"MEDICINA TRASLACIONAL EN ENFERMEDADES MITOCONDRIALES: utilidad del empleo de la calorimetría en el diagnóstico. Grupo “i+12” Enfermedades Raras: mitocondriales y neuromusculares Dra María Morán. MEDICINA TRASLACIONAL Aplicación de descubrimientos generados en laboratorios de investigación y estudios preclínicos para el desarrollo de ensayos clínicos y estudios en seres humanos. Laboratorio de Investigación Enfermedades Raras: mitocondriales y neuromusculares. Responsable: Miguel A. Martín. Adjunto de Serv. Bioquímica. Centro de Actividades Ambulatorias, 6ª Planta, Bloque de Laboratorios Unidad Pediátrica de E. Mitocondriales y E. Metabólicas Hereditarias Edificio Maternoinfantil 6ª Planta LA MITOCONDRIA SISTEMA OXPHOS ENFERMEDADES MITOCONDRIALES ~1/5.000 nacidos vivos Mutaciones en ADN nuclear Neonatos o Primera Infancia Herencia mendeliana Síntomas severos Mutaciones en ADN mitocondrial Lactantes: S Leigh Infancia tardía o adolescencia, etapa adulta Herencia materna heteroplasmia y efecto umbral Cada mitocondria presenta varias moléculas de ADN de origen materno Herencia materna Heteroplasmia y Efecto Umbral DIAGNÓSTICO DE LAS ENFERMEDADES MITOCONDRIALES Cuadro sindrómico típico Cuadro sugestivo Biopsia Muscular Análisis Histológico Fibras rojo rasgadas, COX negativas Determinación actividad de los complejos de la cadena respiratoria Déficit de actividad de alguno de los complejos Análisis Genético Biopsia Muscular invasiva, especialmente en niños, requiere sedoanalgesia requerimientos: cuádriceps, procesamiento rápido, conservación adecuada a veces insuficiente puede existir patología sin hallazgos histológicos y/o bioquímicos relevantes (falsos negativos) sensibilidad de los ensayos limitada en niños frecuentemente histología normal (no FRR) diagnóstica si alteración CR o alteración genética O2 CO2 “Un biomarcador ideal es aquel que se encuentra en muestras fácilmente accesibles como sangre, saliva o aire espirado, y un marcador subideal podría buscarse en muestras accesibles pero susceptibles de ocasionar más complicaciones, o más invasivas, como el líquido cerebroespinal o biopsias de tejido como músculo, hígado o corazón”. Suomalainen A. J Inherit Metab Dis, 2010. VO2= consumo de oxígeno Cantidad de oxígeno que se consume o utiliza en el organismo por unidad de tiempo (mL O2·min-1·kg-1) En reposo absoluto ~ 3,5 mL·min-1·kg-1 (adultos) FACTORES QUE AFECTAN AL VO2 Todos los componentes del sistema de absorción y transporte y utilización del oxígeno determinan el valor del VO2 Principio de Fick VO2= Q x D (a-v) O2 ♥ Q = gasto cardíaco D (a-v) O2 = diferencia arteriovenosa de oxígeno Contenido (cantidad) mitocondrial Capacidad oxidativa de la mitocondria Harvard Fatigue Laboratory (1927-1947) DB Dill En general el VO2 se mide a lo largo de una prueba de esfuerzo y en individuos entrenados se puede llegar al máximo cuando ya no aumenta más con la intensidad de ejercicio Límite humano 86-87 mL·min-1·kg-1 Sin embargo, en individuos sedentarios, enfermos o ancianos no es posible llegar al máximo esfuerzo: Voluntad del sujeto Riesgo clínico Entonces no se determina el VO2max si no el VO2pico En niños con fibrosis quística (FQ), un VO2pico > 45 mL/kg/min se asocia con nula mortalidad después de 8 años, pero un VO2pico < 32 mL/kg/min se asocia a una mortalidad del 60% después de ese periodo (Pianosi et al. 2005) Una alteración en el funcionamiento del sistema OXPHOS puede conducir a un descenso en el consumo de oxígeno de los tejidos y por tanto a un descenso del VO2. Principio de Fick VO2= Q x D (a-v) O2 Adultos con mutaciones en ADNmt tienen VO2pico ↓ Células en cultivo de pacientes con mutaciones nucleares tienen VO2 ↓ HIPÓTESIS En enfermos pediátricos, con clínica más severa que los adultos, es posible que las alteraciones en el consumo de oxígeno celular sean tan acusadas que sean detectables también en condiciones basales (de reposo) como descensos del VO2. El VO2 podría ser un marcador de enfermedad mitocondrial no invasivo en población pediátrica MÉTODO Determinación en reposo del VO2 mediante calorimetría indirecta Calorimetría Indirecta Estimación del cociente respiratorio, RQ Respiratory Quotient, que indica el principal sustrato energético empleado por el organismo (VCO2 producido/ VO2 ) Permite estimar los requerimientos de energía específicos de cada paciente, REE, Resting Energy Expenditure, gasto energético en reposo PERMITE AJUSTAR LA DIETA DE LOS PACIENTES A SUS NECESIDADES ENERGÉTICAS REALES El tratamiento dietético nutricional es muy importante Dieta personalizada macro y micronutrientes con balance energético adecuado: 1. Un aporte energético en exceso perjudicial 2. En situación de descompensación los requerimientos pueden incrementarse Existe muy poca información sobre las necesidades energéticas de niños con enfermedades metabólicas ya sea en situación estable como descompensada CONTROLES PACIENTES 25 27 3-13 2-17 VARONES 15 13 MUJERES 10 14 Resultados N EDAD (años) TALLA AFECTACIÓN DEL CRECIMIENTO Menor talla Menor peso Menor IMC ¿sesgo por sobrepeso en controles? CONSUMO DE OXÍGENO 14 VO2 (mL/min/kg) 12 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 edad (años) Controles Pacientes DIFERENCIAS ¿SIGNIFICATIVAS? ¿sesgo por sobrepeso en controles? 2500 Gasto Energético Reposo(kCal/día) Gasto Energético Reposo(kCal/día) 2500 2000 1500 1000 500 0 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 0 5 edad (años) Controles Pacientes NO HAY DIFERENCIAS EN EL GASTO ENERGÉTICO EN REPOSO ENTRE PACIENTES Y CONTROLES 10 15 20 edad (años) Predicho REE REAL EN PACIENTES NO HAY DIFERENCIAS ENTRE EL GASTO ENERGÉTICO EN REPOSO MEDIDO Y EL VALOR PREDICHO MEDIANTE ECUACIONES (Schofield, edad, sexo, y peso) COCIENTE RESPIRATORIO (RQ) INCREMENTADO EN PACIENTES 1,0 RQ 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Controles Pacientes indica un incremento en la utilización de los carbohidratos (glucolisis) CONCLUSIONES PRELIMINARES El crecimiento se ve afectado por la enfermedad El consumo de oxígeno no disminuye El gasto energético en reposo no se modifica El cociente respiratorio se incrementa, probablemente por activación del metabolismo de carbohidratos (glucosa/glucolisis) Posiblemente un RQ elevado, quizá junto con VO2 disminuido, podría indicar alteración metabólica Limitaciones del estudio: Se necesitan muchos más niños control La incidencia de sobrepeso y/o obesidad en los niños sanos podría sesgar algunos resultados AUMENTAR Nº CONTROLES ESTABLECER RANGOS DE NORMALIDAD POR SEXO Y EDAD CORREGIR VALORES POR MASA MAGRA/MUSCULAR CORRELACIONAR CON SEVERIDAD DE LA ENFERMEDAD Área 3, Enfermedades Raras y de Base Genética Laboratorio Enfermedades Raras: mitocondriales y neuromusculares Dr Miguel Ángel Martín Casanueva Unidad de E. Mitocondriales y E. Metabólicas Hereditarias Dras: Mª Teresa García Silva, Elena Martín, Pilar Quijada. Paula Campos, Nutricionista-dietista Margot. Universidad Europea de Madrid Dr Alejandro Lucía María Marín, Nutricionista-dietista. A los niños, voluntarios sanos, enfermos, y a sus familias. GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN indica un incremento en la utilización de los carbohidratos (glucolisis) La enfermedad produce una alteración en la homeostasis similar a la que ocurre a altas tasas de trabajo físico en un individuo sano Adultos con enfermedad mitocondrial debido a mutaciones en ADNmt presentan VO2pico disminuido En condiciones basales (reposo) no se han encontrado alteraciones en el VO2 de estos pacientes No existen datos referentes a pacientes mitocondriales con mutaciones en genes nucleares Consumo de Oxígeno en Células de Pacientes OXPHOS Los descensos detectados en el consumo de oxígeno celular, correlacionan con la severidad de las manifestaciones clínicas y con la disminución de actividad del complejo I. Las células con mutaciones patogénicas en componentes OXPHOS muestran consumo de oxígeno disminuido en condiciones basales y de respiración máxima. Actividad muy ligera produce una alteración en la homeostasis similar a lo que ocurre a altas tasas de trabajo físico en un individuo sano