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APORTACIONES ORIGINALES

Recibido: 02/11/2015

Aceptado: 02/05/2016

Asociación de citocinas inflamatorias con marcadores de recambio óseo en diabetes tipo 1

Association of inflammatory cytokines with bone turnover markers in type 1 diabetes

Mario Molina-Ayala,^a Ruth Carmina Cruz-Soto,^a Guadalupe Vargas-Ortega,^a Baldomero González-Virla,^a Aldo Ferreira-Hermosillo, ^a Julián Mac Gregor-Gooch,^b Victoria Mendoza-Zubieta^a

^aServicio de Endocrinología

^bDivisión de Medicina

Hospital de Especialidades, Centro Médico Nacional Siglo XXI, Instituto Mexicano del Seguro Social, Ciudad de México, México

Comunicación con: Victoria Mendoza Zubieta

Teléfono: (55) 5627 6900, extensión 21551

Correo electrónico: vmendozazu@yahoo.com

Introducción: la diabetes mellitus afecta de una manera adversa al esqueleto y esos mecanismos fisiopatológicos continúan sin entenderse completamente. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es identificar citocinas inflamatorias (IL-1, IL-6 y TNFα) en pacientes con DM1 y su asociación con marcadores de formación (sPINP) y resorción (sCTX) óseas.

Métodos: Se estudiaron 62 pacientes con DM1, mayores de 18 años. Se determinaron los valores de la HbA1c, la vitamina D, las citocinas inflamatorias, así como los de los marcadores de formación y resorción óseas.

Resultados: 49 pacientes fueron del sexo femenino con una edad media de 33.5 años, HbA1c > 7.5 en 83%, vitamina D 16 ng/mL. En los pacientes con HbA1c > 7.5 hubo correlación positiva entre el TNFa y sCTX (r = 0.43, p = 0.05), IL-6 y sCTX (r = 0.48, p = 0.037). Posterior a un modelo de regresión lineal simple entre el sCTX y la IL-6 se encontró un coeficiente beta de 23.8, p = 0.030 (IC 2-45.6), es decir, por cada unidad de elevación de IL-6 hay un incremento de sCTX de 23.8 pg/mL.

Conclusiones: encontramos una asociación positiva entre TNF-alfa e IL-6 con el marcador de resorción ósea (sCTX) en pacientes con HbA1c > 7.5 %. El descontrol metabólico se asoció con la elevación de citocinas inflamatorias TNF-alfa e IL-6.

Palabras clave: Diabetes mellitus tipo 1; Densidad mineral ósea: Citocinas; Interleucinas; Factor de necrosis tumoral alfa

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Background: Diabetes mellitus (DM) adversely affects the skeleton and the physiological mechanisms implicated have not been explained sufficiently. Thus, the objective was to identify inflammatory cytokines (IL-1, IL-6 and TNF-alpha) in patients with T1DM and their association with markers of bone formation (sPINP) and markers of bone resorption (sCTX).

Methods: We studied 62 patients of 18 years of age or more with T1DM. We determined the values of HbA1c, vitamin D, inflammatory cytokines, as well as those of markers of bone formation and of markers of bone resorption.

Results: 49 patients were female with a mean age of 33.5 years. We found values of HbA1c > 7.5 in 83 %, vitamin D of 16 ng/mL. In patients with HbA1c >7.5 we found a positive correlation between TNF-alpha and sCTX (r = 0.43, p = 0.05), IL-6 and sCTX (r = 0.48, p = 0.037). With a model of simple linear regression between IL-6 and sCTX, it was found a beta coefficient of 23.8 with a p = 0.030 (95 % CI = 2-45.6), ie.: for every unit increase in IL-6 there is a sCTX increase of 23.8 pg/mL.

Conclusions: We found a positive association between TNF-alpha and IL-6 with the marker of bone resorption (sCTX) in the group of patients with HbA1c > 7.5. The loss of metabolic control was associated with TNF-alpha and IL-6.

Keywords: Type 1 diabetes mellitus; Bone density; Cytokines; Interleukins; Tumor necrosis factor-alpha

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La diabetes tipo 1 (DM1) es una enfermedad autoinmune caracterizada por la destrucción de las células beta del páncreas.¹ Su incidencia se ha incrementado en forma global en aproximadamente 3 % por año en niños menores de cinco años y representa el 10 % de todos los casos de diabetes.² En México la incidencia de la DM1 en menores de 19 años se ha incrementado de 3.6 a 6.2 por cada 100 000 derechohabientes.³

Con el advenimiento de la insulina en 1921-1922, la reducción de la mortalidad debido a las complicaciones agudas como la cetoacidosis diabética se ha reducido de una forma dramática. Además con el avance en los nuevos análogos de insulina, en las tecnologías de monitoreo de la glucosa y en las bombas de infusión de insulina, más pacientes con DM1 son capaces de lograr las metas de hemoglobina glucosilada (HbA1c). Esto ha permitido reducir de una manera significativa las complicaciones microvasculares y se ha incrementado notablemente la esperanza de vida.^4,5 Actualmente, existe la necesidad de detectar otras complicaciones relacionadas con la edad, incluidos los trastornos cardiovasculares, la osteoporosis y la disfunción cognitiva.

En los últimos años, una serie de estudios epidemiológicos mostraron que hay un incremento en la incidencia de osteopenia, osteoporosis e incremento del riesgo de fractura en pacientes con DM1.⁶ La diabetes mellitus afecta de una manera adversa al esqueleto y los mecanismos fisiopatológicos continúan sin entenderse completamente. La DM1 está asociada con una reducción de la densidad mineral ósea (DMO), mientras que la DM2 tiene incremento en la DMO; sin embargo, ambas presentan un mayor riesgo de fractura. Los pacientes con DM1 tienen de uno a dos veces mayor riesgo de fractura en cualquier sitio del esqueleto y hasta en 6.9 veces el riesgo de fractura de cadera.⁷ Los pacientes diabéticos presentan menor calidad ósea con respecto a los no diabéticos.⁶

El proceso de remodelación ósea depende de un equilibrio preciso entre la formación llevada a cabo por los osteoblastos y la resorción causada por los osteoclastos. Este equilibrio está regulado mediante diversas vías de señalización molecular, con la participación de factores sistémicos y locales; la interrupción en cualquiera de estas vías altera el recambio óseo y la calidad del hueso.^6,7

En la DM1, se han descrito diversos mecanismos que afectan la diferenciación y la actividad de los osteoblastos, favorecen la diferenciación de los osteoclastos, modifican la calidad del hueso, inciden en una mayor pérdida ósea y en el incremento del riesgo de fractura. Esos mecanismos incluyen la falta de insulina, el depósito de productos finales de la glucosilación avanzada (AGEs) en la colágena, la reducción de los niveles séricos de la IGF-1 (factor de crecimiento insulinoide tipo 1), la hipercalciuria, deficiencia de vitamina D, la afección renal, la microangiopatía y el estado inflamatorio mediado por las interleucinas inflamatorias IL-1, IL-6, y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa).^8,9

Otras enfermedades autoinmunes que pueden coexistir con la DM1, como el hipo o hipertiroidismo, el hipogonadismo, la enfermedad celiaca y la misma deficiencia de la insulina, evitan que los pacientes con DM1 logren una masa ósea máxima en la edad adulta.^8,9,10

Los marcadores de resorción y formación ósea nos permiten valorar el proceso de remodelación ósea. La IOF (International Osteoporosis Fundation) y la IFCC (International Federación of Clinical Chemistgry and Laboratory of Medicine) recomiendan el propéptido N-terminal del colágeno tipo I en suero (sPINP), como marcador de formación, y el telopéptido C-terminal del colágeno tipo I en suero (sCTX), como marcadores de resorción; según ambas instituciones, ambos son los marcadores de recambio óseo más sensibles aplicables a la clínica.¹¹

El objetivo de este estudio es identificar el tipo y la concentración de las citocinas inflamatorias (IL-1, IL-6 y TNF-alfa) en pacientes con DM1 y su asociación con los marcadores de recambio óseo sPINP y sCTX.

Métodos

El hospital de Especialidades del Centro Médico Nacional Siglo XXI cuenta en su Clínica de Diabetes Mellitus tipo 1 con aproximadamente 350 pacientes, los cuales tienen un seguimiento con evaluaciones clínicas y bioquímicas en forma periódica. El protocolo fue aprobado por el Comité de Ética de este hospital. Se incluyeron en este estudio 62 pacientes con diagnóstico de DM1 mayores de 18 años con seguimiento regular (por lo menos tres visitas por año) en la Clínica de Diabetes Mellitus tipo 1 de este centro. Los pacientes firmaron previamente su carta de consentimiento informado. Se excluyeron del estudio pacientes con insuficiencia renal (KDQI 3), enfermedades inflamatorias como artritis reumatoide, lupus eritematoso sistémico (LES), tratamiento con glucorticoides, hipertioidismo, menopausia y pacientes con evaluaciones clínicas incompletas.

En relación con las determinaciones bioquímicas, los estudios de laboratorio fueron obtenidos mediante una muestra de 6 mL mediante BD vacutainer (BD, Flanklin Lakes, NJ, USA) y se centrifugó a 3150 x g durante 15 minutos, y el suero se dividió en dos alícuotas. Analizamos, glucosa, colesterol total, c-HDL y triglicéridos con un kit disponible en forma comercial (COBAS 2010 Roche Diagnostics, Indianápolis, USA) utilizando fotocolorimetría con espectrofotómetro Roche Modular P800 (2010 Roche Diagnostics, Indianápolis, USA). Las muestras de C-HDL fueron tratadas con enzimas modificadas con polietilenglicol y sulfato de dextran y se analizaron con la misma técnica fotocolorimétrica. La hemoglobina glucosilada (HbA1c) fue evaluada por inmunoanálisis turbidimétrico (COBAS 2010 Roche Diagnostics, Indianápolis, USA). El colesterol de las lipoproteínas de baja densidad (C-LDL) se calculó si los triglicéridos fueron < 400 mg/dL,¹¹ con la fórmula de Friedewald:

C-LDL (mg/dL) = CT mg/dL − (C-HDL mg/dL + triglicéridos mg/dL/5)

En cuanto a la determinación de citocinas, la interleucina-1 (IL-1), la interleucina-6 (IL-6), la interleucina-10 (IL-10) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa) fueron analizados mediante BD cytometric Bead Array (CBA) usando un kit de inflamación por citometría de flujo (BD FACSAria, BD Biosciences, USA). El coeficiente de variación (CV) de la IL-1 fue de 4-7 %, el de la IL-6 fue de 8-10 %, el de la IL-10 fue de 8-11 % y el del TNF-alfa fue de 8-15 %. El límite de detección para cada ensayo fue de 1.7 pg/mL para la IL-1, 1.5 pg/mL para la IL-6, 2.3 pg/mL para la IL-10 y de 2.7 pg/mL para el TNF-alfa.

En relación con los marcadores de recambio óseo, el marcador de formación ósea propéptido N-terminal del colágeno tipo I (sPINP) y el marcador de resorción ósea telopéptido C-terminal del colágeno tipo I (sCTX) se analizaron en suero mediante la técnica de ELISA, con el kit IDS-iSYS intac PINP (IDS, USA), con un límite de detección < 1 ng/mL, CV 2.6-3 %, y el Human C-telopeptiden of type collagen, ICTP ELISA kit (MyBiosource, USA), con límite de detección de 0.033 ng/mL, CV 2.1-4.9 %.

A propósito del análisis estadístico, los datos fueron analizados con STATA, versión 11. Para establecer la normalidad en la distribución de las variables cuantitativas se utilizó la prueba de Shapiro Wilks. Para hacer las asociaciones entre variables se utilizó para las variables cuantitativas la prueba de chi cuadrada, U de Mann Whitney o prueba de t. Los resultados se expresaron en media y desviación estándar o mediana y rango intercuartílico (RI). Para establecer las correlaciones entre las variables se utilizó la prueba de Pearson o la de Spearman. Para evaluar los factores asociados con los marcadores de resorción ósea se utilizó un modelo de regresión logística. Una p < 0.05 se consideró estadísticamente significativa.

Resultados

Se incluyeron 62 pacientes, con una mediana de edad de 33.5 años (24-46 años); 49 pacientes fueron del sexo femenino. La HbA1c fue de 8.5 % (7.7-10 %) en 83 % de los pacientes con HbA1c > 7.5 %. La depuración de creatinina fue de 69.5 mL/min (61.2-89.5). La totalidad de los pacientes mostraron rangos de deficiencia (< 20 ng/mL) o insuficiencia (de 20 a 29.9 ng/mL) de vitamina D, con una mediana de 16 ng/mL (12.5-21.2). Ningún paciente mostró datos de suficiencia de vitamina D (≥ 30 ng/mL).¹² La fosfatasa alcalina fue de 82 U/L (69.5-98.5), el calcio de 9.4 mg/dL (9-9.7) y el fósforo de 3.8 mg/dL (3.5-4.3). Las concentraciones de colesterol se muestran en el cuadro I. Se encontró correlación positiva entre el TNF-alfa y el sCTX en el grupo de pacientes con un HbA1c > 7.5 (r = 0.43, p = 0.05); también se encontró correlación positiva entre la IL-6 y el sCTX (r = 0.48, p = 0.037) (cuadro II). Después de aplicar un modelo de regresión lineal simple entre el sCTX y la IL-6 se encontró un coeficiente beta de 23.8, con una p = 0.030 (intervalo de confianza [IC] al 95 % 2-45.6), lo que significa que por cada unidad de elevación de la IL-6 hay un incremento del CTX en aproximadamente 23.8 pg/mL, que debe ser un incremento en la resorción ósea.

Discusión

Tanto en DM1 como en DM2 se ha encontrado un riesgo incrementado de fractura, con una repercusión más severa en los pacientes con DM1. La prevalencia de la DM1 se ha incrementado en todo el mundo y se asocia con un aumento del riesgo de fractura de columna y cadera, esta última en un intervalo que va de 6.4 a 6.9 veces en comparación con individuos sin diabetes.^7,13 Con el incremento de la esperanza de vida de los pacientes con DM1, se espera en el futuro un incremento adicional del número de fracturas.¹⁴

La fisiopatología continúa en la actualidad sin aclararse. La remodelación ósea es un proceso dinámico en el que participan las células formadoras de hueso, los osteoblastos y las células que resorben hueso: los osteoclastos. Múltiples vías de señalización mantienen un equilibrio preciso de este proceso con la participación de factores humorales sistémicos y locales.

En la DM1, mediante estudios en animales y en humanos, se ha encontrado un severo deterioro de la formación ósea con una reducción de la diferenciación y función de los osteoblastos, principalmente en pacientes con descontrol metabólico.⁹

Factores no bien especificados en la DM1 producen una reducción de las vías de señalización osteoblastogénica Runx-2 y un incremento en la secreción de la esclerostina (por los osteocitos). La esclerostina es un regulador negativo de la vía osteoblastogénica Wnt y su incremento produce un mayor deterioro de la formación ósea.⁹

Además de tener un efecto directo sobre las células involucradas en la remodelación ósea, la DM1 también afecta la matriz ósea, alterando de esta manera la calidad del hueso. Estos efectos son mediados por la formación de los productos finales de la glucosilación avanzada (AGE), los cuales se producen debido a la glucosilación no enzimática de proteínas o lípidos y están implicados en múltiples complicaciones de la diabetes, incluida la fragilidad ósea.¹⁵

Algunas comorbilidades que incrementan el riesgo de osteoporosis son más frecuentes en pacientes con DM1 (por ejemplo, el hipogonadismo, ciertos trastornos de mala absorción intestinal, como la enfermedad celiaca, y el hipertiroidismo). Esas comorbilidades se deben detectar y tratar en forma temprana para evitar un mayor deterioro de la microarquitectura ósea.^7,8

La vitamina D tiene un amplio papel en la salud: su efecto en el metabolismo óseo es fundamental; también actúa en el sistema cardiovascular, en la inmunomodulación, en el desarrollo neurológico y en la proliferación celular. La deficiencia de vitamina D produce raquitismo en el niño y osteomalacia en el adulto. También disminuye la función de los osteoblastos, induce la osteoclastogénesis mediada por el RANKL y genera un incremento en la pérdida ósea; clásicamente la hipovitaminosis D impide la mineralización normal del osteoide. En nuestro estudio la totalidad de los pacientes mostraron concentraciones deficientes e insuficientes de vitamina D.¹²

La DM1 se asocia con un incremento de las enfermedades cardiovasculares, independientemente del control glucémico. El estado inflamatorio podría estar involucrado tanto en la enfermedad cardiovascular como en las alteraciones del metabolismo óseo. La IL-6 y el TNF-alfa promueven la expresión del RANKL, la osteoclastogénesis y la mayor resorción ósea. Nuestros resultados muestran una asociación positiva de los marcadores de resorción ósea con las concentraciones de IL-6 y TNF-alfa en pacientes descontrolados con DM1 (HbA1c > 7.5).

Conclusiones

En nuestro trabajo encontramos una asociación positiva entre las citosinas proinflamatorias TNF-alfa e IL-6 con el marcador de resorción ósea en el grupo de pacientes con una HbA1c > 7.5. El descontrol metabólico se asoció a mayores concentraciones de citosinas inflamatorias TNF-alfa e IL-6 con un incremento en la resorción ósea. Asimismo, encontramos una correlación o asociación positiva entre la IL-6 con el marcador de resorción ósea sCTX (el incremento de una unidad en la IL-6 aumentó 23.8 pg/mL de sCTX). La DM1 se asocia con un incremento en la fragilidad ósea. La convergencia de muchos factores, entre estos el estado inflamatorio y la deficiencia de vitamina D, conduce a una mala calidad del hueso con un incremento en el riesgo de fracturas, especialmente la de cadera. Estos factores pueden ser modificados; sin embargo, se requiere mayor investigación de este problema para lograr mejores herramientas para la evaluación y el tratamiento de otros factores asociados a la mala calidad ósea en estos pacientes.

Referencias

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