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Instituto Nacional de Endocrinología
Glucemia, insulinemia y secreción de insulina en ratas hipoandrogenizadas
e hiperandrogénicas
Lic. Aimée Álvarez Álvarez,1
Lic. Eulises Díaz Díaz,2 Dra. Beatriz Huguez Hernandorena3
y Dr. Roberto M. González Suárez4
Resumen
Se estudió, en ratas machos adultas, el efecto de la castración
y de una sobredosis de enantato de testosterona sobre las modificaciones
de la glucemia y la insulinemia in vivo, durante una prueba de tolerancia
a la glucosa (PTG), e in vitro, la capacidad de secreción
de insulina estimulada por glucosa de los islotes de Langerhans de estas
ratas hipoandrogenizadas e hiperandrogenizadas. Se consideró que
la castración se acompañaba de un incremento en la sensibilidad
a la insulina, sin deterioro de la capacidad de secreción de insulina
de los islotes. Sin embargo, se comprobó que la hiperandrogenización
estaba asociada al desarrollo de una insulinorresistencia caracterizada
por hiperinsulinemia; se observó además un aumento de la
capacidad de secreción de insulina en este grupo de ratas hiperandrogenizadas.
Descriptores DeCS: GLUCOSA DE LA SANGRE/análisis; INSULINA/análisis;
INSULINA/secreción; ISLOTES DE LANGERHANS/ secreción; TESTOSTERONA/farmacología;
RATAS WISTAR; TEST DE TOLERANCIA A LA GLUCOSA.
En la década de los años 80 se estableció que en
el síndrome de ovarios poliquísticos las evidencias clínicas
que relacionaban la intolerancia a la glucosa y/o la diabetes con el hirsutismo
eran la expresión clínica de un estado de insulinorresistencia
(IR) e hiperinsulinismo secundario, asociado a un hiperandrogenismo de
origen ovárico,1 de forma tal que quedó establecida
una relación causal entre el hiperandrogenismo y la insulinorresistencia.2
Sin embargo, los mecanismos en que se basa esta asociación y la
relación de causalidad siguen siendo muy controvertidos.
Algunas evidencias señalan que es el hiperinsulinismo el que
de forma directa (estímulo de la producción de andrógenos
ováricos tras la unión de la insulina a los receptores de
IGF-1 en el ovario) o más probablemente de forma indirecta (mediante
el sinergismo entre la insulina y la hormona luteinizante [LH] o a través
de la disminución de las proteínas portadoras de los factores
de crecimiento e incremento relativo de éstos), induce un incremento
de la producción de andrógenos en el ovario.3-6
Las principales evidencias que soportan esta hipótesis son indirectas
y se basan en la persistencia de la IR tras la supresión de la LH
con anticonceptivos o con análogos de la hormona liberadora de gonadotropinas
(GnRH), o a la inversa, la disminución de los andrógenos
cuando se normalice la insulina tras la reducción del peso.6
No está claro porque la hiperinsulinemia afectaría únicamente
la producción de andrógenos sin observarse cambios en la
producción de otros esteroides por el ovario.1 No existen
resultados que demuestren de forma clara y directa que el exceso de insulina
incremente la producción de andrógenos.7
La hipótesis alternativa considera el hiperandrogenismo como
causa de la insulinorresistencia (IR), también se basa en resultados
contradictorios. Hay evidencias de que la administración de altas
dosis de andrógenos induce resistencia periférica a la insulina
y algunos autores han apreciado remisiones parciales de la IR tras la normalización
del hiperandrogenismo.8,9 Lo cierto es que los mecanismos patogénicos
de la asociación del hiperinsulinismo y el hiperandrogenismo sigue
siendo un tema muy discutido. La mayoría de las evidencias provienen
de estudios realizados en mujeres con síndrome de ovarios poliquísticos.
En hombres esta asociación ha sido muy poco estudiada. Existen reportes
de inducción de IR por tratamiento con andrógenos sintéticos10
y por el abuso de esteroides anabólicos en atletas jóvenes.11
En un estudio reciente en que se trataron hombres sanos con dosis farmacológicas
de 19-nortestosterone no se encontraron cambios en la sensibilidad a la
insulina.12 Se ha reportado sin embargo una disminución
de la sensibilidad a la insulina durante la pubertad normal asociada a
un defecto del metabolismo periférico de la glucosa.13,14
En este trabajo nos propusimos estudiar en ratas machos adultas, in
vivo, el efecto de la castración y de una sobredosis de enantato
de testosterona sobre las modificaciones de la glucemia y la insulinemia
durante una prueba de tolerancia a la glucosa (PTG), e in vitro,
el efecto sobre la capacidad de secreción de insulina estimulada
por glucosa de los islotes de Langerhans de estas ratas hipoandrogenizadas
e hiperandrogenizadas.
Métodos
Para el estudio utilizamos ratas Wistar machos adultas que tenían
entre 130 y 150 g de peso. Establecimos 3 grupos experimentales de al menos
6 ratas cada uno: I-ratas intactas, II-ratas castradas y III-ratas castradas
y tratadas con testosterona. Realizamos los experimentos con las ratas
del grupo II de 1 sem después de la castración. Las del grupo
III recibieron el tratamiento hormonal 1 sem después de la castración,
y consistió en una inyección única de 5 mg de enantato
de testosterona en 1 mL de aceite vegetal; estas ratas las utilizamos para
los experimentos 48 h después de tratadas. Determinamos los valores
de testosterona para cada grupo experimental por radioinmunoensayo (RIA).
Prueba de tolerancia a la glucosa (PTG)
Administramos glucosa a razón de 3 g por kg de peso, para realizar
la prueba por inyección intraperitoneal. La sangre para las determinaciones
de insulina y glucemia la obtuvimos de la arteria retroorbital antes, 15,
30, 60 y 120 min después de la administración de glucosa
y la recogimos sobre heparina.15 Determinamos la glucemia por
el método de la glucosa oxidasa.16 Cuantificamos la insulina
por RIA.17
Obtención y estimulación de islotes de Langerhans
Aislamos los islotes según una modificación del método
de Lacy.18 Extrajimos el páncreas de la rata e inmediatamente
le eliminamos la grasa en una placa Petri con tampón Krebs-Ringer-bicarbonato
(KRB) (NaCl 118mM; KCl 6,2mM; CaCl2 5,6mM; MgSO4 1,5mM; KH2PO4 1,5mM; NaHCO3
32,2mM;
ph 7,4, suplementado con Hepes 10mM, albúmina de suero bovino 0,2
% y glucosa 3,3 mM), sobre hielo.
Realizamos la digestión del páncreas en 5 mL de tampón
KRB con 12 mg de colagenasa (SIGMA), con agitación manual, durante
20-30 min. Una vez terminada la digestión hicimos 3 lavados con
tampón KRB para eliminar la colagenasa y transferimos el tejido
digerido a una plaza Petri de fondo oscuro; aislamos los islotes libres
de colágeno con una pipeta Pasteur bajo microscopio estereoscópico.
Para los experimentos de estimulación empleamos 20 islotes por
tubo en 0,5 mL de tampón KRB. A cada tubo le añadimos 0,5
mL de tampón KRB con 3-isobutil-metilxantina (IBMX) 0,1mM, que es
un inhibidor de la fosfodiesterasa de AMPc y es capaz de potenciar la respuesta
secretora de los islotes, más glucosa en concentración final
de 1,65; 9,9; 18,9 y 34,9 mmol/L. Incubamos los islotes a 37 °
C con agitación durante 1 h en atmósfera de carbógeno
(95 % 02-5 % CO2). Tomamos 500 µL del sobrenadante para
determinar insulina por RIA.
Procesamiento estadístico de los datos
Procesamos los resultados según el test no paramétrico
de suma de rangos para 2 grupos de Wilconxon, mediante el programa de Sofware
Microsta (Ecosoft, Inc, 1984), con un nivel de significación p <
0,05.
Resultados
Los niveles de testosterona plasmáticos en nmol/L fueron de 3,14
± 1,41 para las ratas controles, 0,71 ± 0,16 para el grupo
de ratas castradas (1 sem después de la castración) y 14,75
± 3,26 para el grupo de ratas castradas y tratadas con testosterona
(48 h después del tratamiento). El nivel de testosterona circulante
en el grupo de ratas castradas es casi 5 veces menor que en los controles,
mientras que en el grupo de ratas tratadas es casi 5 veces mayor que en
los controles, lo que caracteriza estados de hipoandrogenismo e hiperandrogenismo,
respectivamente.
El comportamiento de la glucemia y la insulinemia durante la PTG en
el grupo de ratas castradas se muestra en las figuras 1 y 2. Este grupo
mantiene los niveles plasmáticos de glucosa de forma similar al
grupo control (para la diferencia de áreas bajo la curva p > 0,05),
con valores de insulina significativamente inferiores al grupo control
(p < 0,05 para la diferencia de áreas bajo la curva).
FIG. 1. Efecto de la castración sobre la glucemia durante la
PTG, p > 0,5 para la diferencia de áreas bajo las curvas.
FIG. 2. Efecto de la castración sobre la insulinemia durante
la PTG, p < 0,05 para la diferencia de áreas bajo las curvas.
Los valores de la glucemia y la insulinemia del grupo de ratas tratadas
con testosterona 1 sem después de castradas se muestran en las figuras
3 y 4. En este grupo de ratas hiperandrogenizadas, se observa una marcada
hiperinsulinemia (p < 0,001) con aumento de los valores de glucemia
(p < 0,05), fundamentalmente en la primera media hora de la PTG.
FIG. 3. Efecto del tratamiento con testosterona sobre la glucemia, durante
la PTG, p < 0,05 para la diferencia de áreas bajo las curvas.
FIG. 4. Efecto del tratamiento con testosterona sobre la insulinemia
durante la PTG, p < 0,001 para la diferencia de áreas bajo las
curvas.
En la figura 5 se muestran los resultados del estudio in vitro
de la capacidad de secreción de insulina de los islotes de Langerhans.
Los islotes de las ratas castradas (hipoandrogénicas) tuvieron un
comportamiento similar al de las ratas controles para todas las concentraciones
estimulatorias de glucosa utilizadas. Sin embargo, en el grupo de ratas
tratadas con testosterona (hiperandrogenizadas) existe un marcado aumento
de la secreción de insulina cuando estimulamos los islotes con concentraciones
de glucosa subumbral ([glucosa] = 1,65 mmol/L, p < 0,001) y ligeramente
supraumbral ([glucosa]= 9,9 mmol/L, p < 0,01). En este mismo grupo de
ratas, sin embargo, se observa que a concentraciones estimulatorias de
glucosa de 18,2 y 34,9 mmol/L, se produce una disminución de la
secreción de insulina por los islotes, que llega a ser menor que
la del grupo control a concentración de glucosa de 34,9 mmol/L (p
< 0,001).
FIG. 5. Efecto de la castración y el tratamiento con testosterona
sobre la secreción de insulina de los islotes de Langerhans. (ns
- diferencia estadísticamente no significativa, *(p < 0,05, **
p < 0,01).
Discusión
Es conocido que en las ratas, la secreción de esteroides sexuales
procede exclusivamente de las gónadas. De esta forma, con la castración
logramos tener un grupo de ratas hipoandrogénicas y con el tratamiento
con testosterona (5 mg) logramos establecer un grupo de ratas hiperandrogenizadas
(al menos en las 48 h posteriores al mismo) que nos permitió estudiar
el efecto de los niveles de andrógenos en la insulinemia, la glucemia
y la secreción de insulina.
El comportamiento de las curvas de glucemia y de insulinemia durante
la PTG de las ratas castradas (figs. 1 y 2) muestra una disminución
de los requerimientos de insulina para el control de la glucemia, lo cual
indica un aumento de la sensibilidad a la insulina de los tejidos periféricos
asociado al hipoandrogenismo. La capacidad de secreción de insulina
de los islotes de Langerhans en este grupo de ratas es similar al de las
ratas controles (fig. 5), lo cual refuerza la idea de que la disminución
de los valores de la insulinemia en este grupo de ratas hipoandrogénicas
no se debe a una disminución de la capacidad secretora, sino a un
aumento de la sensibilidad de la insulina.
Las ratas hiperandrogenizadas por el contrario, desarrollan una insulinorresistencia
caracterizada por hiperinsulinemia (p < 0,001) (figs. 3 y 4). Resulta
interesante que la capacidad de secreción de insulina de los islotes
de estas ratas hiperandrogenizadas esté aumentada a concentraciones
estimulatorias de glucosa cercanas al rango fisiológico (fig. 5),
lo cual pudiera ser uno de los mecanismos de que se valen para mantener
la hiperinsulinemia que necesitan para lograr el control glucémico.
No está claro si el aumento de la capacidad de secreción
de insulina de los islotes está mediada por la acción directa
sobre el páncreas de los altos niveles de andrógenos circulantes,
o si es a consecuencia de mecanismos más complejos derivados de
la insulinorresistencia como tal.
La disminución de la respuesta secretora de los islotes pancreáticos
a altas concentraciones de glucosa (18,2 y 34,9 mmol/L) o glucotoxicidad,
ha sido descrita por otros autores en diferentes estudios,19,20
podría ser que el hiperandrogenismo causara indirectamente un incremento
de dicha glucotoxicidad de las células beta del páncreas.
Este modelo experimental de ratas hiperandrogenizadas muestra una asociación
causal entre el hiperandrogenismo y la hiperinsulinemia y podría
tener utilidad para el estudio, a más largo plazo, de los mecanismos
involucrados en la aparición de la insulinorresistencia.
Summary
The effect of castration and of an overdose of heptanoate of testosterona
on the modifications of glycaemia and insulinemia was studied in vivo
during a glucose tolerance test conducted among adult male rats. The capacity
of these hypoandrogenic and hyperandrogenic rats to secrete insulin stimulated
by glucose of the islets of Langerhans was analyzed in vitro. It
was considered that castration led to an increase of sensitivity to insulin
without deteriorating the capacity of the islets for secreting insulin.
However, it was demonstrated that hyperandrogenization was associated with
the development of an insulin resistance characterized by hyperinsulinemia.
It was also observed a rise of the capacity for secreting insulin in these
hyperandrogenic rats.
Subject headings: BLOOD GLUCOSE/analysis; INSULIN/analysis; INSULIN/
secretion; ISLETS OF LANGERHANS/secretion; TESTOSTERONE/pharmacology; RATS,
WISTAR; GLUCOSE TOLERANCE TEST
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Recibido: 18 de enero de 1999. Aprobado: 25 de marzo de 1999.
Lic. Aimée Álvarez Álvarez. Instituto Nacional
de Endocrinología. Zapata y D. El Vedado, Ciudad de la Habana, Cuba.
CP 10400.
1Licenciada en Bioquímica. Investadora
Agregada.
2 Licenciado en Bioquímica. Aspirante a Investigador.
3 Médico Veterinario. Responsable del Vivario.
4 Doctor en Ciencias Médicas. Investigador. Profesor
Titular.