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Revista médica de Chile

Print version ISSN 0034-9887

Rev. méd. Chile vol.145 no.2 Santiago Feb. 2017

http://dx.doi.org/10.4067/S0034-98872017000200011 

ARTÍCULO ESPECIAL

 

Para entender la acción de cortisol en inflamación aguda: una mirada desde la glándula suprarrenal hasta la célula blanco

Understanding cortisol action in acute inflammation. A view from the adrenal gland to the target cell

 

Julia Guerrero1,2,a

1 Laboratorio de Inmunomodulación Neuroendocrina del Programa Disciplinario de Fisiología y Biofísica. Instituto de Ciencias Biomédicas. Facultad de Medicina. Universidad de Chile. Santiago, Chile.
2 Unidad de Cuidados Intensivos Adultos. Clínica Alemana de Santiago. Santiago, Chile
a PhD.

Correspondencia a:


Glucocorticoids (cortisol in humans) are essential for numerous biological functions. Among critically ill patients, therapy with cortisol has gained strength in recent years, but clinical results have been mixed. A series of events, that may explain the diversity of clinical responses, occur from the synthesis of cortisol in the adrenal gland to the activation of the cortisol receptor by the hormone when it enters the nucleus of the target cell. Some of these events are revised; a proposition for identifying critically ill patients who may benefit with this therapy is suggested.

Key words: Adrenal Insufficiency; Critical Care; Hydrocortisone; Receptor, Glucocorticoid.


 

A comienzos del siglo XX, experimentos en animales adrenalectomizados desafiados a infección o shock hemorrágico demostraron incremento de la mortalidad1-3. Estos resultados permitieron establecer la relevancia de los corticoesteroides(CE) en los resultados clínicos de enfermedades críticas. Los CE son hormonas esteroidales generadas por la glándula suprarrenal e incluyen, en humanos, glucocorticoides (GC) y mineralocorticoides (MC), cortisol y aldosterona, respectivamente. El concepto de suficiencia de la glándula suprarrenal frente al estrés agudo hace referencia a la suficiente respuesta de cortisol e incluye una serie de eventos biológicos relevantes, tales como síntesis y secreción, transporte hasta el tejido blanco y acción celular. En el presente artículo revisaremos antecedentes que permitirán una mejor comprensión de la acción de cortisol en estrés agudo, como el observado en enfermedades críticas, donde la prescripción de GC pasó desde el uso de dosis elevadas para controlar la respuesta inflamatoria sistémica, lo que trajo consigo numerosas complicaciones secundarias y su posterior abandono, hasta el resurgimiento a fines de la década 1990-99 con la meta clínica de compensar la inestabilidad circulatoria. Además, nos ayudará a comprender la complejidad y variabilidad de las respuestas clínicas, muy especialmente en el ambiente de los pacientes críticos, donde los resultados han sido diversos, a la fecha, no existe un consenso en relación a la prescripción de GC4-6 y, probablemente, está condicionado, en parte, porque los enfermos críticos son una población heterogénea de situaciones médicas diversas.

Eje hipotalamo-hipofisis-suprarrenal

Los trabajos iniciales de Hans Seyle7 permitieron comprender que ante una injuria los organismos desarrollan una reacción de alarma. Esta se caracteriza por manifestaciones neuroendocrinas estereotipadas que el autor denominó respuesta adaptativa no específica. Sus resultados experimentales demostraron que las glándulas suprarrenales aumentaban de tamaño con descarga de lípidos y pérdida de la cromafinidad de la médula suprarrenal, lo que hizo sostener el rol central de GC y catecolaminas7, demostrando por primera vez el rol fundamental del eje hipófisis-corteza suprarrenal en esta respuesta. Este planteamiento puso en duda el concepto “fight or flight response” acuñado por WB Cannon8 y aceptado en la época. Estudios posteriores de Seyle permitieron el desarrollo de la primera clasificación racional de las hormonas esteroidales9,10 y el reconocimiento de acciones anti y proinflamatorias de GC y MC en modelos animales11,12.

En el “síndrome general de adaptación”, la secreción de GC constituye la fase efectora de la unidad funcional hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA). La secreción de cortisol es controlada por el sistema nervioso central, específicamente por neuronas del núcleo paraventricular del hipotálamo, que sintetizan y secretan hormona liberadora de corticotropina (CRH, corticotropin releasing hormone) al sistema portal hipofisiario; CRH alcanza neuronas del lóbulo anterior de la hipófisis y las estimula para sintetizar y secretar ACTH (adrenocorticotropic hormone) que por vía sanguínea sistémica estimula las células de la corteza suprarrenal, que responden con síntesis y liberación de GC a la circulación sistémica.

Las hormonas esteroidales no son almacenadas en el sitio de producción, por lo que su secreción es regulada por la tasa de síntesis. El paso limitante en la síntesis de cortisol es la conversión de colesterol a pregnenolona, reacción catalizada por citocromo P450scc (CYP11A1 o cholesterol side-chain cleavage enzyme). La velocidad de esta reacción depende de la disponibilidad de los componentes en la matriz mitocondrial.

El cortisol regula su propia producción por un mecanismo de retroalimentación negativa. Por vía sanguínea sistémica, el cortisol alcanza el hipotálamo e hipófisis, donde regula en forma negativa la secreción de CRH y ACTH, respectivamente (Figura 1). Por otra parte, la secreción de cortisol presenta variaciones diurnas, esto es, existe una producción máxima de cortisol en las mañanas y la razón exacta de este “ritmo diurno” de cortisol no se conoce con exactitud13.

 

Figura 1. Eje Hipotalamo-Hipofisis-Adrenal y regulación por cortisol. (+) indica
estimulación y (-) indica inhibición.

 

Cortisol

La corteza suprarrenal sintetiza dos clases de esteroides: corticoesteroides (GC y MC) con 21 átomos de carbono, y andrógenos, con 1914. Las acciones biológicas del cortisol son múltiples, comprometen virtualmente a todo el organismo y a varios mecanismos homeostáticos. Las acciones primarias mejor conocidas son metabólicas, pero las acciones fisiológicas también incluyen la función renal y regulación del transporte de iones, sistemas cardiovascular y mantenimiento del tono y permeabilidad vascular, función inmune y acciones en el sistema nervioso central15.

El cortisol es una molécula lipídica. Su paso por vía sanguínea requiere una proteína transportadora. El transportador clásico de cortisol es la globulina transportadora (GBP, globulin binding protein), también denominada transcortina. Esta es una alfa globulina de síntesis hepática y su síntesis está mediada por un factor de transcripción hepático y por estrógenos16,17. Aproximadamente, 15% del cortisol total utiliza albúmina como transportador, también de síntesis hepática18. Sólo una fracción menor del cortisol sanguíneo total se encuentra no unido a proteínas y es denominada fracción libre de cortisol (Figura 2)19,20.

Figura 2. Cortisol plasmático total y libre.

 

El cortisol unido a proteínas funciona como un reservorio circulante que mantiene la entrega de cortisol a los diferentes tejidos. Las concentraciones normales de cortisol plasmático promedio se estima en 375 nmol/L, valor que depende del horario en el que se cuantifique. Altas concentraciones de cortisol plasmático implican que los sitios de unión de la GBP están saturados, aumentando así la unión a albúmina y la fracción libre, donde ocurre el aumento más importante. El incremento de la fracción libre ha sido discutido especialmente en pacientes críticos con hipoproteinemia21,22.

Cuando el binomio cortisol-transportador alcanza el sitio blanco, la enzima elastasa, originada en los neutrófilos, tiene la función de clivar el loop central de GBP, liberando al cortisol transportado23, el que por su naturaleza lipídica, cruza libremente la membrana plasmática y accede al receptor presente en el citoplasma.

Receptor de glucocorticoides (GR)

La mayoría de las acciones de cortisol requieren de la unión de este a su receptor, denominado receptor de glucocorticoides (GR, glucocorticoid receptor) y de la translocación del binomio cortisol/GR al núcleo, donde cumple un importante rol en la regulación de genes (Figura 3). GR es una proteína que funciona como factor de transcripción activado por ligando. GR es un receptor nuclear que permanece en el citoplasma formando un complejo con varias proteínas chaperonas. Al unirse al ligando, ocurre un cambio conformacional en GR que le permite liberarse del complejo proteico, exponer el sitio de localización nuclear y traslocar al núcleo donde se une en forma de dímeros GRα/GRα, a sitios específicos del ADN, denominados elementos de respuesta a glucocorticoides (GRE, glucocorticoid response elements) y controlar la transcripción de genes (Figura 3). En general, los efectos metabólicos de cortisol son mediados por mecanismos de transactivación y los efectos antiinflamatorios son principalmente mediados por mecanismos de transrepresión.

 

Figura 3. Mecanismos de acción de cortisol y GRα. 1) GR unido al complejo multiproteico;
2) GR es ocupado por el cortisol y libera proteínas chaperonas; 3) dimerización de GR;
4) trans-activación; 5) cis-represión; 6) trans-represión.

 

GR está codificado en un único gen. Se han descrito varias isoformas de la proteína originadas algunas en el procesamiento (splicing) alternativo del ARN mensajero (mRNA) y otras en el inicio alternativo de traducción24-26. La isoforma más abundante es GRα, originada en el splicing alternativo y corresponde a 90% de los GR; está presente en todos los tejidos y es considerada el mediador primario de las acciones de los GC. El splicing alternativo también genera GRβ27,28, isoforma que no une cortisol y que, al formar dímeros con GRα, actúa como dominante negativo de éste. GRβ ha sido identificado en diversas células y tejidos, siempre en cuantía significativamente menor que GRα29. Se sabe que en situaciones inflamatorias, algunas citoquinas favorecen el incremento de GRβ, favoreciendo un menor efecto de los GC y por ello es señalado como un mecanismo de resistencia30.

Cuando existe un exceso de cortisol, como en el síndrome de Cushing, algunas manifestaciones clínicas, hipertensión arterial e hipokalemia, se parecen a las observadas en cuadros de exceso de MC. Las funciones de MC son mediados por el receptor de MC (MR, mineralocorticoid receptor), proteína intracelular que tiene un origen similar a GR. MR tiene alta afinidad por aldosterona y también por cortisol31-33. Como cortisol tiene una concentración plasmática 100 a 1.000 veces más alta que aldosterona, MR también puede ser activado por cortisol y la célula ha resuelto esto con el producto del gen 11βhsd2: la enzima11beta- hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo 2 (11βHSD2). Esta enzima cataliza en forma unidireccional la conversión de cortisol a cortisona, forma que es inactiva. 11βHSD2 es expresada predominantemente en tejidos donde actúan los MC (Figura 4)34.

 

Figura 4. Regulación intracelular de la biodisponibilidad Intracelular de cortisol.
GR es receptor de glucocorticoides; MR es receptor de mineralocorticoide;
11βHSD1 es 11β-hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo 1; 11βHSD2 es
11β-hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo 2.

 

Insuficiencia suprarrenal relativa

Se entiende por resistencia a cortisol a la incapacidad parcial o aparentemente generalizada de los glucocorticoides para mediar sus efectos. Esta condición está asociada con un incremento compensatorio de CRH y ACTH. La patogenia incluye, entre otros, mutaciones puntuales y/o microdeleciones del gen de GR y también alteración de la biodisponibilidad intracelular del GR35. Por otra parte, se sabe que la variabilidad individual de los efectos biológicos de cortisol puede ser explicada por variantes polimórficas del GR, las que modifican el fenotipo de sensibilidad a los GC36, estas no corresponden a mutaciones y existe numerosa discusión en relación a su relevancia clínica real.

Este concepto es diferente a insuficiencia suprarrenal relativa (ISR), el cual consiste en la inadecuada producción de cortisol respecto de las necesidades fisiológicas. Este término se ha utilizado con frecuencia, los últimos años, en Medicina Intensiva para referirse a la necesidad de suplementación de cortisol y los beneficios que significan37. En los pacientes críticos, la falta de reconocimiento de esta entidad, o su reconocimiento tardío, se asocia a mayor incidencia de shock resistente a terapia con fluidos y vasopresores y mayor mortalidad38-41. El diagnóstico de este trastorno suprarrenal funcional no es posible a partir de parámetros clínicos42 y actualmente se basa en la determinación sérica del cortisol total. La prueba de estimulación con ACTH es una valoración dinámica empleada en forma frecuente para este fin42, y consiste en la determinación de cortisol total antes y 60 min después de la administración intravenosa de 250 µg de cosyntropin. Aunque los criterios diagnósticos no se han consensuado, una respuesta baja a ACTH se considera diagnóstico de ISR36. También se propone el diagnóstico de ISR en ausencia de prueba de cosyntropin cuando los valores basales de cortisol total son tan bajos como < 9 o 15 µg/dL, según diferentes autores43,44. Fundado en ello, el grupo francés, liderado por Annane, presentó en el 2002 un estudio en pacientes sépticos, en quienes se realizó la prueba dinámica con cosyntripon y se administró tratamiento con hidrocortisona y fludricortisona por 7 días, observando una significativa reducción del riesgo de muerte, sin incremento de reacciones adversas en el grupo son ISR45. En el 2008, el CORTICUS Study group comunicó los resultados de su estudio multicéntrico, aleatorio, doble ciego y con control con placebo, demostrando que hidrocortisona no mejoró la supervivencia ni la reversión del shock en el total de pacientes incluidos, así como tampoco en los pacientes que no respondieron a cosyntropin46. Por tanto, si la terapia de sustitución con GC es o no beneficiosa en pacientes sépticos graves es un tema no resuelto. Es necesario hacer notar, además, que existe un grupo de pacientes críticos que en situaciones de estrés agudo elevan en forma importante los niveles séricos de cortisol y, pese a ello, presentan mayor mortalidad37. Es posible que estos pacientes presenten un estado de resistencia aguda a la acción de cortisol, condición que no ha sido estudiada y pudiera colaborar a la alta mortalidad observada.

Factores causales de respuesta suprarrenal alterada en estrés agudo

Los pacientes críticamente enfermos están enfrentados a situaciones que modifican la respuesta de la glándula suprarrenal, la interpretación de los resultados de laboratorio que buscan valorar su función en forma objetiva y la respuesta celular a esta hormona. Se sabe que estresores psíquicos y físicos convergen en la activación del eje HHA, lo cual incrementa la síntesis y secreción de cortisol47. En estos pacientes existen, además, condiciones asociadas a su situación crítica que pueden influir negativamente en las acciones de cortisol observadas en clínica.

Síntesis y secreción de cortisol

Pese a la existencia de función normal del eje HHA, la capacidad de síntesis de cortisol en estrés agudo puede estar disminuida por factores tales como el uso previo de corticoides sistémicos o inhalados48. También la exposición a algunos fármacos genera un efecto deletéreo en la síntesis de cortisol y entre ellos es necesario considerar el uso de ketoconazol49 y etomidato50-54, siendo especialmente este último un fármacos de uso frecuente en el ambiente de paciente crítico.

Cuantificación del cortisol circulante

En general, en clínica se utilizan los niveles plasmáticos de cortisol total. Se ha discutido ampliamente si deberíamos referirnos a la fracción libre de la hormona, dado que en situaciones de estrés agudo disminuye la síntesis de las proteínas transportadoras de cortisol, generando aumento de la fracción libre de la hormona (Figura 2)21,55-59. La cuantificación de cortisol libre constituye un procedimiento técnico laborioso y, con la finalidad de facilitar el trabajo clínico, autores han diseñado algunas estrategias alternativas para conocer su valor, ya sea por medio de la cuantificación del cortisol salival60 o calculando el índice de cortisol libre (FCI, free cortisol index ), aproximación que requiere la cuantificación de GBP o de albúmina61-63. Al momento, esta discusión no ha sido resuelta.

Biodisponibilidad celular de cortisol

Las acciones de cortisol dependen de la biodisponibilidad de éste en la célula. Un mecanismo que modifica su biodisponibilidad involucra a las enzimas reductasas y a las enzimas 11βHSD1 y 2 (Figura 4), las cuales regeneran y degradan cortisol, respectivamente64. Resultados de nuestro grupo de trabajo muestran que en un modelo celular, LPS reduce la expresión del mRNA de 11βHSD1 (dato no publicado) e induce la expresión del mRNA de 11βHSD265, tal como ha sido reportado para muestras de pulmón obtenidas de pacientes fallecidos por síndorme de distress respiratorio del adulto (ARDS)66. Otros autores demostraron reducción del mRNA de 11βHSD1 en tejido hepático y adiposo más disminución de la funcionalidad de 11βHSD267. La discrepancia con nuestros resultados podría ser explicado porque para valorar la expresión de 11βHSD1, estos autores estudiaron tejidos obtenido de pacientes fallecidos, mientras que la actividad de 11βHSD2 fue medido en forma indirecta, a través de cuantificación de la razón cortisona/cortisol urinario; esta última valoración pudo estar influida por la cinética de la enzima y la limitación de su actividad en presencia de alto niveles de cortisol. Además, estos mismo autores67 demostraron disminución de la cantidad de mRNA de α-reductasas y del mRNA, proteína y funcionalidad de β-reductasas hepáticas, como manifestación de otro mecanismo más involucrado en el incremento de cortisol plasmático en ausencia de estimulación central. Los resultados obtenidos del análisis de muestras obtenidas de pacientes fallecidos debe ser interpretado con precaución, porque tales hallazgos pudieran constituir una causa favorecedora del desenlace fatal.

Expresión del GR activo y miRNA

La disminución de la expresión de GRα, o la interferencia en su acción, constituyen mecanismos de resistencia a la acción de cortisol. Es decir, modificaciones de la relación GRα/GRβ por disminución del primero o incremento de GRβ, constituyen un mecanismo de resistencia a cortisol. Una forma de disminuir la expresión de GRα es mediada por microARN (miRNA). Los miRNA son pequeñas moléculas de ARN no codificante, que al aparearse en forma complementaria con secuencias del mRNA generan silenciamiento o represión de la información contenida en este último68. Ensayos in vitro utilizando cultivos primarios de linfocitos T de voluntarios sanos y de pacientes con sepsis, han demostrado presencia de un miRNA cuya expresión aumenta cuando las células son estimuladas69. La sobreexpresión de este miRNA se asoció con disminución del mRNA del GRα, sin modificar la expresión de GRβ69.

GRβ: isoforma dominante negativa

Como GRβ tiene efecto dominante negativo sobre GRβ, incrementos de su expresión generan resistencia a cortisol27,28. Nuestro grupo de trabajo demostró que pacientes críticos con shock séptico presentan incremento transitorio del contenido de GRβ en células inmunes, esto es mediado por un factor soluble presente en el suero, el que induce resistencia a dexametasona en células en cultivo70. Sabemos de la literatura que este incremento de GRβ es mediado por TNFα e IL-129. En nuestro grupo de trabajo, hemos demostrado también que LPS modifica la expresión de los GR (artículo en preparación) y hemos reportado que pacientes pediátricos con infección por virus respiratorio sincicial (VRS) presentan, en la fase aguda, incremento de la expresión de GRβ71. Proponemos que este efecto en la expresión de GRβ se relaciona con la activación de TLR4, receptor celular implicado en el reconocimiento de LPS y VRS72.

Propuesta

Luego de esta revisión, concordamos con que el término insuficiencia suprarrenal relativa no es adecuado en pacientes críticos para referirse a la suficiencia de función de cortisol. En 2009, P. Marik propuso el término CIRCI para referirse a la actividad inadecuada de los CE, alteración que incluye tanto niveles circulantes bajos de cortisol, así como resistencia celular73. La impresión personal y de otros74 es que la suplementación de cortisol debe ser individualizada y ajustada a metas biológicas, dado que la sensibilidad a cortisol varía de persona a persona. Entonces, propongo que la prescripción de CE sea ajustada a cada pacientes de acuerdo a una valoración como la siguiente:

- Identificar la suficiente disponibilidad sérica de cortisol cuantificando los valores de su forma libre, ya sea por método directo o por FCI. Este paso inicial es fundamental al momento de decidir la suplementación cuando un paciente presenta niveles bajos;

- Realizar una prueba de sensibilidad ex vivo. Existen antecedentes en otras áreas de la medicina que avalan este tipo de ensayos como herramienta útil para decidir esta terapia en forma individualizada75,76. Los genes target a valorar en esta prueba podrían incluir a relacionados con respuesta inflamatoria y hemodinámica, ambas metas clínicas relevantes;

- Cuantificar la expresión de GR para conocer la razón GRα/GRβ. Propongo realizar esta valoración en células inmunes mononucleares circulantes –no neutrófilos, porque estas presentan en forma nativa alta cantidad de GRβ77– dado que acceder a otro tipo de tejido implicaría la realización de una biopsia por método intervencional o quirúrgico, acción que podria agregar morbilidad a estos pacientes.

Agradecimientos: Agradezco a la Sra. Rosario Flores, asistente técnico del laboratorio de Inmunomodulación Neuroendocrina, por su invaluable labor en el desarrollo de los estudios experimentales realizados en el laboratorio y comentados en este artículo.

 

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Recibido el 30 de septiembre de 2016, aceptado el 29 de diciembre de 2016.

Financiamiento parcial: OAIC 29/04- Hospital Clínico Universidad de Chile.

Correspondencia a: Julia Guerrero
Av. Independencia 1027, Independencia, Santiago, Chile.
jguerrero@med.uchile.cl

 

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