La anemia de hematíes falciformes: Investigaciones para el diagnóstico y tratamiento

Eloy Daniel Álvarez Guerra.
Dr. en Ciencias Médicas
Adolfo Fernández García
Dr. en Ciencias Biológicas
Centro de Biofísica Médica
Email:edad@cbm.uo.edu.cu

Resumen

Se hace una valoración de los eventos patofisiológicos y las implicaciones de las investigaciones que se realizan en el Centro de Biofísica Médica, en relación con la anemia de hematíes falciformes. Se describe de manera global el impacto de estas investigaciones.
Palabras claves: Anemia de hematíes falciformes, sicklemia, crisis vasooclusiva, tratamiento, diagnóstico, espectroscopia de resonancia magnética nuclear, relajación magnética nuclear.

Abstract

A brief presentation of the pathophysiological events in sickle cell disease and research areas in the subject in the Centre of Medical Biophysics in Santiago is presented. Impact and goals of that research lines are described.
Key words: Sickle cell anemia, vasooclussive crisis, treatment, diagnosis, magnetic resonance spectroscopy, magnetic resonance relaxation.

Introducción

La anemia de hematíes falciformes, anemia drepanocítica o sicklemia - término, éste último, con el cual se le conoce más popularmente - es una anemia hemolítica que cursa con cuadros dolorosos recurrentes, de intensidad variable, producidos por eventos de oclusión vascular diseminados en diferentes órganos. La enfermedad se origina a partir de la mutación del ADN en el sexto codón del cluster de la -globina que codifica la cadena  de la hemoglobina. Es, en consecuencia, una enfermedad de transmisión hereditaria. La anemia de hematíes falciformes es una enfermedad conocida formalmente desde 1910, fecha en que se describe el cuadro clínico de un paciente de Antigua, en el Caribe Insular, caracterizado por anemia marcada y episodios recurrentes de dolor. La denominación surge del hallazgo de eritrocitos alterados morfológicamente en frotis de sangre, vistos al microscopio; es la traducción de la frase nominal inglesa "Sickle cell anemia" (ver figura 1).

Figura 1. La sustitución de una base en el sexto codón del gen de la -globina es el defecto primario de la Anemia de hematíes falciformes. La figura muestra los dos eventos más importantes derivados de este hecho. La polimerización de la hemoglobina y la deformación del glóbulo rojo, proceso denominado "sickling".

Reportes de la OMS señalan que los portadores del rasgo S presentan una tasa cercana al 2%, pero esta es del 15% en África (1). La enfermedad está ampliamente difundida por Latinoamérica, en especial, el Caribe Insular y países como Colombia y Venezuela, incluyendo Brasil; se extiende por el Mediterráneo y es tan endémica en África como lo es la malaria, con la que comparte las zonas de distribución geográfica. De hecho, la teoría prevaleciente acepta que la mutación responsable de la dolencia puede ser la respuesta evolutiva a la presión ejercida por la malaria, al conferir a los eritrocitos protección natural a la infección con el Plasmodium, agente etiológico de esta enfermedad (2). La anemia de hematíes falciformes afecta una parte importante de la población afronorteamericana en los EUA; y diversos países donde la enfermedad era desconocida, reportan cifras elevadas de portadores debido a las olas migratorias, especialmente en Europa (3). En Cuba, la prevalencia de portadores es cercana al 3%, siendo un poco mayor en las provincias orientales al sobrepasar el 5% (4). Expertos en la OMS han definido las hemoglobinopatías como un problema de salud en crecimiento (5). El presente trabajo hace una valoración de los principales elementos de la fisiopatología y las opciones terapéuticas y diagnósticas disponibles, así como, el enfoque que llevan las investigaciones en nuestras instituciones y a nivel internacional para incrementar la calidad de vida de estos pacientes. No se pretende un análisis exhaustivo del tema, sino una valoración integral de los principales caminos y tendencias que marcan las investigaciones en la anemia de hematíes falciformes.

Metodología

Patofisiología y diagnóstico evolutivo. La existencia de una hemoglobina anormal, conocida como hemoglobina S, es el defecto principal de la anemia de hematíes falciformes. La modificación del entorno químico que existe en esta molécula, favorece la polimerización de la misma en condiciones de desoxigenación y la formación de grandes dominios intracelulares, dentro de los cuales las hemoglobinas agregadas no participan, de manera eficiente, del proceso de transporte de oxígeno. Diversos factores favorecen la polimerización, entre ellos, la temperatura, el pH, la concentración iónica, la concentración de oxígeno y de hemoglobinas S y F (6). Este último parámetro se considera el de mayor influencia, pues pequeñas variaciones en la concentración de la hemoglobina provocan grandes cambios en la concentración de polímeros. Los mecanismos de la polimerización han sido descritos por Eaton y Hofrichther (6). Las consecuencias de este proceso hay que evaluarlas en términos bioquímicos y fisiológicos. La célula roja exhibe, en estas condiciones, un acortamiento del tiempo de vida medio y los procesos de envejecimiento y destrucción en el sistema reticuloendotelial están incrementados. El resultado directo de este fenómeno es la anemia marcada que presentan los pacientes (3). La crisis vasooclusiva es el evento agudo de mayor impacto. El fenómeno vasooclusivo se invoca como la causa de la mayoría de las complicaciones que afectan al enfermo y está caracterizada por la existencia de episodios dolorosos de intensidad y duración variable (3, 7). La interrupción del flujo sanguíneo se produce por el atascamiento de células rojas en los vasos sanguíneos, estas células pueden ser células envejecidas, deshidratadas, con escasa flexibilidad, denominadas células irreversiblemente sickleadas, o células jóvenes deshidratadas y con capacidad para adherirse a los vasos sanguíneos, obstruyendo el flujo libre de la sangre y, en consecuencia, produciendo zonas, más o menos extensas, de hipoxia (8). La polimerización no explica, por sí sola, la diversidad de alteraciones bioquímicas y fisiológicas encontradas en estos pacientes. El fondo genético de cada ser humano y las condiciones ambientales, determinan las particularidades del cuadro clínico en el individuo. Lo más importante es que esta variabilidad genética condiciona una gran diversidad de cuadros clínicos y formas de expresión de la enfermedad. La patofisiología del proceso oclusivo está modulada sistémicamente por un gran número de procesos fisiológicos y la variabilidad individual no depende, exclusivamente, de los genes relacionados con la hemoglobina sino de todos los efectores involucrados en la hematopoyesis y en las particularidades anatómicas y funcionales de cada individuo.

El diagnóstico de la anemia de hematíes falciformes se realiza tradicionalmente por el cuadro clínico y se confirma con el estudio de electroforesis de hemoglobina en el que aparece la banda característica de la hemoglobina S. Los estudios de hematología aportan poco, excepto por la anemia marcada y los signos de infección que modifican el diferencial leucocitario. En la década del 90, diversos grupos de investigación demostraron la existencia de modificaciones genéticas relacionadas con severidad de la enfermedad en determinados grupos humanos (9, 10, 3, 7). Estas variaciones se conocen como haplotipos y se relacionan, básicamente, con la expresión de la hemoglobina fetal. Se han estudiado con intensidad en el extranjero y en nuestro país, con el propósito de demostrar la utilidad de este parámetro como un indicador de severidad (7, 9). Sin embargo, todo intento de establecer en bases individuales indicadores de severidad a partir de los haplotipos ha perdido interés. De igual forma, la existencia de una fracción de células jóvenes deshidratadas, conocidas como células densas, fue investigado por su potencial como indicador de la crisis vasooclusiva (8). De igual forma, aunque se puede comprobar determinada relación entre el evento vasooclusivo y las células densas, diversos factores hacen poco útil el parámetro como indicador pronóstico de la crisis, entre ellos, el secuestro de estas células en bazo y sistema endotelial, la competencia que se establece con otras células potencialmente adhesivas (reticulocitos no deshidratados) de fracciones menos densas que participan de igual forma en el proceso oclusivo (7, 8). Numerosas tecnologías se han propuesto para evaluar las manifestaciones vasooclusivas en el enfermo (11); una particularmente prometedora es la resonancia magnética nuclear.

El Centro de Biofísica Médica ha desarrollado tecnologías y aplicaciones de la resonancia magnética nuclear desde finales de la década de los ochenta. Utilizando las potencialidades de la relajación magnética nuclear, el grupo de investigaciones de la sicklemia ha estudiado el proceso de polimerización de la hemoglobina S. Estas investigaciones han diversificado el estudio de la enfermedad en cuanto a los mecanismos de la polimerización y la obtención de parámetros fisiológicos y bioquímicos, con utilidad clínica. Un aporte importante ha sido la explicación de los mecanismos físicos que determinan la relajación magnética en la polimerización de la hemoglobina S (12), de particular importancia para desarrollar procedimientos diagnósticos basados en estas técnicas. Otra investigación notable es la descripción del comportamiento de la cinética de la polimerización en estado basal - paciente libre de sintomatología clínica - y en el estado de crisis vasooclusiva (13). Estos estudios han permitido comprobar que algunos parámetros cinéticos, estudiados mediante relajación magnética nuclear, como el tiempo de demora, se acortan cuando el paciente está en crisis y establece un potencial diagnóstico y predictivo para este indicador. El impacto directo es el desarrollo de una metodología para la caracterización de la crisis vasooclusiva y la posibilidad de contar con un parámetro objetivo de diagnóstico que se correlaciona con el evento oclusivo.

Otra de las áreas de estudio en el Centro de Biofísica Médica ha sido la espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Esta se ha utilizado para el estudio de las fuentes experimentales de variación de los espectros de resonancia magnética nuclear (14, 15, 16). También ha permitido confirmar las diferencias metabólicas entre los individuos sanos y los enfermos (17, 18). Estos estudios, utilizando enfoques avanzados de reconocimiento de patrones, han identificado las fuentes metabólicas de variación entre diferentes estados del enfermo, sobre bases individuales (estado basal y crisis vasooclusiva). Su importancia radica en la capacidad de anticipar modelos bioquímicos que permitan el seguimiento evolutivo de los enfermos y prever medidas terapéuticas que impidan el daño celular en órganos importantes como hígado, riñón y cerebro. (ver figura 2).

Figura 2. Ejemplo de análisis multidimensional del espectro de resonancia magnética nuclear. Cada punto representa un individuo. Las líneas representan diferentes modelos matemáticos que permiten establecer el espacio de separación entre un individuo control y uno enfermo. De esta forma pueden encontrarse las variables que determinan las diferencias metabólicas entre individuos.

Alternativas para el tratamiento

Hasta hace muy poco, el tratamiento disponible ha sido, básicamente, sintomático. Obviamente, la restitución de la hemoglobina A, es decir, la corrección del defecto genético es la única solución para la enfermedad. Sin embargo, un tratamiento correctivo de terapia génica es, todavía, una solución muy lejana. El transplante de médula ósea sólo ha sido considerado en aquellos casos muy graves, sobre todo en niños, donde puede considerarse una solución definitiva, a pesar de los riesgos que todavía entraña (19).

Del arsenal terapéutico existente, la hidroxiurea es el único medicamento que ha demostrado cierto éxito en el tratamiento de la enfermedad, al reducir la frecuencia de las crisis vasooclusivas en los estudios realizados (20) y ser avalado por la FDA. Este medicamento ha sido probado con resultados similares por los especialistas del Instituto de Hematología e Inmunología en Ciudad Habana. Tomer y colaboradores han señalado la reducción en el número de crisis al suplementar a los pacientes con ácidos grasos insaturados omega-3 (21). La relevancia de este hallazgo es que se trata de un producto natural de alto valor en la dieta y, por tanto, el tratamiento podría recomendarse como una suplementación de ácidos grasos insaturados, sin embargo, sus fuentes de origen son de difícil acceso para una gran parte de la población afectada. El desarrollo de fármacos para la anemia de hematíes falciformes tiene un área de expansión importante en aquellos compuestos que impiden la deshidratación del glóbulo rojo (22). Numerosos compuestos con capacidad para inhibir canales iónicos de manera selectiva han sido ensayados. Un grupo importante de compuestos con potencial como candidatos medicamentosos son los denominados agentes "antisickling". Estos basan su mecanismo de acción en la interferencia química del proceso de polimerización. La hidroxiurea, al incrementar la hemoglobina F, produce un efecto "antisickling" indirecto aunque el compuesto químico en sí no sea un agente "antisickling". El grupo incluye aquellos compuestos que son capaces de reaccionar con la hemoglobina, produciendo especies químicas transitorias que impiden estéricamente el proceso de polimerización. Particularmente prometedor en este sentido es el 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehido, componente esencial de la vainilla. El principal componente de este extracto, utilizado ampliamente en la industria de los alimentos, ha mostrado excelentes propiedades como agente "antisickling".

Investigaciones realizadas en el Centro de Biofísica Médica han demostrado que este compuesto exhibe un alto nivel de inhibición de la polimerización in vitro e in vivo (23). Las ventajas de este compuesto son su baja toxicidad, bajo costo y capacidad de suplementación como aditivo alimenticio. Sin embargo, hay que trabajar en la solución de algunos problemas asociados a las dosis necesarias para mantener el efecto fisiológico y la absorción del medicamento en el tracto gastrointestinal. En este último particular un enfoque innovador es el desarrollo de pro-drogas del compuesto que sean liberadas en el torrente sanguíneo, cerca del tejido donde se espera el efecto terapéutico (glóbulos rojos). Las técnicas de resonancia magnética han resultado particularmente útiles para estas investigaciones; fundamentalmente, el Giromag, relaxómetro de resonancia magnética. Mediante ensayos de interferencia de la polimerización ha sido posible comparar el efecto "antisickling" de diferentes compuestos y demostrar la efectividad del 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehido. El incremento del parámetro tiempo de demora en las curvas de cinética de la polimerización es el signo más importante (23) (ver figura 3). Actualmente, se completa el expediente de estudios preclínicos de un fármaco, basado en este compuesto que, una vez autorizado, pueda ser utilizado en la fase clínica para el tratamiento de los pacientes con anemia de hematíes falciformes.

Figura 3. Experimento de inhibición de la polimerización utilizando el 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehido. La curva roja representa la polimerización medida por relajación magnética nuclear en un individuo sin tratamiento y la verde el mismo individuo sometido a tratamiento. Nótese el incremento del tiempo inicial que implica mayor lentitud en el inicio del proceso de polimerización.

Conclusiones:

La anemia de hematíes falciformes es un problema de salud a escala mundial, ha sido extensamente estudiado desde el punto de vista científico, pero con un alcance limitado en cuanto a las opciones diagnósticas y terapéuticas. En la última década, la hidroxiurea se ha convertido en la mejor opción para la inhibición de las crisis vasooclusivas, sin embargo, este medicamento no está exento de riesgos. Las áreas en desarrollo propuestas en el Centro de Biofísica Médica representan una alternativa viable para el seguimiento y tratamiento de la anemia de hematíes falciformes, aunque requieren más investigaciones que apuntalen la aspiración de una mejor calidad de vida de estos pacientes.

Glosario:

ADN… Acido desoxiribonucleico; OMS… Organización Mundial de la Salud; FDA… Administración Federal de Alimentos y Medicamentos de los EE.UU.

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