Posibilidades de Utilizar Dipéptidos Parenterales en Nutrición Clínica

Lecturas sobre Nutrición

Possibilities of using dipeptides for parenteral feeding in Clinical Nutrition

Peter Fürst, MD, PhD; Peter Stehle, MD, PhD.
Universidad de Hohenheim

Resumen 

En los últimos años se han estudiado a fondo los efectos de los péptidos intravenosos.

Las soluciones de dipéptidos son un medio para Suministrar determinados aminoácidos que podrían ser indispensables en ciertas condiciones clínicas.

En particular, podría ser difícil administrar aminoácidos tales como la cistina, la glutamina y la tirosina en su forma libre, mientras que su disponibilidad aumenta considerablemente cuando se suministran en forma de dipéptidos.

Los estudios en animales y en seres humanos han demostrado que los dipéptidos parenterales son eliminados rápidamente del plasma e influyen favorablemente sobre el balance del nitrógeno tanto en individuos sanos como en pacientes catabólicos.

Con algunos dipéptidos se puede adaptar la terapia para nutrir tejidos específicos.

Es probable que los dipéptidos parenterales representen un cambio importante en la administración de nutrientes por vía intravenosa.

Son pocas las áreas de investigación y desarrollo En medicina que han registrado un progreso tan grande y valioso como el de la nutrición artificial.(1)

Este progreso tiene relación estrecha con los conocimientos actuales de bioquímica y los descubrimientos recientes acerca de la bioenergía y los mecanismos de transporte de las células.

La enorme revolución de la biología molecular promete unos medios terapéuticos novedosos una vez que estos avances tecnológicos se puedan utilizar en la clínica.(2)

Una de las áreas aplicables a la nutrición clínica es la administración de nutrientes específicos para determinados tejidos.(3)

Muchos investigadores están trabajando con base en el supuesto de que las “soluciones hechas a la medida” podrían aumentar los beneficios de la nutrición intravenosa para grupos específicos de pacientes.(4)

Se han desarrollado mezclas de aminoácidos para el tratamiento de la enfermedad renal y hepática.

Otros investigadores están evaluando formulaciones para optimizar el crecimiento de los lactantes.(4)

Y otros están explorando la posibilidad de utilizar soluciones enriquecidas con aminoácidos de cadena ramificada.(5)

Hay un gran interés por el desarrollo de sustratos nuevos.

El hecho de que los dipéptidos y tripéptidos administrados por vía intravenosa se utilicen con eficiencia abre la posibilidad de reemplazar las soluciones existentes de aminoácidos por péptidos de cadena corta.(6-9) Este enfoque ha planteado una nueva dimensión  dentro del soporte nutricional. La información actual acerca de la asimilación de los péptidos es solo el preludio para hacer de los péptidos intravenosos una práctica clínica común.

En esta revisión analizaremos los aspectos históricos de la asimilación de los péptidos intactos.(6,10,11)

También examinaremos las aplicaciones clínicas de las soluciones de dipéptidos intravenosos desde tres puntos de vista.

El primero es la disponibilidad de los dipéptidos adecuados.

El segundo se relaciona con la eficacia y la seguridad de la nutrición con dipéptidos en distintos grupos de pacientes.

Por último, el tercer aspecto es el de la manipulación de los dipéptidos in vivo, la cual es de interés en lo que se refiere a la capacidad y la eficacia de su utilización a la luz de las afinidades de los distintos dipéptidos en la hidrólisis.

Asimilación de los péptidos intactos

En 1838, cuando el científico holandés Mulder acuñó el término “proteína” por sugerencia de Berzelius, se creía que todas las proteínas eran una misma sustancia y eran absorbidas intactas. Esta opinión prevaleció hasta los años 1870, cuando se describió la heterogeneidad de las proteínas.

Entonces se creyó que las proteínas eran absorbidas en forma de “proteasas” y “peptonas” de acuerdo con la “hipótesis de la resíntesis”.

Esta hipótesis, propuesta por Abderhalden y otros, planteaba que las peptonas eran resintetizadas a proteínas en la pared intestinal para ser absorbidas nuevamente por el cuerpo.

En 1900, Otto Cohnheim demostró que la mucosa no sintetizaba proteínas a partir de peptonas, sino que las descomponía en aminoácidos mediante la acción de la enzima “erepsina”.

Este descubrimiento fue el comienzo de la fisiología moderna de la absorción y el metabolismo de las proteínas y sirvió también de base para la “hipótesis clásica de la absorción de las proteínas”.

Esta hipótesis postulaba que la hidrólisis intraluminal era completa y que solamente los aminoácidos libres eran absorbidos por las células a través de un mecanismo simple de difusión.

Esta doctrina sin fundamento y reaccionaria fue respaldada con obstinación por científicos de la talla de van Slyke, Meyer, Abel, Rowntree, Dent, Wiseman y otros.

Discusiones acerca de la hipótesis clásica

Más adelante, al margen de estas discusiones acerca de la hipótesis clásica, aparecieron en 1950 informes de Agar. Hird y Sidhu en los cuales presentaron evidencia convincente de que los dipéptidos eran absorbidos en forma intacta.

Smith y Newey propusieron la hipótesis de un segundo mecanismo de absorción de los productos de la digestión de las proteínas: la absorción de péptidos por parte de la mucosa, seguida de la hidrólisis intracelular.

Sin embargo, dichos informes causaron poca impresión y en Estados Unidos y Europa se hizo caso omiso de ellos.

El 1968, Matthews en Londres y Adibi en Pittsburgh informaron que los aminoácidos podían absorberse con mayor rapidez en su forma peptídica que en su forma libre.

Pocas teorías emanadas de la investigación fisiológica han causado tanto interés como la de la absorción de los péptidos intactos.

Por consiguiente, durante los últimos 20 años, la absorción de los péptidos y su posterior utilización han sido tema de una investigación a fondo.

El descubrimiento de un sistema activo de transporte para la absorción de los dipéptidos y los tripéptidos fue la primera etapa importante dentro del proceso de llegar a comprender este campo de investigación.

Este sistema portador de los péptidos facilita la hidrólisis subsiguiente de los dipéptidos y tripéptidos dentro de la célula mediante la acción de las hidrolasas peptídicas.

Las peptidasas están ampliamente distribuidas en los compartimentos extra e intracelulares de los tejidos de los mamíferos, pero el mayor volumen de actividad reside en el citoplasma.

Mecanismos de utilización de los péptidos administrados por vía intravenosa

Estos logros dieron lugar a la pregunta de si los péptidos podrían ser utilizados con la misma eficiencia al administrarse en la circulación sistémica.

Mecanismos de utilización de los péptidos

Desde principios de los años 80 se ha acumulado una gran cantidad de información acerca de los mecanismos de utilización de los péptidos administrados por vía intravenosa.

Los resultados se derivan en gran medida de los estudios minuciosos de Adibi y sus colaboradores, aunque sus investigaciones se limitaron principalmente a los dipéptidos, tripéptidos y tetrapéptidos con glicina en la posición del terminal N.

Estas investigaciones proporcionaron evidencia convincente de que los péptidos de cadena corta eran asimilados por fuera del intestino.

Tras ser inyectados por vía parenteral, los dipéptidos glicílicos eran eliminados rápidamente del plasma sin que se produjera acumulación ni pérdida apreciable a través de la orina.

Al parecer, ni la nefrectomía bilateral ni la enterectomía parecen afectar esta eliminación rápida.

La explicación adicional acerca de la asimilación extraintestinal de los péptidos se deriva de las investigaciones y los desarrollos actuales, los cuales serán el tema del resto de esta revisión.

Cómo preparar una solución apropiada de amino ácidos para nutrición clínica

La investigación actual en las áreas de bioquímica, Fisiología y medicina han llevado a reconsiderar la clasificación de los aminoácidos esenciales y no esenciales.(4,12)

Hay determinadas enfermedades y condiciones clínicas que pueden producir deficiencias de aminoácidos específicos, antagonismos o desequilibrios, los cuales modifican de manera selectiva los requisitos de aminoácidos.

Por lo tanto, algunos de los denominados aminoácidos no esenciales han sido clasificados como sustratos “indispensables” y “condicionalmente indispensables”.

Aminoácidos dispensables

En adultos sanos, se considera que la cistina/cisteína, la glutamina y la tirosina son aminoácidos dispensables. Puesto que se pueden sintetizar con facilidad a partir de sustratos precursores.

Las investigaciones recientes Indican que la vía de transulfuración o vía biosintética para la síntesis de la cisteína. No está completamente desarrollada en los bebés prematuros ni en los lactantes recién nacidos,(13) y se altera en los pacientes afectados de una enfermedad hepática.(14)

El agotamiento profundo de la glutamina en los músculos es un rasgo característico de las condiciones catabólicas y la desnutrición. El grado de agotamiento de la glutamina Parece no estar relacionado con la magnitud del estrés o de laintervención nutricional.(15)

La glutamina da soporte a las células inmunes de rápida proliferación, sirve de fuente de energía para la mucosa gastrointestinal y los tejidos inmunológicamente activos, y suministra precursores de carbono y nitrógeno para la biosíntesis de los nucleótidos y los fosfolípidos.(16,17) La tirosina es un aminoácido esencial en la uremia crónica(18) y en la primera infancia( 19) debido a la inhibición parcial o a la falta de la fenilalanina hidroxilasa.

Se piensa que este aminoácido es indispensable en pacientes cirróticos, como sucede también con la cisteína.(14,20)

Por lo tanto, en las condiciones antes mencionadas, la cisteína, la glutamina y la tirosina podrían considerarse aminoácidos condicionalmente indispensables y deberían quizás formar parte del soporte nutricional intravenoso.

La cistina y la tirosina, por su baja solubilidad en agua (0,1 g/L de agua y 0,4 g/L de agua, respectivamente) (tabla 1), y la cisteína(21) y la glutamina,(22) por su inestabilidad en soluciones acuosas, no se pueden agregar a las soluciones parenterales en cantidades adecuadas.

Tabla 1. Solubilidad de péptidos sintéticos concontenido de cistina,
tirosina y glutamina, comparada con la de los aminoácidos libres correspondientes.

* Datos adaptados de Deabees y Stegink.(31)

Hay evidencia cada vez mayor de que usar dipéptidos sintéticos estables y altamente solubles que contengan glutamina, tirosina y cistina. Podría ayudar a resolver el dilema aún no dilucidado de cómo formular y preparar soluciones adecuadas para nutrición clínica.

(Lea También: Eficacia y Seguridad de la Nutrición con Péptidos)

Disponibilidad de péptidos adecuados 

Los péptidos sintéticos de cadena corta deben cumplir con ciertos criterios para poder utilizarse como sustratos intravenosos.

Deben ser altamente solubles y estables durante los procedimientos de esterilización.

También deben ser lo suficientemente puros para poder utilizarse como constituyentes de las soluciones parenterales.

Nosotros hemos podido sintetizar con éxito varios dipéptidos y tripéptidos con contenido de cistina, glutamina y tirosina por medio de métodos químicos clásicos en fase acuosa. 23-25

Todos los péptidos demostraron ser muy solubles (tabla 1) y estables durante los procedimientos de esterilización.(25,26)

Para la síntesis química de los péptidos es necesario utilizar derivados activados de los aminoácidos para la reacción de acople.

También se requieren procedimientos laboriosos y dispendiosos de purificación a fin de obtener productos puros.

Estos procedimientos son demasiado costosos para producir los péptidos de cadena corta a gran escala.

Más económico podría ser el método de síntesis mediante catalización enzimática utilizando proteasas como biocatalizadores.

Se ha propuesto el empleo de diversas proteasas de origen animal, vegetal y microbiano para catalizar la síntesis de los péptidos y la subsiguiente condensación de sus fragmentos.(27)

Entre las ventajas de la síntesis enzimática están la estereoselectividad de la reacción y la menor necesidad de proteger los grupos funcionales.

Nosotros sugerimos un nuevo sistema utilizando papaína y ficina como biocatalizadores, y aminoácidos libres como componentes amino. En condiciones optimizadas logramos sintetizar con un alto rendimiento diversos dipéptidos y tripéptidos con contenido de tirosina, glutamina y cisteína.(23-30)

La posibilidad de aplicar sustratos estéricos con grupos protectores N de clivaje selectivo facilitó una liberación fácil y cuantitativa de los péptidos deseados no protegidos a partir de los precursores sintetizados mediante enzimas.

El requisito previo para llevar a producción comercial esta síntesis biotecnológica de los péptidos es desarrollar un proceso continuo de síntesis a escala industrial.

En estudios preliminares utilizamos papaína o ficina inmovilizada como biocatalizador para la síntesis de los dipéptidos y aminoácidos libres como componente nucleofílico.

Este enfoque podría contribuir al desarrollo de un reactor industrial adecuado que permita sintetizar los dipéptidos en cantidades mayores mediante biotecnología (hasta una escala de gramos o kilogramos).(28,29)

Autores

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Peter Fürst, MD, PhD; Peter Stehle, MD, PhD. Universidad de Hohenheim, Stuttgart, Alemania NCP 1993; 8(3)
* Artículo publicado en Lecturas sobre Nutrición 1994; 7; 207-219. RMNC 2011; 2(1): 73-85.