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Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
1. INTRODUCCIÓN
Las glucogénesis son un grupo de enfermedades hereditarias con una característica
bioquímica común: una alteración del depósito de glucógeno en los tejidos afectados
en los que puede estar aumentado o tener una estructura anómala. Se producen
cuando existe deficiencia genética de la actividad de alguna de las enzimas que lo
degradan o lo sintetizan. De aquí, que los dos tejidos más afectados sean aquellos en
los que el metabolismo del glucógeno es más importante: el hígado y el músculo.
En la mayoría de las glucogenosis las manifestaciones clínicas se consideran,
esencialmente, en la expresión de la dificultad que existe en estos tejidos para
movilizar sus depósitos de glucógeno. Así, si el hígado es el afectado, se produce
hepatomegalia, alteración en la regulación de la glucemia en el periodo postabsortivo
y disminución en el crecimiento.
Cuando es el músculo, puede aparecer debilidad muscular, fatiga precoz al ejercicio e
incluso, en algunos tipos, dolor muscular y contracturas cuando el ejercicio es rápido
e intenso. También existen otras glucogenosis cuyas manifestaciones clínicas no están
relacionadas con la existencia de un defecto en la degradación fosfolítica del
glucógeno como ocurre en la deficiencia de α-glucosidasa ácida y en la deficiencia de
la enzima ramificante. En el primer caso, el glucógeno se acumula en una inusual
localización subcelular y en el segundo posee una estructura anómala.
En general, se pueden distinguir tres tipos de glucogenosis atendiendo a la expresión
clínica y hallazgos histopatológicos: glucogenosis hepática, glucogénesis muscular y
glucogenosis generalizada (con manifestaciones hepáticas, musculares y cardíacas).
A partir que Carl y Gerty Cori descubrieran en 1952 la deficiencia específica de
actividad Glucosa-6-fosfatasa, se fueron identificando otras deficiencias enzimáticas
como causa de diferentes glucogenosis. Atendiendo a la actividad enzimática
deficiente y distinguiendo entre las isoenzimas de uno u otro tejido, Cori sugirió una
clasificación numérica, según un orden cronológico, que fue generalmente aceptada.
Se llegaron a establecer hasta siete tipos bien definidos. Posteriormente, se han
caracterizado nuevas deficiencias enzimáticas y en los últimos años se están
empezando a conocer las mutaciones que las producen. En la actualidad se tiende a
designar las glucogenosis según la naturaleza del déficit enzimático, y en algún caso,
con subtipos. Aquí se utiliza la clasificación de Cori y el número del catalogo de MIM
(Mendelian Inheritance in Man), (Tabla Nº1).
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Tipo y
Nombre
común
Ia; Enfermedad
de von Gierke
Ib
Ic
II; Enfermedad
de Pompe
IIIa;
Enfermedad de
Cori o de Forbes
IIIb
Tema 10: Glucogenosis
Tabla Nº1: Clasificación de la glucogenosis
Principal
Estructura
tejido
Glucógeno
afectado
Glucosa-6-fosfatasa
Hígado, riñón
Normal
Déficit
enzimático
Glucosa-6-fosfatasa
translocasa
Transportador de
Pi
α- Glucosidasa
ácida lisosomal
Enzima
desramificante
Hígado,
leucocitos
Hígado
“
“
Músculo
esquelético y
cardíaco
Normal
Hígado,
músculo
Ausencia de
cadenas externas o
muy cortas
“
Enzima
desramificante
Enzima ramificante
Hígado
(Músculo: N)
Hígado
V; Enfermedad
de McArdle
VI; Enfermedad
de Hers
VII;
Enfermedad de
Tarui
VIII o IX
Fosforilasa
muscular
Fosforilasa
hepática
Fosfofructoquinasa
Músculo
esquelético
Hígado
Fosforilasa quinasa
0
Glucógeno sintasa
IV; Enfermedad
de Andersen
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Cadenas no
ramificantes muy
largas
Normal
Síntomas
Hepatomegalia, fallo renal
Como en Ia. Susceptibilidad elevada a
infecciones bacterianas. Neutropenia
Como en la Ia
Forma infantil: muere a la edad de 2 años;
forma juvenil: defectos musculares
(miopatía); forma adulta: como en la
distrofia muscular.
Hepatomegalia en los recién nácidos;
miopatia
Hepatomegalia en los recién nácidos
Hepato y esplenomegalia, mioglobina en
la orina.
Normal
Calambres inducidos por el ejercicio y
dolor; mioglobina en orina
Hepatomegalia
Músculo
eritrocitos
Normal
Como en V; también anemia hemolítica
Hígado,
leucocitos,
músculo
Hígado
“
Hepatomegalia
Normal, deficiente
en cantidad
Hipoglucemia, hipercetonemia, muerte
temprana
2. EL GLUCÓGENO: ESTRUCTURA, METABOLISMO Y FUNCIÓN
Las células animales almacenan glucosa en su citosol en forma de glucógeno,
polímero muy ramificado y fácilmente movilizable. Su masa molecular es variable,
dependiendo de las unidades glucosídicas que lo formen, aunque posee una
estructura definida. Las unidades de glucosa, en numero de 20.000 a 30.000, están
unidas por enlaces glucosídicos
α-1-4 (amilosa), y α(1-6) (amilopectina).
Aproximadamente el 90% de los enlaces glucosídicos son del tipo α (1-4) y el 10% del
tipo α (1-6), formando estos los puntos de ramificación. Las cadenas internas entre
dos puntos de ramificación están formadas por 3 o 4 unidades glucosídicas y las
externas por 8-10 unidades (Fig. 1). Esta estructura le proporciona varias ventajas:
una buena solubilidad para su tamaño, muchos puntos de acceso a las enzimas
glucógenolíticas y la posibilidad de almacenar muchos residuos glucosilo sin
modificar apreciablemente la presión osmótica intracelular. El músculo y el hígado
son los tejidos donde se almacena la mayor parte del glucógeno del organismo.
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El músculo esquelético contiene alrededor de los 2/3 del glucógeno total en una
concentración de hasta el 1 g por 100 g de tejido fresco. El hígado posee la
concentración de glucógeno más elevada: en periodo postprandial, puede llegar hasta
5-7 g por 100 g de tejido fresco. En el músculo, como en otros tejidos, el glucógeno se
utiliza como combustible glucolítico de la propia célula, aunque, en este caso,
acoplado a las necesidades de su específica función contráctil. Su papel es muy
diferente en el hígado; la glucosa producida en la glucógenolisis y liberada al líquido
extracelular ayuda a mantener la glucemia, principalmente durante el ayuno
temprano, y de esa forma será utilizada por todos los tejidos.
Figura Nº1: Estructura del glucógeno
En todos los tejidos, la síntesis y degradación del glucógeno se produce por vías
metabólicas diferentes, en las que, en último término, dos enzimas: glucógeno sintasa
y glucógeno fosforilasa, actúan directamente en cada una de ellas. Sus actividades son
reguladas, de una forma coordinada, en una cascada multicíclica por una serie de
mecanismos en los que se incluyen la fosforilación y la modulación por efectores
alostéricos.
2.1- Las enzimas involucradas en el metabolismo del glucógeno
Las enzimas involucradas en el metabolismo del glucógeno. Los alumnos repasaran la
intervención de cada una de las siguientes enzimas:
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a) Las enzimas que sintetizan y descomponen el glucógeno:
- Uridina difosfo(UDP)-glucosa pirofosforilasa
- Glucógeno sintasa
- La ramificante: transfiere un mínimo de 6 unidades glucosilos unidos (α-1→4) de
un extremo externo a una cadena de glicógeno en una posición (α-1→6) sobre la
misma cadena o una nueva. Figura Nº1.
- La desramificante : tiene 2 actividades catalíticas independientes que ocurren en
distintos sitios en una única cadena polipeptídica: tiene una actividad de transferasa
y otra hidrolasa. La fosforilasa degrada las cadenas de glicógeno hasta 4 unidades
glucosilos antes del punto (α-1→6) de ramificación. Luego la desramificante usando
su
actividad
de
transferasa
(1,4-α-D-glucan,
1,4-α-D-glucan,
4-α-D-
glicosiltransferasa) transfiere esos 3 residuos al extremo de otra cadena. Luego
usando su actividad de hidrolasa (amilo-1,6-glucosidasa) escinde la glucosa unida en
el punto de ramificación (α-1→6). Ver figura Nº 2.
- Fosforilasa: cataliza el clivaje secuencial de unidades glucosilos de cadenas unidas
(α-1→4) del glucógeno y libera Glu-1-P. Tres isoenzimas fosforilasas humanas han
sido identificadas y clonadas: en hígado, músculo y cerebro. Se regula por interacción
alostérica y modificaciones covalentes (fosforilación y defosforilación). Esta
codificada por distintos genes. Es altamente regulada: es activa por fosforilacion en la
Ser 14 en respuesta a epinefrina o glucagón y son inhibidas por desfoforilacion por la
fosfoproteína fosfatasa-1.
- α-glucosidasa ácida: tiene la capacidad de hidrolizar ambos tipos de uniones y
lleva a cabo la completa degradación del glucógeno en el lisosoma. Su déficit produce
la enfermedad de Pompe.
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Figura Nº2: Acción de la enzima desramificante.
b) Enzimas que regulan la glucógeno fosforilasa y glucógeno sintasa:
La glucógeno sintasa y la fosforilasa y sus actividades son a la vez reguladas por
hormonas, a través de una variedad de mecanismos de fosforilación y
desfosforilación. Ver figura Nº3.
- Fosforilasa quinasa: es una proteína que fosforila y activa fosforilasa;
constituída por múltiples unidades α, β, γ y δ. La unidad estructural es (αβγδ)4. Es
activada por Ca2+ y por fosforilación de proteína quinasa dependiente de AMPc
(PKA). Las subunidades α y β son subunidades regulatorias (reguladas por
fosforilación), γ es la subunidad catalítica y la subunidad δ es la proteína calmodulina
que es regulada por Ca2+. Calmodulina tiene dos sitios de unión al Ca2+, estos sitios
de unión están formados por motivos hélice-bucle-hélice, casi superponibles,
conocidos como manos EF.
El gen PRKAG2 sobre el cromosoma 7 codifica la
subunidad γ2 de proteína quinasa activada por AMP (AMPK), una subunidad
regulatoria y mutaciones en PRKAG2 que da lugar a glicogenosis cardíaca asociada
con deficiencia de proteína quinasa.
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Figura Nº3: Sistema interconvertible de la glucógeno fosforilasa
- Proteína quinasa activadas por AMPc (AMPK): el complejo AMPK es un
heterotrímero compuesto por subunidades α, β y γ que median la respuesta celular a
cambios en la producción o consumo de ATP.
- Proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA):
fosforila y activa la
fosforilasa quinasa. La unión del AMPc a las subunidades regulatorias marca la
disociación del tetrámero y liberación de las subunidades catalíticas las cuales son
capaces de fosforilar proteínas target.
- Fosfoproteína Fosfatasa-1: Hay 4 tipos de fosfatasas (serina/treonina) en
humanos pero solo la Fosfatasa 1 y la Fosfatasa 2A son las únicas en músculo con
actividad significativa en el metabolismo del glucógeno. La fosfoproteína fosfatasa
elimina grupos fosforilos de la glucógeno fosforilasa α y de las subunidades α y β de la
fosforilasa quinasa.
La fosfoproteína fosfatasa-1 se controla diferente en músculo e hígado. En el músculo,
la subunidad catalítica llamada PP1c es activa sólo cuando está unida al glucógeno a
través de su subunidad GM unida al glucógeno. Es regulada por la fosforilación en dos
sitios separados de GM (sitio 1 y sitio 2). La fosforilación del sitio 1 activa PP1c,
mientras que la fosforilación del sitio 2 (por PKA) hace que PP1c se libere dentro del
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citoplasma inactivándola. En el hígado la fosfoproteína fosfatasa-1 también se une al
glucógeno por la subunidad unida al glucógeno llamada GL, y no esta sujeta a
fosforilación.
c) Las enzimas que catalizan pasos reversibles. Las enzimas que catalizan los pasos
reversibles no son reguladas.
- Fosfoglucomutasa
- Fosfohexosa isomerasa
- La interconversión de glucosa y la glucosa 6-fosfato
- Hexoquinasa
- Glucoquinasa
d) El sistema de la glucosa-6-fosfatasa
La glucosa 6-fosfatasa cataliza el paso final de tanto la gluconeogénesis y la
degradación del glucógeno (ver figura Nº3). Cataliza la hidrólisis de la glucosa 6fosfato a la glucosa y fosfato y es la única enzima que es capaz de producir cantidades
significativas de glucosa en el cuerpo; la enzima desramificante y la α-glucosidasa
ácida puede hacer pequeñas cantidades de glucosa. La glucosa 6-fosfatasa se
encuentra en niveles tan altos sólo en el hígado, los riñones, y las células β de los
islotes del páncreas. El sistema de la glu 6-fosfatasa (G6P) esta compuesto por:
- La subunidad catalítica de la glucosa 6-fosfatasa
La subunidad 1 de glucosa 6-fosfatasa humana (G6PC1, también conocida como la
glucosa 6-fosfatasa-α) es un gen simple copia (GenBank 401120), ubicado en el
cromosoma 17q21.
Una segunda subunidad catalítica de la glucosa-6-fosfatasa (G6PC2) conocida como
la proteína relacionada a glucosa 6-fosfatasa específica de los islotes (IGRP) se
expresa selectivamente en las células β de los islotes del páncreas.
La tercera subunidad catalítica de la glucosa-6-fosfatasa (G6PC3), también conocida
como conocida como Glu- 6-fosfatasa-β,
proteína relacionada a la subunidad
catalítica de glucosa 6-fosfatasa expresada ubicuamente. Se expresa ampliamente
entre los tejidos y en paralelo a la glucosa 6-fosfatasa-α.
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- Transporte de Glucosa 6-fosfato microsomal
La actividad de glucosa 6-fosfatasa está latente. Es decir, hay más actividad
enzimática en vesículas microsomales rotas que en vesículas intactas. Para explicar
este fenómeno, se propuso que había una proteína de transporte de glu-6-P
microsomal que limita la velocidad, denominado T1, translocasa 1 (G6P T1) (EMBLY
15409). Ahora se sabe que codificada por el gen SLC 37 A4 (solute carrier family 37
(glucose-6-phosphate transporter), member 4).
- Transporte de fosfato microsomal
El fosfato es uno de los productos de la hidrólisis de glucosa 6-fosfato. El fosfato es un
inhibidor de la enzima glucosa-6-fosfatasa, y si se limita a la luz del retículo
endoplásmico, se inhibiría la enzima. Se ha informado una proteína que transporta
fosfato microsomal de 37kDa, lo transportaría hacia el citosol. Esta proteína también
transporta pirofosfato y carbamil fosfato.
- El transporte de glucosa microsomal
Se han descriptos un total de 13 miembros de una familia de proteínas de facilitan el
transporte de glucosa (GLUT). El hígado y las células β de los islotes pancreáticos
expresan predominantemente el transportador de glucosa 2 (GLUT2). Las células
musculares expresan predominantemente GLUT4 y GLUT1. La principal diferencia
entre GLUT2 y los demás GLUT (GLUT1, GLUT3, GLUT4, y GLUT5) es que GLUT2
tiene un Km mucho mayor para la glucosa.
e) Las proteínas glicolíticas
- Fosfofructoquinasa (fosfofructoquinasa cataliza la conversión de la fructosa 6fosfato en fructosa 1,6-bisfosfato).
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Figura Nº4: Sistema de la glucosa-6-fosfatasa en el retículo endoplásmico (RE)
f) Regulación del metabolismo del glucógeno
En general, se asume que la glucógeno sintasa controla la velocidad del metabolismo
del glucógeno. La síntesis está indirectamente regulado a través de la expresión del
receptor de esteroides coactivador 2 (SRC-2).
SRC-2 ha sido implicado en la regulación de las respuestas endocrinas múltiples,
incluyendo la reproducción y el metabolismo energético, y ratones KO (por la técnica
de knock out, se anula la expresión del gen en estudio) para SRC-2 mostraron una
fenocopia (fenotipo idéntico) para la enfermedad por almacenamiento de glucógeno
tipo Ia.
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Figura Nº5: Enzimas involucradas en la síntesis y degradación del glucógeno
DEGRADACION DEL GLUCÓGENO
La desintegración del glucógeno o glucogenólisis (ver figura Nº5) requiere de 3
enzimas:
1-La glucógeno fosforilasa (o simplemente fosforilasa), cataliza la fosforolisis de
glucógeno para obtener Glu-1-P.
2- La enzima desramificante, que elimina las ramificaciones del glucógeno, haciendo
accesibles a la acción de la fosforilasa y
3- La fosfoglumutasa que convierte Glu-1-P en Glu-6-P que tienen distintos destinos
metabólicos.
SINTESIS DEL GLUCÓGENO
La síntesis del glucógeno o glucogenogenesis requiere 3 enzimas:
1- UDP-glucosa pirofosforilasa, que a partir de Glu-1-P + UTP→ UDP-Glu + 2PPi
2- Glucógeno sintasa: transfiere la unidad UDP-glu a un extremo no reductor del
glucógeno para formar un enlace α (1→4). Solo genera enlaces α (1→4), para
producir α-amilosa.
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3- La enzima ramificante transfiere segmentos de 7 residuos de una cadena con
enlaces
α(1→4) hasta el grupo C6OH del residuo glucosa en la misma cadena o
en otra. Cada punto de ramificación debe estar alejado al menos por 4 residuos.
REGULACION DEL METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
(A) Control alostérico directo de la glucógeno fosforilasa y la glucógeno
sintasa
La glucógeno fosforilasa y la glucógeno sintasa están bajo el control alostérico por
efectores (+ y -). La glucógeno fosforilasa se activa por AMPc y se inhibe por ATP y
Glu-6-P. Y la glucógeno sintasa se activa con altas concentraciones de ATP y Glu-6-P.
(B) Modificaciones covalentes de la glucógeno
fosforilasa y la
glucógeno sintasa
La glucógeno fosforilasa es activa cuando esta fosforilada. Involucran tres enzimas: la
fosforilasa quinasa, PKA y la Fosfoproteína fosfatasa-1.
La glucógeno sintasa puede ser fosforilada en al menos 9 residuos Ser por distintas
quinasas (fosforilasa quinasa, PKA) y ser inactivada
(C) Efectos hormonales sobre el metabolismo del glucógeno
El metabolismo del glucógeno en el hígado esta controlado en gran parte por las
hormonas polipeptídicas insulina y glucagón. En músculo y otros tejidos el control se
ejerce por insulina y adrenalina y noradrenalina. Ver figura Nº 6.
Figura Nº6: Cascada desencadenada por glucagón en hígado
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3. DIAGNÓSTICO DE LAS GLUCOGENOSIS HEPÁTICAS
El diagnóstico de las glucogenosis y la posterior identificación de la deficiencia
enzimática concreta se debe efectuar mediante el siguiente procedimiento:
3.1. Historia clínica
- Anamnesis.
- Examen físico: - Antropometría.
- Fenotipo.
- Hepatomegalia.
3.2. Técnicas de imagen
a. Ultrasonografía: siempre indicada en la evaluación de la hepatomegalia y/o de la
disfunción hepática mantenida. En el caso de las glucogenosis útil para:
- Valoración de la alteración de la ecoestructura (sugerente de enfermedad de
depósito).
- Detección y seguimiento de las lesiones ocupantes de espacio: adenomas.
b. Tomografia axial computarizada.
c. Resonancia magnética.
3.3. Diagnóstico Bioquímico:
Determinaciones básales, en ayuno:
- Glucemia, ácido láctico.
- Pruebas de función hepática.
- Enzimas musculares: CPK.
- Ácido úrico.
- Metabolismo lipídico: colesterol y triglicéridos.
- Hemograma y estudio de coagulación con plaquetas.
- Cuerpos cetónicos en sangre/orina.
Tabla Nº2: Características bioquímicas de la glucogenosis con afectación hepática
Glucogenosis
Hipoglucemia
I
Si
<45 mg/dl
III
IV
VI y IX
Si
No
No
No
No
No
±
(ayunas)
Ácido Láctico
Hipelipidemia
> 45,0045
22,50-45.00
mg/dl
mg/dl
Si
Si
Colesterol
Triglicéridos
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-
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Ácido Úrico
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Normal
Normal
Normal
Cetosis
No
Si
No
±/Si
Cetonuria
No
Si
No
±/Si
GOT, GPT
CPK
Afectación
Normal
Normal
o Normal
No
Si
No
Si/No
Afectación Renal
Si
No
No
No
Afectación
No
Si
Si/No
No
muscular
cardíaca
Pruebas de sobrecarga: Test dinámicos:
Los detalles técnicos de cada prueba serán incluidos en el diagnóstico bioquímico
(Pagina 42).
- Curva de sobrecarga oral de glucosa: Se administran de 1,75 – 2 g/Kg de peso de
glucosa oral, con determinaciones de glucosa a los tiempos: 0, 30, 60, 90 y 120
minutos. Respuesta normal: glucemia menor 140 a los 0 y 120 minutos.
- Curva de glucagón: Valora la capacidad del hígado para liberar glucosa.
Se administra 30µg/Kg im (máximo, 1 mg) de glucagón y se determina glucemia a los
0, 15, 30, 45, 60 90 y 120 minutos. Respuesta normal: elevación de la glucemia >25%
entre los 15 y 45, volviendo después a la normalidad.
En la glucogenosis de tipo I hay ausencia de respuesta pero con aumento de lactato
mientras que en el déficit de la enzima desramificante (tipo III) existe una elevación
cuando se realiza la prueba en etapa postprandial (ya que entonces puede movilizar
los residuos de glucosa en posición α(1→4).
- Curva de sobrecarga oral de galactosa: Se administran 2 g de galactosa al 10 % por
Kg de peso. Se realizan extracciones para la determinación de glucosa y lactato cada
15 minutos durante 2 horas.
- Test de ejercicio isquémico (prueba del lazo): se insufla el manguito de un
manómetro por encima de la Presión arterial sistólica; se le dice al paciente que
apriete una bola de goma con la mano del brazo isquémico de forma repetida. Se
extrae al finalizar la prueba sangre para medir
lactato plasmático del brazo
isquémico.
En algunas glucogenosis de afectación muscular se produce una respuesta tetánica de
la extremidad sometida a isquemia, sin producirse un aumento de lactato.
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Tabla Nº3: Respuesta a pruebas funcionales: sobrecarga de glucosa y test de glucagón
Con hipoglucemia
Respuesta a
Respuesta al
Respuesta al
glucosa oral
glucagón
glucagón (Ayunas)
(Postprandial)
Tipo
TG
Ácido
Lacta-
Glucos
Lactat
Úrico
to
a
o
Glucosa
Lactat
Glucosa
o
I
0
III
VI
0-
N
N
N
N
Lactato
0-
0
0
0
0
0
0-
0
IX
3.4- Biopsia hepática
3.4.1. Morfología. Estudio histológico (MO):
a. Confirmación del aumento de glucógeno hepático (intrahepatocitario).
b. Valoración de la presencia de grasa (esteatosis).
c. Identificación de fibrosis (hepatopatía progresiva) o cirrosis.
d. Histoquímica.
3.4.2.
Estudio
ultraestructural
y
cuantificación
del
glucógeno
acumulado.
3.5-. Diagnóstico Molecular
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ALGORITMO DIAGNÓSTICO PARA LAS GLUCOGENOSIS:
Figura Nº5a: Diagnóstico de sospecha de glucógenolisis hepáticas: clínica y pruebas básicas
Figura Nº5b: Diagnóstico de sospecha de glucógenolisis hepáticas: pruebas básicas y funcionales
En la Figura Nº5 a y b se muestra un esquema diagnóstico de sospecha de
glucogenosis hepática a partir de la clínica y unas determinaciones analíticas basales.
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4. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO
I
(DEFICIENCIA
DE
GLUCOSA-6-FOSFATASA,
ENFERMEDAD DE VON GIERKE)
La enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo I fue descrita por primera vez
como "hepatonefromegalia glicogenica" de von Gierke en 1929, y sigue siendo
ampliamente conocido como enfermedad de Von Gierke.
Las glucogenosis tipo I son un grupo de enfermedades metabólicas hereditarias
producidas por un defecto genético de algunos de los componentes del sistema
enzimático de la glucosa-6-fosfatasa. Mediante ensayos enzimáticos en microsomas
intactos o rotos, se identificaron cuatro subtipos: Glucogenosis tipo Ia, por deficiencia
de
glucosa-6-fosfato
hidrolasa,
Glucogenosis
tipo
Ib,
por
deficiencia
del
transportador de glucosa-6- fosfato, Glucogenosis tipo Ic y Glucogenosis tipo Id,
posiblemente por deficiencia de los transportadores de la glucosa o del Pi/PP,
respectivamente. Es una de las glucogenosis mas frecuentes, entre 1:100.000 y
1:300.000 recién nácidos. En la práctica parece que solo hay dos tipos de
glucogenosis I (Ia e Ib), que se diferencian por medio de la determinación de la
actividad enzimática y por el estudio de las mutaciones genéticas. El fenotipo clínico
es similar en todas ellas, aunque los pacientes con el tipo Ib asocian neutropenia
constante o cíclica, cuya gravedad oscila desde leve hasta la agranulocitosis y
alteración de la función de los neutrófilos que condicionan infecciones bacterianas
recurrentes y ulceras bucales e intestinales.
Hallazgos clínicos y de laboratorio
Los pacientes con enfermedad de tipo I de almacenamiento de glucógeno pueden
presentar en el período neonatal con la hipoglucemia y ácidosis láctica, sin embargo,
se presenta más comúnmente a los 3-4 meses de edad, con hepatomegalia y / o
convulsiones hipoglucémicas. Estos niños a menudo tienen caras regordetas como
muñecas con exceso de tejido adiposo en las mejillas, extremidades relativamente
delgadas, baja estatura, y un abdomen prominente que es debido a la masiva
hepatomegalia sin esplenomegalia; es habitual la nefromegalia. El corazón es de
tamaño normal.
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Figura Nº7 : Paciente de 9 meses de edad con glucogenosis tipo I.
El contorno del hígado ha sido demarcado con un lápiz marcador.
Las características de la enfermedad son la hipoglucemia, ácidosis láctica, la
hiperuricemia y la hiperlipidemia. La hipoglucemia y ácidosis láctica pueden ocurrir
después de un ayuno corto. En el pasado, muchos pacientes con la enfermedad por
almacenamiento de glucógeno no reconocido y sin ser tratados murieron en la
infancia temprana con hipoglucemia y ácidosis profunda.
La hiperuricemia está presente en los niños pequeños, pero rara vez se desarrolla la
gota antes de la pubertad. A pesar de la marcada hepatomegalia, las transaminasas
hepáticas suelen ser normales o sólo ligeramente elevadas. Recientes estudios han
demostrado que aumenta la actividad de biotinidasa en plasma en los pacientes con
glucogenosis tipo Ia y Ib, tipo III, VI y IX (Paesold-Burda et al., 2007).
Ocasionalmente los pacientes con glucogenosis tipo I refieren diarrea y en la tipo Ib
se ha descripto una enfermedad inflamatoria intestinal, similar a la enfermedad de
Crohn y que responde al factor estimulante de colonias de granulocitos (Melis y cols.,
2003). Son comunes las menorragia, contusiones y epistaxis y se asocian con un
tiempo de sangría prolongado como
resultado de la agregación plaquetaria y
deterioro de la adherencia.
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Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
Figura Nº8: Fisiopatología de la glucogenosis tipo I
El plasma puede ser "lechoso" en apariencia, como resultado de una elevación
notable de los triglicéridos. Colesterol y fosfolípidos estan también elevados, pero en
menor proporción. Las cifras de triglicéridos pueden alcanzar los 4.000 a 6.000
mg/dl y de colesterol de 400 a 600 mg/dl.
La histología del hígado se caracteriza por una distensión universal de los hepatocitos
por acúmulo de glucógeno y grasa. Las vacuolas de lípidos son particularmente
grandes y prominentes.
Complicaciones a largo plazo
Sin embargo, a pesar de un buen control metabólico, algunas de las complicaciones a
largo plazo, son el desarrollo de adenomas hepáticos con la progresión a carcinoma
hepatocelular y enfermedad renal progresiva
Fisiopatología
Los hallazgos bioquímicos más importantes en la enfermedad por almacenamiento de
glucógeno de tipo I son la hipoglucemia, ácidosis láctica, la hiperuricemia y la
hiperlipidemia (Figura Nº8). Además, el tipo de enfermedad por almacenamiento de
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Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
glucógeno Ib presenta una anormalidad celular, clínicamente significativa la
neutropenia. La fisiopatología de estos hallazgos clínicos son:
- La hipoglucemia
La deficiencia de glucosa 6-fosfatasa en el hígado bloquea los últimos pasos de las
vías glucogenolíticas y la gluconeogénesis. También interrumpe el reciclaje constante
de glucosa en el hígado a través de la glucosa a glucosa 6-fosfato al sistema de la
glucosa. Como era de esperar, estos pacientes no son capaces de mantener niveles
normales de glucosa en sangre en ayunas.
- La ácidosis láctica
Los altos niveles de fructosa-6-fosfato (en equilibrio con la glucosa 6-fosfato) conduce
a un aumento de la fructosa 2,6-bisfosfato (F26BP) y por lo tanto la activación de la
fosfofructoquinasa y de la vía glicolítica; con aumento de piruvato y finalmente de
ácido lactico.
- La hiperuricemia
La hiperuricemia es causada por la combinación de una disminución del
aclaramiento renal asociado a un aumento de la producción endógena. La 1º causa,
lactato compite con el ácido úrico para la excreción por riñón. Para la 2º causa, la
acumulación de ésteres de fosfato resulta en disminución del fosfato inorgánico
intrahepático. La disminución de la concentración de ATP y Pi estimula la actividad
de AMP-desaminasa hepática, así que aumenta la degradación de los nucleótidos de
adenina y se produce ácido úrico. Por otro lado, se ha visto que la administración de
glucagón produce una depleción de ATP y fosfato (por generación de AMPc y PPi),
(este
de AMP refuerza la activación de AMP deaminasa), que conduce a una
marcada hiperuricemia. Además la síntesis de la PP-ribosa-P puede ser estimulada
por el incremento de las vía de las pentosas y estimula la síntesis de novo de ácido
úrico.
- Hiperlipidemia
La hiperlipidemia es un resultado tanto del aumento de la síntesis de triglicéridos
como de colesterol. El estímulo de la vía glicolítica en forma exagerada produce una
generosa cantidad de NADH y NADPH y abundante restos de acetil-CoA y glicerol,
por lo que ambos sustratos y cofactores se encuentran disponibles para la síntesis
hepática de triglicéridos. El aumento de piruvato y la estimulación de la piruvato
carboxilasa por el glucagón lleva a un aumento de oxalacetato, lo que, con acetil-CoA,
forma citrato. Citrato proporciona una fuente de Acetil CoA para la enzima AcetilÁrea Química Biológica
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Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
CoA carboxilasa, citosólica, que la carboxila a malonil-CoA. Malonil-CoA por un lado
sigue la biosíntesis de los ácidos grasos y por otro lado, inhibe la carnitina palmitoil
transferasa I, evitando la transferencia de los ácidos grasos en la mitocondria para su
degradación por β-oxidación. No hay aumento de la síntesis de cuerpos cetónicos.
- Neutropenia:
Solo el tipo Ib se asocia con neutropenia. La médula ósea aparece normal a pesar que
los neutrófilos en la sangre están muy reducidos. Los neutrófilos tienen una estallido
oxidativo reducido cuando se estimulan y una defectuosa quimiotaxis. El tratamiento
con G-CSF (Granulocyte colony-stimulating factor) es eficaz para corregir la
neutropenia y la mejora de la enfermedad inflamatoria del intestino, pero se ha
asociado con una evolución a leucemia mielógena aguda en los pacientes.
Los neutrófilos de ratones KO para el gen de glucosa 6-fosfato translocasa presentan
un incremento del estrés en RE, evidenciado por aumento de la expresión de
chaperonas en el RE y estrés oxidativo. Además existe un incremento de activación de
caspasa 3 y Bax (proteína pro-apoptótica) con muerte por apoptosis.
Bioquímica y base molecular
La enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo Ia es la deficiencia de la
subunidad catalítica de la glucosa 6-fosfatasa (G6PC1, también conocida como la
glucosa 6-fosfatasa-alfa).
La enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo Ib es la deficiencia de la
translocasa de la glucosa 6-fosfato hepática microsomal. In vivo, se traduce en
anormalmente baja o ausente actividad de glucosa 6-fosfatasa hepática en
microsomas intactos, dependiendo si el defecto es completo o parcial. Se aisló un
cDNA que codifica la translocasa de glucosa 6-fosfato y caracterizada (EMBL
Y15409). El gen del transportador de glucosa-6-fosfato ( SLC37 A4), antes llamado de
G6P-translocasa (G6PT1) está localizado en el cromosoma 11q23, mutaciones en el
gen del transportador es el responsable del trastorno tipo Ib. Dos mutaciones, G339C
y 1211delCT, parecen ser las mutaciones mas frecuentes en pacientes de raza blanca.
Diagnóstico
El método mas seguro de diagnóstico lo constituye la determinación del nivel de
actividad de la glucosa-6- fosfatasa en hígado. Las determinaciones de glucemia y
lactato en ayunas y las respuestas a la sobrecarga oral de glucosa y al test del glucagón
(escaso o nulo aumento de la glucemia y marcado incremento del nivel de lactato, ya
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20
Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
basalmente elevado), o las respuestas a la administración de galactosa o fructosa
apoyan la sospecha diagnóstica, pero no permiten un diagnóstico definitivo. Ver
Tabla Nº4.
El estudio de dos casos con glucogenosis tipo Ib (E. Pallarés Querol y col., 2002)
demostraron que la sobrecarga con glucosa generaba que los valores de lactato
plasmático disminuyeron con el tiempo en los pacientes y permanecía sin cambios en
los controles. Ver figura Nº 9.
Figura Nº 9: Sobrecarga de Glucosa en pacientes controles y con tipo Ib: niveles de lactato.
Cuando se le hizo una sobrecarga de galactosa pone de manifiesto que la galactosa no
se puede convertir en glucosa, pero sí en lactato. Tabla Nº 4.
Glucosa
(mmol/L)
Lactato
(mmol/L)
Basal
5,8
4,9
Tabla Nº 4 : Sobrecarga de Galactosa
20 min
40 min
60 min
80 min
4,3
3,5
3,3
2,7
7,1
7,2
8,0
100 min
2,4
120 min
2,1
8,5
9,6
7,8
Y en la sobrecarga con glucagón (Tabla Nº 5) se vio cómo la glucosa sérica no
respondió al glucagón pero hubo aumento de lactato (de 5 a 11 mmol/L) con 60
minutos de ayuno. Se confirmó así una hipoglucemia normocetósica con
hiperlacticoacidemia.
Basal
(ayuno)
Glucosa
(mmol/L)
Caso 1
Caso 2
1
1,2
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Tabla Nº 5: Sobrecarga de Glucagón
10 min.
20 min.
40 min.
60 min.
0,7
1,1
0,6
1,0
0,5
--
Dra. Silvia M. Varas
0,4
--
Observaciones
Asintomático
Sintomático
21
Química Biológica Patológica
Lactato
(mmol/L)
Caso 1
Caso 2
5
9,3
Tema 10: Glucogenosis
-13,5
Año: 2013
11
--
Genética
El diagnóstico de la enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo I se hereda
como un rasgo autosómico recesivo. El gen de la glucosa-6-fosfatasa α esta el
cromosoma 17q21 y la translocasa se encuentra en el cromosoma 11q23. El
diagnóstico prenatal de la enfermedad de tipo Ia se ha logrado a través de biopsia de
hígado fetal. En este momento, el análisis de la mutación del ADN en las vellosidades
coriónicas o amniocitos en tanto en la enfermedad del tipo Ia como Ib evita la
necesidad de una biopsia de hígado fetal.
Se han identificado 56 mutaciones, en 600 alelos de 300 pacientes de familias no
emparentadas.
Tres mutaciones: R83C, Q347X y 727G—> T, constituyen el 60% de todos los alelos
mutados (32,5%, 14,3% y 11,3% respectivamente); mientras que las restantes ninguna
llegan al 5% e incluso 28 mutaciones se encuentra en un solo alelo.
Por tanto, cuando se plantee el diagnóstico de una Glucogenosis tipo I, deficiencia en
el complejo multienzimático de la glucosa-6- fosfatasa, será necesario realizar el
ensayo en tejido hepático sin congelar (mantenido en hielo), y recién extraído; para
poder medir la actividad glucosa-6-fosfatasa “total” así como la actividad “latente” y
poder distinguir entre los dos subtipos, actualmente establecidos, de esta
glucogenosis: Ia, Ib. En esta deficiencia no se puede realizar el diagnóstico enzimático
utilizando células sanguíneas.
Evolución Clínica y complicaciones
Es fundamental un adecuado tratamiento dietético de forma mantenida para prevenir
o reducir la mayoría de las complicaciones. Puede existir una talla baja además de un
retraso puberal. La fertilidad posterior no parece estar afectada.
Los enfermos no tratados presentan alrededor de la pubertad las siguientes
complicaciones:
- Hiperlipidemia.
- Pancreatitis.
- Mayor susceptibilidad para el desarrollo de arteriosclerosis.
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
- Alteración de la agregabilidad plaquetaria en el tipo Ib, que puede ser un factor
protector frente a la arteriosclerosis.
- Pueden aparecer adenomas hepáticos en la 2-3ª década de la vida, que pueden
malignizarse ocasionalmente.
- Afectación renal: nefromegalia bilateral y, de forma progresiva, proteinuria,
hipertensión
arterial,
litiasis
renal,
hipofosfatemia,
nefrocalcinosis,
glomeruloesclerosis y fibrosis intersticial progresiva; todo ello puede ocasionar una
insuficiencia renal, susceptible de diálisis e incluso trasplante.
- Hiperuricemia, con episodios de gota en el adulto.
- Con el embarazo pueden exacerbarse los síntomas.
- Excepcionalmente puede presentarse hipertensión pulmonar con insuficiencia
cardiaca secundaria.
- Osteoporosis.
- Ocasionalmente puede evolucionar a una cirrosis con hipertensión portal.
- La presencia de episodios recurrentes de ácidosis láctica constituirá un signo de mal
pronóstico. Si se interrumpe el tratamiento dietético prescrito en un paciente
adolescente o adulto puede presentarse una cierta tolerancia a la hipoglucemia.
A medida que pasan los años, los problemas metabólicos se vuelven menos intensos y
más fáciles de tratar.
5. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO III (ENFERMEDAD POR DEFICIENCIA DE LA ENZIMA
DESRAMIFICANTE, DEXTRINOSIS LÍMITE, ENFERMEDAD DE
CORI O DE FORBES)
En 1952, Illingworth y Cori, reconoce
la presencia de excesivas cantidades de
estructura anormal de glicógeno en hígado y músculo de un paciente que fue
estudiado clínicamente por Forbes. El glucógeno tenía las cadenas externas muy
cortas como una dextrina limite. La enfermedad es también llamada dextrinosis
límite o enfermedad de Cori o Forbes.
Es causada por la ausencia de la amilo-1-6-glucosidasa o enzima desramificante, lo
que condiciona la acumulación de dextrinas límites, disminuyendo la liberación de
glucosa, aunque los pacientes conservan intacto el mecanismo de la gluconeogenesis.
En la Glucogenosis tipo III, la actividad amilo-1,6- glucosidasa puede ser deficiente
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Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
en el hígado y en el músculo, tipo IIIa, el mas frecuente (85% de todos los pacientes),
o solo en el hígado, tipo IIIb.
Historia y descripción general
La mayoría de los pacientes con enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo
III sobreviven a una larga vida, tal como, por ejemplo, los dos pacientes que
originalmente fueron informados por Snappes y Van Creveld en 1928, quienes
presentaban hepatomegalia y una incapacidad para movilizar el glucógeno del
hígado. Estos pacientes fueron estudiados luego por Van Creveld y en Huijing en
1964, y demostraron que eran deficientes en la actividad de la enzima desramificante.
Ambos pacientes, un hombre y una mujer, habían mejorado clínicamente y
mostraron una menor
hepatomegalia después de la pubertad, un hallazgo
relativamente común en los individuos afectados. Se ha afirmado desde hace tiempo
que los pacientes adultos la mayoría son asintomáticos. En las últimas tres décadas,
sin embargo, varios informes han documentado la presencia de una miopatía
esquelética progresiva, cardiomiopatía, fibrosis miocárdica, cirrosis hepática y / o
carcinoma hepatocelular en estos pacientes.
En los dos tejidos se acumula un polisacárido que, cuando se caracteriza por el
espectro del complejo iodado, tiene una estructura parecida a la dextrina limite que
produce la fosforilasa. La variabilidad fenotípica clínica y enzimática en las
Glucogenosis tipo III parece que también esta relacionada con la complejidad de las
características del gen de la enzima desramificante.
Hallazgos clínicos y de laboratorio
La clínica es variable dependiendo de la diferente expresión tisular de la enzima
deficiente. Los pacientes afectados tienen un cuadro clínico similar, pero más leve
que el tipo I y son capaces de tolerar períodos de ayuno más prolongados, sobre todo
al aumentar la edad. Sin embargo, en el lactante y en el niño pequeño el cuadro
clínico de ambas glucogenosis es indistinguible: hepatomegalia, hipoglucemia en
ayunas con cetosis, hiperlipidemia y retraso del crecimiento.
Las transaminasas están discretamente elevadas a no ser que la enfermedad hepática
este muy avanzada. La función hepática tiende a normalizarse con la edad al tiempo
que disminuye el tamaño hepático. La hepatomegalia depende del depósito de
glucógeno y la infiltración grasa es mínima o nula. La fibrosis periportal o septal esta
siempre
presente
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aunque
solo
excepcionalmente
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progrese
a
cirrosis.
24
La
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
esplenomegalia solo aparece en caso de hepatopatía fibrosante progresiva. En el 25%
de los pacientes se ha descrito la aparición de adenomas hepáticos, ninguno de los
cuales ha sufrido malignización.
Los pacientes con glucogenosis III pueden tener afectación muscular que se
manifiesta en la tercera o cuarta década de la vida como debilidad muscular que
empeora con el ejercicio y atrofia de la masa muscular (glucogenosis IIIa). Los niveles
plasmáticos de CPK están elevados.
En este tipo de glucogenosis no hay afectación renal ni nefromegalia, pero si
afectación cardíaca con cardiomegalia por cardiomiopatia hipertrófica; el aumento
concéntrico del grosor de la pared del ventrículo izquierdo se hace mas evidente con
la pubertad.
En los pacientes con afectación muscular (tipo IIIa), la debilidad muscular suele ser
mínima durante la infancia, pero puede llegar a ser severa después de la tercera o
cuarta década de la vida, evidenciada por una perdida lenta y progresiva del tejido
muscular. La hipoglucemia y la hiperlipidemia son hallazgos comunes. En contraste
con la enfermedad por almacenamiento de glucógeno, tipo I, la elevación de las
transaminasas hepáticas y cetosis en ayunas son prominentes, y el lactato sanguíneo
y las concentraciones de ácido úrico son usualmente normales, Tabla Nº3. La
administración de glucagón 2 horas después de comer hidratos de carbono provoca
un aumento normal de la glucosa en sangre, pero después de un ayuno nocturno, el
glucagón no provoca ningún cambio en la glucosa en sangre. Tabla Nº4.
La histología del hígado se caracteriza por una distensión universal de hepatocitos
por acúmulo de glucógeno y la presencia de septos fibrosos. La fibrosis y la escasez de
grasa permite distinguir la glucogenosis tipo III de tipo I. La fibrosis, que oscila entre
una fibrosis periportal mínima a la cirrosis micronodular, aparece en la mayoría de
los casos por no ser progresiva. Sin embargo, esto debe ser seguido muy de cerca
porque se ha informado de que los pacientes desarrollan cirrosis hepática manifiesta
en la edad adulta
Genética
La glucogenosis tipo III se hereda de forma autosómica recesiva. La enfermedad ha
sido reportada en los caucásicos, africanos, hispanos y asiáticos. La frecuencia de la
enfermedad es relativamente alta en los judios Sefaradíes de ascendencia del norte de
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
Africa (la prevalencia de 1:5400). El diagnóstico prenatal y la detección de portadores
son técnicamente difíciles con los ensayos enzimáticos, pero son posibles utilizando
técnicas de biología molecular con análisis de la mutación o por estudio de
ligamiento.
Para el diagnóstico se pueden utilizar biopsias de ambos tejidos y también los
eritrocitos. Si al medir la actividad en estas células, no es deficiente y el cuadro clínico
así lo sugiere no se excluye que el déficit se exprese solo en hígado o músculo.
Este gen tiene un tamaño de 85 kilobases comprende 35 exones. Actualmente se han
identificado 24 mutaciones en pacientes con Glucogenosis tipo III; se destaca el
hecho de que no hay ninguna predominante como ocurre en otras enfermedades
metabólicas hereditarias.
En el tipo IIIa y en pacientes caucásicos y afroamericanos las más frecuentes son:
R864X (10,3%), 3964delT (6,7%), IVS32-12A > G (5,5%) y R1228X (5,2%). En los
pacientes con el subtipo III b, se ha demostrado que dos mutaciones en el exón 3 se
asocian de manera exclusiva: 17delAG y Q6X.
Diagnóstico Bioquímico:
La hipoglucemia es menos intensa que en el tipo I y los pacientes toleran periodos de
ayuno más prolongados. El ayuno se acompaña de una importante cetonemia. Tabla
Nº3. Tras el ayuno nocturno no hay aumento de la glucemia ni de lactato tras
administración de glucagón. Ver Tabla Nº4.
La glucemia sí aumenta cuando la curva se repite tras una comida rica en
carbohidratos. Las curvas de galactosa y fructosa son normales. El lactato y el ácido
úrico son normales o están moderadamente elevados. La hiperlactacidemia tras la
ingesta sugiere una glucogenosis tipo III, sobre todo si el cuadro se acompaña de
hepatomegalia. La hiperlipidemia no es tan pronunciada como en el tipo I. Los
niveles séricos de creatina quinasa a veces pueden ser útiles para identificar pacientes
con afectación muscular, pero los niveles normales no descartan la deficiencia de
enzimas musculares. El diagnóstico definitivo se hace por medio de la determinación
de la actividad enzimática en hígado o músculo.
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
Evolución Clínica y complicaciones
En estos pacientes el tamaño renal es normal; la hipoglucemia es poco frecuente y no
representa un problema grave. Generalmente no evoluciona a cirrosis, ya que la
fibrosis objetivada permanece estable.
6. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO IV (DEFICIENCIA DE LA ENZIMA
RAMIFICANTE,
AMILOPECTINOSIS, O ENFERMEDAD DE ANDERSEN)
En la enfermedad del almacenamiento de glucógeno, tipo IV es también conocida
como enfermedad de Andersen o amilopectinosis en reconocimiento a Dorothy
Hansine Andersen quien en 1956 realiza la descripción clínica de un paciente con una
progresiva hepatoesplenomegalia que había acumulaba un polisacárido anormal con
pobre solubilidad en el agua.
En la Glucogenosis tipo IV el diagnóstico se realiza en una biopsia de hígado,
demostrando que la actividad de la enzima ramificante es deficiente y que la
estructura del glucógeno es similar a la de una amilopeptina, cuando se caracteriza
por el espectro del complejo iodado. La cantidad de polisacárido que se acumula en el
hígado (< 5 g/100 g) no esta aumentada, ni tampoco en los demás tejidos. La
patogénesis de la lesión en el hígado no está clara. El material almacenado con
estructura de glucógeno anormal y / o insolubilidad es más probable que sea la causa
de la lesión celular, como en la enfermedad de tipo de almacenamiento de glucógeno
tipo III.
En los hepatocitos se acumula glucógeno y amilopectina. El comienzo de los síntomas
suele ocurrir entre los 3 y los 15 meses. Los síntomas mas frecuentes suelen ser fallo
de medro, hepatomegalia, distensión abdominal y otros síntomas digestivos. Al
progresar la enfermedad hay evidentes signos y síntomas de hepatopatía crónica
(cirrosis). En la mitad de los pacientes hay datos de afectación neuromuscular como
hipotonía, atrofia muscular e hiporreflexia.
Diagnóstico
El cuadro clínico y bioquímico de la enfermedad no se puede distinguir de otras
causas de cirrosis en la infancia. El diagnóstico del tipo IV de la enfermedad requiere
una biopsia para la demostración de glucógeno anormal (largas cadenas externas y
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Química Biológica Patológica
Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
un polisacárido similar a la amilopectina) y una deficiencia de la enzima de
ramificación en el hígado, músculo, leucocitos, eritrocitos, o fibroblastos
Genética
Enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo IV se hereda como un rasgo
autosómico recesivo. La detección de portadores es posible mediante análisis de
ADN. La deficiencia enzimática parcial se ha observado en portadores obligados por
medición de la actividad enzimática en los leucocitos, eritrocitos, o fibroblastos de la
piel. El diagnóstico prenatal por el ensayo de la enzima está disponible para la forma
mortal de glucogenosis mediante el uso de cultivo de amniocitos o vellosidades
coriónicas. La caracterización de las mutaciones en curso permitirá un diagnóstico
basado en el ADN.
Diagnóstico bioquímico
La hipoglucemia es infrecuente. Las respuestas a las sobrecargas de galactosa y
fructosa son normales. El lactato y piruvato son normales. Las transaminasas están
moderadamente elevadas. La cuantificación de la actividad del enzima en tejido
hepático confirma el diagnóstico. La hepatopatía suele progresar a una cirrosis
macronodular con abundantes depósitos PAS positivos en los hepatocitos. Si la
enfermedad no es tratada muchos pacientes mueren por falla hepática en los tres
primeros años de vida.
Evolución Clínica y complicaciones
Existe hepato y esplenomegalia manifiesta y progresiva, que lleva a una insuficiencia
hepática con fallecimiento en la infancia. Ocasionalmente el tratamiento con
esteroides puede inducir una remisión temporal.
7. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO
V
(DEFICIENCIA
ENFERMEDAD
DE
DE
FOSFORILASA
MCARDLE,
MUSCULAR,
DEFICIENCIA
DE
MIOFOSFORILASA)
La enfermedad por almacenamiento de glucógeno, tipo V también se conoce como la
enfermedad de McArdle, en reconocimiento de la descripción clínica del Dr. Brian
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
McArdle en 1951 de un paciente de 30 años de edad que sufría de dolor muscular,
debilidad y rigidez después de un ligero ejercicio. El lactato de la sangre en este
paciente cayó abruptamente durante el ejercicio en lugar de subir como ocurre en la
normalidad, lo que sugiere que el paciente no pudo convertir el glucógeno muscular
en lactato.
El inicio de los síntomas se suele producir en la infancia, pero el diagnóstico se realiza
en la segunda o tercera década de vida ya que manifestaciones clínicas tales como
calambres y mioglobinuria, no se suelen producir antes de los 10 años de edad.
En los enfermos de McArdle presentan un
fenómeno patognomónico de la
enfermedad denominado “segundo aliento”. Tras la aparición de los primeros
síntomas (intolerancia al ejercicio con cansancio prematuro, mialgias, rigidez,
debilidad y contracturas musculares) y en un periodo variable de 5-10 minutos,
pueden experimentar una mejoría por la mayor disponibilidad de glucosa sanguínea
para los músculos, fenómeno conocido como “segundo aliento” (del inglés second
wind). Y que supone la utilización de otras rutas metabólicas alternativas para la
obtención de ATP, de origen no muscular, tales como utilización de ácidos grasos y la
oxidación de aminoácidos.
Fisiopatología:
- Existen dos mecanismos que permiten explicar la intolerancia al ejercicio asociada a
esta enfermedad. Por un lado el déficit de miofosforilasa priva al organismo del
sustrato para la glucólisis anaeróbica, clave para la fase inicial de la contracción
muscular, y por otro, la imposibilidad de metabolizar aeróbicamente el glucógeno
provoca su depósito intracelular en las fibras de músculo estriado.
- La mioglobinuria es causada por la necrosis de las fibras musculares, producida por
los mismos mecanismos que producen la fatiga y las contracturas, aunque sostenidos
en el tiempo y/o de mayor intensidad.
- El ADP, es convertido en AMP, IMP, amonio y productos de degradación de
adenina, incluyendo inosina, hipoxantina y ácido úrico (“hiperuricemia miogénica”)
- La debilidad persistente se relaciona con el daño muscular permanente y la
consecuente pérdida de fibras musculares. Durante el ejercicio intenso, se produce
una disminución en los niveles de ATP, y un aumento en los de IMP. El ATP es
degradado a ADP, y la adenilato quinasa transfiere una molécula de fosfato de un
ADP a otro, produciendo una molécula de ATP y otra de AMP, el AMP es desaminado
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29
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
a IMP y amonio (Figura Nº8). La reacción catalizada por la MADA (mioadenilato
desaminasa), permite desplazar la reacción de la adenilato quinasa hacia la formación
de ATP, al degradarse rápidamente el AMP formado. Sin embargo durante el ejercicio
intenso y prolongado se consume más ATP del que se produce, apareciendo la fatiga
muscular.
Figura Nº8: La adenilato quinasa convierte dos moléculas de ADP en una molécula de ATP y una
molécula de AMP. Esta reacción se encuentra acoplada a la catalizada por la AMP desaminasa (o
mioadenilato desaminasa o MADA), que convierte el AMP formado en IMP.
Bioquímica / base molecular de la enfermedad
La enzima deficiente es la glucógeno fosforilasa muscular (GPM), que cataliza la
fosforolisis de los enlaces α-1,4-glucosil del glucógeno para formar D-glucosa-1fosfato, según la reacción:
Glucógeno (n+1) + Pi
Glucógeno (n) + Glucosa-1-P
En humanos existen 3 isoformas; forma hepática (GPL, codificada por el cromosoma
14), cerebral (también llamada fetal, GPB, codificada por el cromosoma 10) y
muscular (GPM, codificada por el cromosoma 11). El cerebro y el corazón, expresan la
GPB y la GPM, mientras que el hígado expresa exclusivamente la GPL. En el músculo
esquelético inmaduro, se expresan la GPB y la GPM, en el proceso de maduración
muscular la isoforma fetal va siendo reemplazada por la isoforma muscular, presente
exclusivamente en las fibras musculares adultas.
La forma muscular es la única isoenzima presente en el músculo maduro; representa
aproximadamente la mitad del total de enzima en el corazón y un 20-30 por ciento en
el cerebro, y ninguna en el hígado. Esto probablemente explica por qué, clínicamente,
la deficiencia de fosforilasa muscular no afecta a otros órganos además de los
músculos.
La GPM, existe como un homodímero (M2) que se compone de dos subunidades
idénticas de 97.440 Da cada una (842 aminoácidos), el centro activo de GPM
contiene piridoxal fosfato.
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Tema 10: Glucogenosis
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Bioquímicamente, la actividad de la enzima es muy baja o indetectable en el músculo.
La concentración de glucógeno esta incrementada; el glucógeno acumulado es de
estructura normal.
El gen de la fosforilasa muscular ha sido clonado y localizado en el cromosoma 11q13
(GenBank M16013). A nivel de los genes, existe una gran heterogeneidad genética,
con muchas mutaciones diferentes que causa la enfermedad de McArdle identificados
a la fecha. Una mutación sin sentido cambiando arginina a un stop en el codón 49
(R49X) y una deleción de un solo codón en el exón 17 son prevalentes en caucásicos.
Genética
La enfermedad por almacenamiento de glucógeno, tipo V se hereda como un rasgo
autosómico recesivo. El gen PGYM (MIM # 608455) ha sido clonado, secuenciado y
asignado al locus 13 del brazo largo del cromosoma 11, y fue identificado como
causante de la enfermedad en 1993. En la mayoría de los casos, los portadores
heterocigotos no están afectados clínicamente, sin embargo, hay informes de
heterocigotos que cursan con esta enfermedad. La mutación sin sentido, p.R50X es la
más frecuente en los diferentes grupos de poblaciones donde se ha observado, ver
tabla 5a.
Tabla Nº 5a: Frecuencia de las mutaciones en las distintas poblaciones
Grupos de
Frecuencia
Frecuencia
Frecuencia
poblaciones
Mutación
Mutación
Mutación W798R
R50X
G205S
Reino Unido
81 %
Estados Unidos
64 %
10%
Alemania
56 %
Italia
43 %
Holanda
31 %
Francia
72 %
3,2%
España
47-55 % (53,8)
9% (10,2)
16,5%
La segunda mutación más frecuente descrita en el gen PYGM es la mutación con
cambio de aminoácido p.G205S que representa el 10% de alelos en pacientes
americanos y 9% de alelos en pacientes españoles. La mutación con cambio de
aminoácido p.W798R se ha encontrado en el 16,5% de los alelos de los pacientes
españoles estudiados. Esta alteración particular de población es además la segunda
más frecuente en esta población.
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Exón Codón
1
5
20
50
205
798
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Tabla Nº5b : Características de las mutaciones más frecuentes
Secuencia
Cambio nt
Cambio
Tipo de mutación
aminoacídico
c.148C>T
CGA→TGA p.R50X
Arg →Stop
c.613G>A
GGC→AGC p.G205S
Gly→Ser
p.W798R
Tryp→Arg
c.2392T>C TGG→CGG
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PCR-RFLP?
Si, Nla III (+)
Si, Hae III (-)
Si, BsrBI (+)
La mutación terminadora p.R50X, es decir una Arginina es sustituida por un codón
de terminación y se obtiene una proteína truncada susceptible a la degradación. La
mutación genera un sitio de corte para la enzima NlaIII. Se la puede detectar por
amplificación por PCR y digestión con Nla III.
La mutación con cambio de sentido (missense) p.G205S, es decir hay un cambio de
Glicina por Serina. La mutación desaparece un sitio de corte para la enzima HaeIII.
Se la puede detectar por amplificación por PCR y digestión con HaeIII.
La mutación con cambio de sentido (missense) p. W798R, es decir hay un cambio de
Triptofano por Arginina. La mutación genera un sitio de corte para la enzima BsrBI.
Se la puede detectar por amplificación por PCR y digestión con BsrBI.
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Tema 10: Glucogenosis
Año: 2013
Figura Nº9a: Gel de poliacrialmida al 12%, donde se analiza las mutaciones R50X, G205S y K543T
(Tomado de Tsujino y col. 1993).
Figura Nº9b: Gel de agarosa al 2%, donde se analiza la mutación W797R. Muestra la digestión con
BsrBI en paciente normal (línea 6), en dos pacientes homocigotas para W797R (línea 3 y 5) y en uno
heterocigota (linea4). Linea2: producto no digerido (903pb). La mutación genera 2 fragmentos: 664 y
239 pb (Tomado de Rubio JC y col., 2006).
Diagnóstico
a-Determinación de la creatina quinasa sérica (CK)
Los niveles séricos de CK, aportan una información importante, dado que los
pacientes con enfermedad de McArdle presentan niveles aumentados en suero en
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Tema 10: Glucogenosis
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forma persistente, con cifras de CK en torno a 1000 U/L (valor de referencia < 170
U/l).
b- Prueba de ejercicio en isquemia
Desde la primera descripción de la enfermedad por el Dr. Brian McArdle, en la que se
indicaba la incapacidad de los músculos esqueléticos de los pacientes para producir
lactato durante el ejercicio físico se introdujo una prueba funcional de ejercicio en
isquemia para diagnosticar a los pacientes. El fundamento de esta prueba se basa en
la estimulación al máximo de la glucólisis muscular durante el ejercicio isquémico y
la determinación de lactato y amonio (sirve como control de la prueba) producido.
Para ello se coloca un catéter en la vena antecubital, y se realiza una primera toma de
sangre en condiciones basales, a continuación se sitúa un esfingomanómetro en el
antebrazo del paciente inflándolo por encima (unos 50 mmHg) de su presión arterial,
después el paciente comienza a realizar ejercicio abriendo y cerrando la mano
durante 1 minuto, tras finalizar el ejercicio se toman muestras sanguíneas para medir
lactato a los minutos 1, 3, 5 y 10.
Interpretación:
En los individuos sanos se produce un aumento de lactato entre 3 y 5 veces respecto
al valor basal. En los pacientes con enfermedad de McArdle no se observa dicho
aumento y se obtiene una curva plana respecto al tiempo, mientras que la curva de
amonio será normal o con respuesta exagerada y sirve para detectar falsos positivos.
Figura Nº10 : Prueba de ejercicio en isquemia. A: curva de respuesta normal; B: curva plana de
pacientes con glucogenosis tipo V.
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Parámetro medido
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Paciente Homocigota
Paciente Heterocigota
(n=18)
(n=5)
Glucosa (mg/dl) (antes ingestión de sacarosa)
5,o±0,3
4,8 ±0,4
Glucosa (mg/dl) (despues ingestión de sacarosa)
7,3±0,3
7,1±0,3
Lactato (mM/L) (antes ingestión de sacarosa)
0,6±0,1
0,6±0,1
95,7±
±17,4
37,6±
±6,3
2889±588
3118±1520
1,7±0,2
1,7±0,5
173,8±22
141,2±39,2
3157±718
3229±1595
Variables séricos a nivel basal
NH3+
(umol/L)
CK (UI/L)
Variables séricos a luego sobrecarga
Lactato (mM/L) (al final del test)
NH3+
(umol/L) (al final del test)
CK (UI/L) después de la sesión de ejercicio
CK: actividad sérica de creatin quinasa
*- Tabla tomada de Rubio y col. (2007); donde los pacientes son homocigota o heterocigota para la
mutación C34T. Con negrita se denota las diferencias estadísticamente significativas.
OJO FALTA LOS VALORES DE LOS PACIENTES WT!
Si bien es una prueba con aplicabilidad diagnóstica, presenta algunos problemas; i)
depende en gran medida, de la capacidad y colaboración del paciente para realizar el
test, ii) existe variabilidad preanalítica en la medida del lactato sérico, iii) existe
riesgo de que se produzca un síndrome compartimental (causado por la inflamación
muscular resultante de la necrosis y de la disminución del flujo sanguíneo local),
como consecuencia de la prueba.
Se ha indicado la posibilidad de realizar esta prueba diagnóstica en ausencia de
isquemia, siendo esta metodología muy útil para el diagnóstico de alteraciones en la
glucólisis, sin producir las complicaciones que genera el test isquémico.
c- Prueba en cicloergómetro
Es una prueba fisiológica, en la que se monitoriza el ritmo cardíaco durante el
pedaleo en un cicloergómetro cuando se ejerce una resistencia constante al mismo,
con el fin de detectar la aparición del fenómeno del “segundo aliento” que es
patognomónico en esta enfermedad. La prueba realizada de manera controlada, a un
ritmo moderado con una carga constante de trabajo. Es un método específico,
sensible y simple para diagnosticar pacientes con GSD V, (para mas detalles de su
realización ver al final en Rubio JC y col., 2007).
Estrategia de diagnóstico
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El protocolo propuesto por JC Rubio y col. (2009) comienza con criterios de
inclusión clínicos: intolerancia al ejercicio, elevación persistente de CK, curva plana
de ácido láctico en la prueba de ejercicio en isquemia, fenómeno del segundo aliento y
mioglobinuria. A partir de DNA obtenido de muestra sanguínea, la estrategia
propuesta consta de las siguientes etapas: i) cribado secuencial mediante métodos
sencillos de PCR-RFLP en función de la frecuencia de las tres mutaciones más
comunes en la población española, p.R50X, p.W798R y p.G205S, lo que permitiría
caracterizar definitivamente cerca del 60% de los pacientes,
ii) secuenciación completa de los exones, 1, 14, 17 y 18, que presentan una mayor
incidencia de mutaciones, lo que aumentaría la eficiencia de la estrategia llegando a
una identificación de los dos alelos mutados en el 75% de los pacientes. Siguiendo
este protocolo, en tres de cada cuatro pacientes (75%), no sería necesario practicar
una intervención invasiva como es la biopsia muscular para diagnosticar la
enfermedad.
8. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO
VI
(DEFICIENCIA
DE
FOSFORILASA
HEPÁTICA,
ENFERMEDAD DE HERS)
El diagnóstico de la glucogenosis hepática por deficiencia de la actividad de
glucógeno fosforilasa, solo se puede realizar en una biopsia de hígado; ya que es una
isoforma que solo se expresa en este tejido. La actividad glucógeno fosforilasa en el
hígado puede estar disminuida, tanto en la deficiencia primaria de esta enzima o
como consecuencia del déficit de la glucógeno fosforilasa quinasa. Por lo tanto, para
poder llegar al diagnóstico fiable de uno u otro déficit habrá que medir ambas
enzimas.
Historia y descripción general
Entre los años 1950 y 1960, una gran proporción de pacientes con enfermedad por
almacenamiento de glucógeno no pudo ser clasificada como perteneciente a
cualquiera de los tipos que habían sido descritas anteriormente. En 1959, Hers
describe 3 pacientes, estos pacientes tenían hepatomegalia, hipoglucemia leve, y
marcado incremento del contenido de glucógeno en el hígado con actividad normal
de glu-6-fosfatasa.
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Tema 10: Glucogenosis
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La clínica de estos procesos, habitualmente mas leve que en otras glucogenosis, suele
ser hepatomegalia, distensión abdominal y retraso del desarrollo, manifestándose en
la lactancia o infancia. La hipoglucemia sintomática es excepcional, excepto en los
períodos de ayuno muy prolongados, los cuales provocan cetonemia, aunque menor
que en la glucogenosis III. No suele haber ácidosis metabólica y los niveles de ácido
láctico y ácido úrico son normales. La hiperlipidemia es moderada con aumento de
los triglicéridos y del colesterol.
Las transaminasas pueden estar moderadamente elevadas. El curso clínico es
benigno y las alteraciones clínicas y bioquímicas así como la hepatomegalia
disminuyen con la edad; muchos adultos están asintomáticos.
Algunas mutaciones del gen de la fosforilasa quinasa se han asociado con fenotipos
clínicos más graves, describiéndose algún caso con progresión a cirrosis en la
infancia.
Puede haber retraso motor por hipotonía muscular en la forma autosómica recesiva
con afectación muscular y hepática.
Luego del ayuno nocturno la curva de glucagón se caracteriza por aumento de la
glucemia sin aumento del lactato. Esta curva no diferencia entre el déficit de
fosforilasa quinasa y el de fosforilasa. El diagnóstico exacto exige la determinación de
las actividades enzimáticas en diferentes muestras de tejido y células hemáticas.
Genética
Tres isoformas de fosforilasa son conocidos: las isoformas de músculo (M), hígado
(L), y el cerebro (B). Ellos son codificadas por los genes por separado, PGYM:es el gen
para la isoforma muscular de la fosforilasa; PGYL: es el gen para la isoforma hepática
de la fosforilasa y PGYB: es el gen para la isoforma cerebro de la fosforilasa, que han
sido asignadas a los cromosomas 11, 14 , y 20, respectivamente.
Evolución Clínica y complicaciones
En los pacientes con glucogenosis VI la hepatomegalia puede ser masiva, aunque los
pacientes pueden estar libres de síntomas y llevar una vida normal. Suelen presentar,
sin embargo, cierta elevación de las transaminasas y de los lípidos en el suero. La
hepatomegalia puede remitir a medida que el niño crece.
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9. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO
VII
(DEFICIENCIA
DE
FOSFOFRUCTOQUINASA
MUSCULAR, ENFERMEDAD DE TARUI)
La enfermedad por almacenamiento de glucógeno es conocido como enfermedad de
Tarui en reconocimiento de la descripción enzimática y clínica en 1965 de una familia
con 3 hijos afectados (una mujer y dos varones) en su segunda década de vida. Ellos
presentaban fatiga
e intolerancia al ejercicio como en el tipo V. El glicógeno
muscular estaba aumentado con actividad de fosforilasa normal y con actividad no
detectable de fosfofructoquinasa.
Hallazgos clínicos
Las características clínicas son muy similares a la enfermedad por almacenamiento
de glucógeno tipo V. Los pacientes experimentan la aparición temprana de la fatiga y
el dolor con el ejercicio. El ejercicio vigoroso produce calambres musculares severos y
mioglobinuria. Hay, sin embargo, varias características que diferencian el tipo VII de
la enfermedad de tipo V. En la enfermedad de tipo VII, (1) para la mayoría de los
pacientes, la intolerancia al ejercicio es evidente en la infancia, los síntomas son más
severos que los observados en el tipo de enfermedad por almacenamiento de
glucógeno V, y el ataque puede estar asociado con náuseas y vómitos; (2) se produce
una anemia hemolítica compensada, como lo demuestra el aumento del nivel de la
bilirrubina sérica y recuento de reticulocitos y 2,3-bisfosfoglicerato de eritrocitos que
también disminuye, en forma secundaria al bloqueo de la glucólisis en el paso de la
fosfofructoquinasa, (3) hay hiperuricemia siempre presente y exagerado aún más por
el ejercicio muscular a un grado más grave que la observada en la enfermedad de
almacenamiento de glucógeno tipo V o tipo III; (4) un polisacárido anormal está
presente en las fibras musculares y ácido peryódico de Schiff-positivo, pero
resistentes a la digestión de diastasa y (5) intolerancia grave al ejercicio
particularmente aguda después de las comidas especialmente las que son ricas en
hidratos de carbono.
Bioquímica / base molecular de la enfermedad
Fosfofructoquinasa es una enzima tetramérica derivada de tres loci genéticos que
codifican para las subunidades de músculo (M), hígado (L), y plaquetas (P). La
enzima de plaquetas es del mismo tipo que el de los fibroblastos. Los genes para el
músculo, el hígado y los tipos de las plaquetas se asignan a los cromosomas 12, 21 y
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Tema 10: Glucogenosis
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10, respectivamente. Estas subunidades se expresa de forma variable en diferentes
tejidos. El músculo maduro sólo expresa la subunidad M y contiene únicamente el
homotetrámero M4. Los eritrocitos expresan tanto la subunidad M como la L, y la
formación de tetrámero aleatoria produce cinco isoenzimas, M4 y L4 y tres formas
híbridas (M3L, L2M2, y ML3). En la deficiencia clásica de fosfofructoquinasa de
músculo, un defecto genético de la subunidad M (GenBank U24183) provoca una
falta total de la actividad de la enzima en el músculo, mientras que los eritrocitos
carecen de las isoenzimas M4 e híbridos, pero todavía expresa L4, que representa
alrededor del 50 por ciento de la actividad de fosfofructoquinasa de los eritrocitos
normales. En contraste, los pacientes con la forma miopática de aparición tardía de la
deficiencia de fosfofructoquinasa tiene tanto las isoenzimas híbridas que contienen M
y L4 en sus eritrocitos.
La subunidad M residual puede explicar los síntomas leves y la aparición tardía de
esta variante de la deficiencia fosfofructoquinasa. La relación entre el nivel de
actividad residual fosfofructoquinasa en el músculo esquelético y la expresión
fenotípica de la enfermedad no está todavía clara. El mecanismo para la anemia
hemolítica compensada se ha atribuido a una disminución de recambio de ATP, el
aumento de los iones de calcio intracelular, y la disminución de la deformabilidad en
los eritrocitos.
Diagnóstico
El diagnóstico molecular es útil sólo en poblaciones de pacientes limitados o en
familias con mutaciones conocidas. Para la mayoría de los pacientes, el diagnóstico
requiere la demostración bioquímica o histoquímica del defecto enzimático en el
músculo. La ausencia de la isoenzima M de fosfofructoquinasa también puede
demostrarse en las células sanguíneas y fibroblastos.
Tratamiento
No existe un tratamiento específico para esta condición. Evitar el ejercicio intenso es
recomendable para prevenir los ataques agudos de calambres musculares y
mioglobinuria. El beneficio clínico de una dieta cetogénica ha sido reportada en un
niño con deficiencia de fosfofructoquinasa infantil con artrogriposis. Como por otras
enfermedades musculares de almacenamiento de glucógeno se debe evitar las
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Tema 10: Glucogenosis
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estatinas y las precauciones de la hipertermia maligna en los pacientes sometidos a
anestesia.
Genética
La enfermedad de almacenamiento de glucógeno, tipo VII se hereda como un rasgo
autosómico recesivo. Se han sido identificadas las mutaciones múltiples, incluyendo
los defectos de empalme, marco de lectura, y mutaciones missense. No hay ninguna
correlación genotipo-fenotipo.
10.
ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO IX, (DEFICIENCIA FOSFORILASA QUINASA)
Historia y descripción general
McKusick, en OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) clasificó a la deficiencia
de fosforilasa quinasa hepática como una enfermedad ligada al cromosoma X, como
del tipo VIII. La clasificación numérica confusa fue debida en parte a una falta de
conocimiento del complicado sistema que activa a la fosforilasa.
La complejidad genética es ahora más clara, sabiendo que la fosforilasa quinasa se
compone de cuatro subunidades codificadas por diferentes genes en diferentes
cromosomas (tanto el cromosoma X como distintos autosomas) y expresados
diferencialmente en los distintos tejidos. En este capítulo nos referimos a todas las
deficiencias de la fosforilasa quinasa como el tipo de enfermedad por
almacenamiento de glucógeno tipo IX. Basado sobre el gen / subunidad implicados,
los tejidos que son principalmente afectados, y el modo de herencia, la deficiencia de
la fosforilasa quinasa en el ser humano se divide en seis subtipos (tabla Nº 6). Dos
modelos de roedores, que se diferencian en los tejidos afectados y los modos de
herencia, se incluyen para su comparación.
Diagnóstico
Establecer el diagnóstico del tipo de enfermedad por almacenamiento de glucógeno
IX es un reto debido a la heterogeneidad genética que subyace y expresividad
variable. La deficiencia de la fosforilasa quinasa no es siempre detectable por el
ensayo de los eritrocitos y la biopsia de hígado, de músculo o biopsia del corazón son
necesarios para confirmar algunos casos bioquímicamente. El ensayo de la enzima
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Tema 10: Glucogenosis
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también es incapaz de diferenciar entre la deficiencia de la subunidad α, con la
consiguiente herencia ligada al X, y la deficiencia de las subunidades β y γ , con un
patrón de herencia autosómico recesivo. Así, en muchos casos, el análisis de
mutación se necesita para la subtipificación de la enfermedad.
Tabla Nº 6: Subtipos causantes de Enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo IX
Subtipos
Especies
Tejidos
Herencia
Gen mutante
Subunidad
Ligada al X
PHK A2
αL
afectados
IX-a1
humano
Hígado, células
sangre
IX-a2
humano
hígado
Ligada al X
PHK A2
αL
IXb
humano
Hígado, células
Autosómica
PHK B
β
Autosómica
PHK G2
γTL
αM
de la sangre,
músculo
IXc
humano
Hígado, células
sangre
IXd
humano
Músculo
Ligada al X
PHK A1
IXe
humano
músculo
Autosómica
?
IXf
humano
corazón
Autosómica ?
?
I-ratón
músculo
Ligada al X
PHKA1
αM
gsd-rata
hígado
Autosómica
PHKG2
γTL
La detección de mutaciones de tipo IX
requiere secuenciar los genes para tres
subunidades del hígado. El gen que codifica la subunidad PHKA2 α ha estado
implicado más comúnmente, seguido por el gen que codifica la subunidad PHKB β,
independientemente de la presencia de la deficiencia en los eritrocitos (Beauchamp y
col., 2007). Una deleción única grande del gen PHKA2 se atribuyó a la recombinación
homóloga desigual entre las repeticiones Alu en los intrones 19 y 26 en un niño
japonés (Fukao et al., 2007). Las mutaciones la subunidad γ del gen PHKG2 esta
asociado con afectación hepática grave, con la hipoglucemia recurrente y la fibrosis
hepática (Beauchamp et al, 2007; Burwinkel et al, 2003.). La elevación de
tetrasacárido urinario se confirmó en cuatro de siete pacientes con deficiencia de la
fosforilasa quinasa en los eritrocitos, proporcionando una prueba de detección menos
invasiva y potencialmente útil (Morava et al., 2005).
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Tratamiento
El tratamiento para la deficiencia de la fosforilasa quinasa de hígado es sintomático.
Una dieta alta en carbohidratos y comidas frecuentes son eficaces para prevenir la
hipoglucemia, pero la mayoría de los pacientes no requieren tratamiento específico.
El pronóstico es generalmente bueno.
Evolución Clínica y complicaciones
En la tipo IX puede existir hepatomegalia desde estadíos tempranos de la vida, pero
remite a medida que el niño se hace mayor. La elevación de las transaminasas suele
ser mínima.
En general, salvo en formas graves, no precisan tratamiento. La monitorización del
seguimiento de pacientes con glucogenosis se detalla en la tabla Nº8.
11. ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO,
TIPO 0 (DEFICIENCIA GLUCÓGENO SINTASA HEPÁTICA)
La glucógeno sintasa cataliza la formación de puentes α-1,4 que alargan las cadenas
de moléculas de glucosa para formar glucógeno. En la enfermedad por
almacenamiento de glucógeno tipo 0, sólo se deteriora la síntesis de glucógeno en el
hígado. La deficiencia genética de la actividad de sintasa de glucógeno hepático
(GYS2) en los seres humanos parece ser muy raro.
12. DIAGNÓSTICO BIOQUÍMICO
Pruebas funcionales: dentro de estas pruebas se encuentra la sobrecarga oral de
glucosa y determinación de glucosa posterior la sobrecarga IV de glucagón.
Prueba de sobrecarga con glucagón:
Procedimiento:
Tener una cánula en la fosa antecubital con un buen acceso para la
administración de glucosa, si es necesario.
tiempo 0 min.
tomar 2 ml de sangre para la glucosa y el lactato. Inmediatamente después
administrar glucagón 20 microgramos / kg im (los niños). Para los adultos
se debe administrar 1 mg im.
tiempo de 30 ‘
tomar 2 ml de sangre para la glucosa y el lactato
tiempo de 60 ‘
tomar 2 ml de sangre para la glucosa y el lactato
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tiempo de 90’
tomar 2 ml de sangre para la glucosa y el lactato
tiempo de 120 ‘
tomar 2 ml de sangre para la glucosa y el lactato
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Interpretación
Adultos: en sujetos normales, hay un aumento en la glucosa plasmática > 4 mmol / L
(>72mg/dl). La mayor tolerancia en adultos puede ser explicado por una severidad
menor de la enfermedad en los adultos.
Niños: en sujetos normales, hay un aumento en la glucosa plasmática > 2 mmol /L
(32mg/dl)
y una concentración
de lactato en plasma en pacientes ayunados o
estimulados < 2,4 mmol / L (21,60 mg/dl).
Figura Nº 11: Prueba de tolerancia a glucagón. A: curva de respuesta normal; B: curva plana.
12.1- Diagnóstico bioquímico-genético de las glucogenosis hepáticas
El diagnóstico bioquímico de las glucogenosis hepáticas se basa en la detección de la
actividad enzimática deficiente, mediante su medida en una biopsia de hígado. Se
completa con la cuantificación de la concentración del glucógeno y con la
determinación de su estructura. En algunos tipos de glucogenosis la actividad
enzimática deficiente en el hígado también lo es en el músculo. En otros casos, la
deficiencia de la enzima hepática se expresa parcialmente en células sanguíneas
(eritrocitos o leucocitos). Por tanto, la indicación de que enzima medir y en que tejido
dependerá de las características clínicas y biológicas de cada paciente (Tabla Nº7).
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Tabla Nº7: Diagnóstico bioquímica-genérico. Obtención de muestras
Muestra a tomar
Diagnóstico de
Músculo
Hígado
Eritrocitos
Sangre Total *
presunción
Glucogenosis Ia
+
+
Glucogenosis Ib (1)
+
+
Glucogenosis III (2) (4)
+
+
Glucogenosis IV (3)
+
+
+
+
+
Glucogenosis VI
Glucogenosis IX (4)
+
+
+
+
+
+
* Para el diagnóstico genético-molecular
(1) El diagnóstico enzimático solo se puede realizar en una biopsia de hígado no congelado.
(2) En este tipo, de ser posible, se enviará biopsia de hígado y de músculo.
(3) El diagnóstico enzimático se puede realizar en una biopsia de hígado y de músculo
(4) La actividad normal en los eritrocitos no descarta que exista una deficiencia que solo se expresa en el
hígado o en el músculo; en estos casos el diagnóstico solo se puede hacer en estos tejidos.
13. CONDICIONES PARA LA OBTENCIÓN Y ENVÍO DE LAS
MUESTRAS
13.1- Tipo de muestra
El tipo de muestra a enviar dependerá del diagnóstico de presunción, como se indica
en la tabla 7. En todos los casos se enviara, además, una muestra de sangre total en
EDTA para el diagnóstico genético- molecular.
13.2- Obtención de biopsias
La biopsia hepática o muscular se puede tomar por punción con aguja o
quirúrgicamente. El material obtenido por punción, por su escasez, solo permite
estudios enzimáticos muy limitados. Por ello, se recomienda la biopsia quirúrgica. Si
además del hígado, se quiere estudiar el tejido muscular, en el mismo acto quirúrgico
se puede tomar una biopsia de los músculos de la pared abdominal. Inmediatamente
después de la toma, cada biopsia se colocara por separado, en un tubo con tapón,
resistente a la congelación, pequeño (si es posible un criotubo de 2-5 ml) y vacío,
claramente etiquetado (nombre y apellido del enfermo, naturaleza de la muestra) que
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se cerrara y se congelara (-60°C o a temperatura inferior). La cantidad mínima
recomendada para hígado y músculo es de unos 25 mg (el tamaño de un garbanzo).
13.3- Obtención de muestras de sangre y eritrocitos
Como se indica en la tabla 7, en algunos casos, se pueden necesitar muestras de
sangre tratada de distinta forma:
a) Sangre total: tres muestras de 2 ml de sangre, extraída en los tubos con EDTA. Se
agitarán y congelarán, inmediatamente, a – 60ºC.
b) Eritrocitos separados de la siguiente forma:
- Centrifugar al menos 2 ml de sangre heparinizada a 1.500 rpm., 10 min.
- Eliminar el plasma. Añadir doble volumen de ClNa 0,9% al sedimento de eritrocitos,
mezclar cuidadosamente y centrifugar 1.500 rpm., 10 min.
- Eliminar el sobrenadante y repetir la operación anterior por tres veces. Congelar
inmediatamente el último precipitado de eritrocitos (-60° C) y guardar a esta
temperatura hasta su envío.
13.4- Transporte
Todas las muestras, biopsias, sangre o eritrocitos, deben permanecer congeladas
durante toda la duración del transporte. Se colocaran en una caja de telgopor con
hielo seco. La cantidad de hielo seco se adaptara en función del tiempo de transporte
(1 Kg. dura 24 horas, aproximadamente).
14. TRATAMIENTO EN LA GLUCOGENOSIS
TIPO I:
1. Tratamiento dietético-nutricional
El objetivo del tratamiento nutricional es prevenir la hipoglucemia (mantener los
niveles plasmáticos de glucosa > 3,89 mmol/L) y sus consecuencias metabólicas. Para
ello, se utilizan básicamente dos estrategias: la realización de comidas frecuentes
(cada 2 a 4 horas) ricas en hidratos de carbono durante el día junto a una infusión
nocturna de glucosa a través de una sonda nasogástrica o bien la administración de
almidón crudo de maíz. Los resultados obtenidos con ambos métodos son similares.
a) Modificaciones en la dieta oral
• Uso de comidas ricas en hidratos de carbonos de absorción lenta o semilenta: arroz,
pasta, pan, legumbres, etc.
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Restringir los carbohidratos de absorción rápida: sacarosa y fructosa. Limitar la
ingesta de leche a 0,5 litros al día.
Tabla Nº8: Monitorización adecuado de la dieta (objetivos)
Parámetro
Sangre
Medida
-
Glucemia
≥ 3,9mmol/L (70 mg/dL)
-
Lactato (antes de la comida)
2,0 – 5,0 mmol/L (18-45
mg/dL)
Orina
-
Lactato (orina de 12 hs o ≥ 0,6 mmol/L ( 5,400 mg/dL)
≥ 0,12
muestras)
-
Cociente lactato/creatinina
Tabla Nº 9: Seguimiento en pacientes con glucogenosis I
Laboratorio
- Determinación de glucemia capilar a lo largo del día
- Estudio basal
- Estudio lipídico completo (Ct, Tg, HDLc LDLc y VLDL)
Ácido Úrico
Equilibrio ácido-base
Función hepático y renal
Hemograma y recuento diferencial
- Orina de 24 hs:
Albúmina
Aclaramiento
Excreción de lactato
Frecuencia
3-6 meses
Algunos autores recomiendan restringir las purinas y la grasa.
Se sugiere que el contenido de la dieta siga la siguiente distribución: Hidratos de
carbono 60-65%; proteínas 10-15% y lípidos 20-30% del aporte calórico total. No esta
claro si estos pacientes tienen requerimientos energéticos más elevados.
b) Nutrición enteral nocturna
Administración de una infusión de glucosa o de polímeros de glucosa o de una
formula enteral sin lactosa ni fructosa a lo largo de 10- 12 horas. La infusión no debe
comenzar después de 1 hora de la última comida ni el desayuno mas tarde de 15
minutos después de suspender la infusión. Los requerimientos de glucosa se basan en
la tasa estimada de producción endógena de glucosa, que disminuyen con la edad. Se
recomienda comenzar con una cantidad de glucosa de 7 mg/kg/minuto y ajustar
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posteriormente a la baja (4-6 mg/kg/minuto) para mantener glucemias entre 3,9 y
5,3 mmol/L.
Como la necesidad de la nutrición enteral nocturna es prolongada, sugerimos la
realización de una gastrostomia para alimentación. Con el fin de evitar
complicaciones se realiza mediante control ecográfico. Asimismo se utiliza profilaxis
antibiótica quirúrgica en todos los casos (cefalosporina de 3º generación).
c) Almidón crudo de maíz
Su efecto se basa en el hecho de que la glucosa procedente del almidón de maíz no
cocinado se libera y absorbe mas lentamente, permitiendo mantener la glucemia
durante 6 a 8 horas en vez de las 3 horas de una toma equivalente de glucosa. Este
régimen puede usarse con seguridad por encima de los 2 años de edad con dosis de
almidón entre 1,6 g/kg y 2,5 g/kg, cada 4 a 6 horas. No existe tanta unanimidad en lo
referido a lactantes. El almidón de maíz (Maicena) se prepara en una suspensión de
agua a temperatura ambiente con una relación peso: volumen de 1:2, utilizando una
cantidad de almidón similar a la tasa estimada de producción endógena de glucosa
durante el ayuno. No debe administrarse con azucares de absorción rápida. El uso de
otros almidones (arroz, tapioca, trigo) obtiene resultados discretamente inferiores a
los del almidón de maíz. Este aporte nocturno de glucosa debe mantenerse incluso
una vez terminado el crecimiento y el desarrollo.
d) Suplementos vitamínicos y de minerales
Es necesario suplementar con vitaminas y minerales, especialmente con calcio, para
cubrir requerimientos.
e) Planificación y monitorización de la dieta
f) Otros tratamientos para evitar la hipoglucemia (no contrastados)
- Inhibidores de la amilasa intestinal: Voglibose, 0,1-0,2 mg antes de cada comida.
- Diazoxido a dosis bajas: 3-5 mg/kg/día.
2. Tratamiento de las complicaciones
a- Complicaciones renales
- No existe tratamiento preventivo. Persiste hiperfiltracion glomerular a pesar de un
tratamiento dietética adecuada precoz.
- Moderada restricción proteica.
- Inhibidores de la enzima de conversión de angiotensina: captopril.
- Tratamiento de la insuficiencia renal crónica.
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b- Osteoporosis
- Valoración de la dieta.
- Ejercicio físico regular.
- Medidas preventivas: 400-800 UI de vitamina D3 + 0,5-1,0 g de calcio al día.
c- Hiperuricemia
- Restricción de purinas.
- Alopurinol 10-15 mg/kg/dia.
- Opcional: alcalinizar la orina con bicarbonato sodico 1-2 mmol/kg/dia (80-170 mg).
TIPO III
El tratamiento dietético es menos exigente que en glucogenosis I: no precisa
restricción de fructosa, sacarosa ni lactosa. La distribución calórica de la dieta:
hidratos de carbono 55-60%; proteínas 15-20% y lípidos 20-30%.
Es bastante discutida la necesidad de hacer una dieta hiperproteica. Para unos
autores, en presencia de hipoglucemia el manejo ha de ser similar al de una
glucogenosis I (tomas frecuentes durante el día ricas en hidratos de carbono de
absorción lenta junto a una enteral nocturna o suplementos de almidón crudo de
maíz); mientras que para otros el aspecto basal de la dieta es un aumento de las
proteínas y una limitación de los azucares. La nutrición enteral nocturna quedaría
reservada para lactantes y niños pequeños con formas graves de glucogenosis III
(hipoglucemia precoz, miopatía o disfunción hepática importante).
TIPO IV
El almidón crudo de maíz y la nutrición enteral continua pueden mejorar
temporalmente la situación clínica, pero el único tratamiento efectivo es el trasplante
hepático.
TIPO VI
No esta claro el papel del tratamiento dietético excepto en lactantes y niños
pequeños. Se recomienda evitar los períodos prolongados de ayuno y las tomas
nocturnas adicionales en los episodios infecciosos.
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