que disminuyen la cantidad de azúcar producida en el hígado, Inhibidores de la alfaglucosidasas que retardan la absorción de glucosa del intestino, Tiazolidinedionas que producen mayor sensibilidad a la insulina Plantas medicinales Considerando el alto costo de los tratamientos farmacológicos, los efectos secundarios y las complicaciones derivadas del empleo crónico de los fármacos, se está recurriendo a la medicina alternativa mediante el empleo de la herbolaria, en donde la utilización de plantas con propiedades medicinales constituye un recurso para complementar los tratamientos alopáticos y mejorar la calidad de 18

19 vida. Se conocen a nivel mundial aproximadamente 800 plantas usadas para el control de la diabetes, de las cuales se encuentran entre 150 a 269 plantas en México y entre estas destaca la Chaya; sin embargo hay muy pocos estudios científicos que soporten sus efectos antidiabéticos (Alarcón y Aguilera, 1998; Hernández y col., 2002) Cnidoscolus chayamansa La chaya es una verdura cultivada en la región Maya de Guatemala, Belice, el Sureste de México, península de Yucatán y partes de Honduras. Aunque es poco conocida afuera de esta región, la evidencia sugiere que la chaya era una planta importante para los antiguos Mayas de la península de Yucatán, y tal vez en otras partes de la región Maya. Las hojas son amplias y pueden consistir en 3 o más lóbulos, sus flores son blancas. Las semillas y la fruta madura son raras y desconocidas (McVaugh, 1994). Dada la facilidad de cultivarla, su productividad potencial, y sobre todo su alto valor nutritivo, se ha propuesto a la chaya como cultivo potencial para regiones afuera de Mesoamérica (Kuti y Torres, 1996; Molina y col., 1997; Ross y Molina, 2002). En la siguiente Tabla 1 se puede observar que la chaya presenta mayor contenido nutrimental que la espinaca a excepción del contenido de humedad, por lo que representa una fuente alimenticia importante. Tabla 1 Contenido nutracéutico (Kuti y col., 1996) Componente Chaya Espinaca Agua (%) Proteínas (%) Grasa (%) Fibra (%) Calcio (mg/100 g) Fósforo (mg/100 g) Potasio (mg/100 g) Hierro (mg/100 g) Ac. Ascórbico (mg/100 g) Las partes comestibles de la planta de la chaya son las hojas (ver Figura 1), que se consumen en forma similar a la espinaca. Es una fuente alimenticia importante por su alto contenido de proteínas, minerales como calcio, potasio, hierro, fósforo, vitaminas (A, C y E), además de riboflavina y tiamina; por lo que en términos nutricionales es superior a la acelga, lechuga, berros y col, así como con la espinaca (Kuti y Torres, 1996; Ventura, 2004). 19

20 Figura 1 Hoja de Cnidoscolus chayamansa La chaya se ha recomendado tradicionalmente para diversos padecimientos incluyendo la diabetes, la obesidad, las piedras del riñón, hemorroides, acné, problemas visuales y de encías (DíazBolio, 1975). Las hojas de chaya se han tomado como laxante, diurético, para la circulación, para mejorar la digestión, para estimular la lactancia y endurecer las uñas. Pero como otras plantas alimenticias como las habas y mandioca, las hojas crudas contienen glucósidos cianogénicos, los cuales son tóxicos por formar ácido cianhídrico (HCN), un compuesto tóxico el cual es destruido fácilmente por medio de la cocción (Molina y col., 1999; González y col., 2003). A la chaya se le ha atribuido un efecto hipoglucemiante de acuerdo a estudios realizados por Kuti y Torres en 1996, en donde fue administrado de forma intragástrica el té de chaya a conejos diabéticos inducidos con estreptozotocina, los cuales presentaron un decremento en los niveles de glucosa. 2.5 Daño oxidativo Una gran cantidad de estudios epidemiológicos han demostrado que las personas que consumen una dieta rica en frutas y verduras presentan un menor riesgo de desarrollar enfermedades crónicas degenerativas como son la ateroesclerosis, hipertensión, diabetes, isquemia, artritis, colitis ulcerativa, hipoxia, fibrosis quística y cáncer. Esto ha conducido a intentos para identificar los compuestos específicos responsables de los efectos positivos en la salud por el consumo de alimentos ricos en sustancias antioxidantes como vitamina C y E, carotenoides, compuestos fenólicos, flavonoides, selenio y otros, que previenen o disminuyen el daño oxidativo (Avello y Suwalsky, 2005; Fernández y col., 2006). El daño oxidativo se genera por cambios en los sistemas de defensa ocasionando: Disminución en la entrada de las moléculas antioxidantes. Aumento en el metabolismo de antioxidantes. Falla en los sistemas de reparación. Disminución de afinidad y concentración de moléculas que secuestran metales de transición. 20

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