Disfunción inmune en pacientes con diabetes mellitus (DM)

Resumen

Los pacientes con diabetes mellitus (DM) tienen infecciones con más frecuencia que aquellos sin DM. El curso de las infecciones también es más complicado en este grupo de pacientes. Una de las posibles causas de esta mayor prevalencia de infecciones son los defectos en la inmunidad. Además de algunas respuestas celulares disminuidas in vitro, no se han descrito alteraciones en la inmunidad adaptativa en pacientes diabéticos. En pacientes diabéticos se han descrito diferentes alteraciones (factor de complemento bajo 4, disminución de la respuesta de las citoquinas tras la estimulación) en la inmunidad innata humoral. Sin embargo, la relevancia clínica de estos hallazgos no está clara. En cuanto a la inmunidad celular innata, la mayoría de los estudios muestran una disminución de las funciones (quimiotaxis, fagocitosis, muerte) de las células polimorfonucleares diabéticas y de los monocitos/macrófagos diabéticos en comparación con las células de los controles. En general, una mejor regulación de la DM conduce a una mejora de estas funciones celulares. Además, algunos microorganismos se vuelven más virulentos en un ambiente con alto contenido de glucosa. Otro mecanismo que puede conducir al aumento de la prevalencia de infecciones en pacientes diabéticos es un aumento de la adherencia de los microorganismos a los diabéticos en comparación con las células no diabéticas. Esto se ha descrito para Candida albicans. Posiblemente la composición de carbohidratos del receptor juega un papel en este fenómeno.

1 Introducción

La incidencia de infecciones aumenta en pacientes con diabetes mellitus (DM) . Algunas de estas infecciones también tienen más probabilidades de tener un curso complicado en pacientes diabéticos que en pacientes no diabéticos . La cetoacidosis diabética, por ejemplo, se precipita o complica por una infección en el 75% de los casos. La tasa de mortalidad de los pacientes con infección y cetoacidosis es del 43% . En un estudio prospectivo de 101.293 pacientes adultos hospitalizados, se diagnosticaron 1.640 episodios de bacteriemia. De los 1000 pacientes hospitalizados estudiados, 2/3 de las bacteremias se encontraron en pacientes con DM en comparación con 1/3 en pacientes sin DM (P<0,001) . Surge entonces la pregunta de qué mecanismos patogénicos son responsables de esta alta tasa de infección en pacientes con DM. Las posibles causas incluyen defectos en la inmunidad, una mayor adherencia de microorganismos a las células diabéticas, la presencia de micro y macroangiopatía o neuropatía y el alto número de intervenciones médicas en este grupo de pacientes.

El sistema inmunitario se puede dividir en el sistema inmunitario innato y adaptativo-humoral o celular. En cuanto a la inmunidad adaptativa humoral, las concentraciones de anticuerpos séricos en pacientes con DM son normales y responden a la vacunación con vacuna antineumocócica, así como a controles no diabéticos . Además, no se han observado diferencias en la respuesta inmunitaria a la vacuna intramuscular contra la hepatitis B entre los niños con DM tipo 1 y los controles . En cuanto a la inmunidad celular adaptativa, se ha observado inhibición de la respuesta proliferativa a diferentes estímulos en los linfocitos de diabéticos con enfermedad mal controlada . También se ha descrito una reacción de hipersensibilidad de tipo retardado anormal (inmunidad mediada por células) en pacientes con DM tipo 1 y tipo 2 . Sin embargo, los pacientes con DM no presentan neumonía por Pneumocystis carinii ni infecciones micobacterianas (como se observa en pacientes con disfunciones de la inmunidad celular adaptativa, como los pacientes infectados por el virus de la inmunodeficiencia humana) con más frecuencia que los pacientes sin DM. Por lo tanto, la pregunta sigue siendo cuán importantes son estas perturbaciones in vitro in vivo.

Considerando lo anterior, parece que las diferencias en la inmunidad innata entre pacientes diabéticos y no diabéticos y en la adherencia de microorganismos a células diabéticas y no diabéticas son más importantes en la patogénesis del aumento de la prevalencia de infecciones en estos pacientes. Los estudios sobre estos dos temas se revisan en este artículo.

2 Defectos en la inmunidad innata

2,1 Inmunidad innata humoral

2,1.1 Función del complemento

En un estudio de 86 pacientes con DM tipo 1, 22 (26%) tenían una concentración sérica del factor 4 del complemento (C4) por debajo del rango normal . Los bajos valores de C4 no parecían ser el resultado del consumo. Dado que los gemelos idénticos no diabéticos también tenían una concentración de C4 por debajo de lo normal, y los genes que codifican C4 están vinculados con los antígenos DR3 y DR4 (que se expresan en el 95% de los pacientes diabéticos caucásicos en contraste con el 40% de la población general ), los autores sugieren que esta reducción de C4 puede ser un fenómeno hereditario . Sin embargo, una deficiencia aislada de C4 no es un factor de riesgo conocido para infecciones en pacientes no diabéticos y, por lo tanto, parece no jugar un papel importante en el aumento del riesgo de infecciones en pacientes con DM.

2.1.2 Citocinas

Los estudios con sangre entera, células mononucleares de sangre periférica (PBMC) y monocitos aislados de diabéticos deben dividirse en estudios con y sin estimulación. Se han estudiado las concentraciones del factor de necrosis tumoral a (TNF-α) en pacientes con DM tipo 1 , las concentraciones de interleucina (IL) 6 en pacientes con DM tipo 2 y las concentraciones de IL-8 en pacientes con DM tipo 1 y 2. Se encontraron valores elevados de TNF-α, IL-6 e IL-8 en reposo en pacientes diabéticos en comparación con los controles no diabéticos.

Los estudios con PBMC y monocitos aislados de pacientes diabéticos después de la estimulación muestran los siguientes resultados: en un estudio, la secreción de IL-1 de PBMC en respuesta a lipopolisacáridos (LPS) se redujo en PBMC diabéticos (tipo 1 y 2), mientras que la respuesta de TNF-α fue la misma que en las células de control. En otro estudio, los monocitos de pacientes con DM tipo 1 mostraron una producción significativamente menor de IL-1 e IL-6, pero de nuevo no se midieron diferencias en las concentraciones de TNF-α, después de la estimulación con LPS, en comparación con los monocitos de pacientes con DM tipo 2 y controles no diabéticos . Posiblemente la mayor parte del TNF-α ya desapareció después del período de incubación de 24 h . Ni la glucosa ni la insulina mostraron ningún efecto en la producción de IL-1 o IL-6 en monocitos aislados, por lo que la disminución de la producción después de la estimulación con LPS parecía un defecto celular intrínseco de las células diabéticas. Es posible que el elevado valor de reposo de las células diabéticas lleve a la inducción de tolerancia a la estimulación, lo que resulta en secreciones de citoquinas más bajas después de la estimulación. Este fenómeno ya se ha descrito en células no diabéticas .

Los estudios de excreción de citoquinas por PBMC de pacientes no diabéticos tras la adición de diferentes concentraciones de glucosa han mostrado resultados comparables a los de los estudios con células diabéticas. Un estudio mostró que después de la adición de diferentes concentraciones de glucosa, los monocitos no estimulados de medicamentos no diabéticos mostraron un aumento de la respuesta de TNF-α e IL-6. Otro estudio mostró que, después de la estimulación con mitógenos, se encontraron concentraciones más bajas de IL-2, IL-6 e IL-10 después de la adición de glucosa (con un efecto dosis-respuesta). Posiblemente, la inducción de tolerancia, descrita anteriormente, también puede explicar estos resultados. En otras palabras, la presencia de glucosa conduce a una mayor producción de citoquinas en reposo; sin embargo, después de la estimulación, esta producción de citoquinas se ve afectada en comparación con la situación sin glucosa. Otra sustancia que puede desempeñar un papel en el aumento de la secreción de citocinas basales son los productos finales de glicación avanzada (AGEs, que son productos de residuos de glucosa y lisina o arginina). En pacientes diabéticos mal regulados se produce un aumento de la formación de edades . Diferentes estudios han demostrado que la unión de estas edades a células no diabéticas, sin estimulación, conduce a un aumento de la producción de citoquinas , por lo que parece que el aumento de la formación de estas edades en los diabéticos puede ser responsable del aumento de la secreción de citoquinas basales.

2.1.3 Hiperglucemia / glucosuria

Siguiendo los criterios de la OMS de 1985, la DM se define como una concentración de glucosa en ayunas de al menos 7,8 mmol l−1 o una concentración de glucosa de 2 horas de 11,1 mmol l-1 o superior . Como resultado de esto, los pacientes con DM (también con medicamentos) a menudo tienen hiperglucemia. Este ambiente hiperglucémico puede aumentar la virulencia de ciertos microorganismos. Un ejemplo es Candida albicans, que expresa una proteína de superficie que tiene una gran homología con el receptor del factor de complemento 3b (CR3). Normalmente, la opsonización de microorganismos tiene lugar mediante la unión del factor de complemento 3b (C3b). Los receptores en las células fagocitantes reconocen este C3b unido y se adhieren, iniciando así la ingestión y la matanza. En un entorno hiperglucémico, la expresión de la proteína similar al receptor de C. albicans está aumentado, lo que resulta en la unión competitiva y la inhibición de la fagocitosis mediada por el complemento . Otro ejemplo es la presencia de glucosuria, como se encuentra en pacientes mal regulados. Demostramos que la glucosuria mejora el crecimiento bacteriano de diferentes cepas de Escherichia coli, lo que probablemente juega un papel en el aumento de la incidencia de infecciones del tracto urinario en pacientes diabéticos.

Así que parecía que una regulación óptima de la diabetes puede disminuir la virulencia de algunos microorganismos patógenos.

2.1.4 Otros factores séricos

Las pruebas in vitro que analizan las funciones de las células polimorfonucleares no diabéticas (PMNs) se llevan a cabo incubando estas células con plasma derivado de pacientes con DM. Estos defectos no están correlacionados con la cantidad de glucosa presente en el plasma . Un ejemplo es el aumento de la adherencia de los PMNs de pacientes no diabéticos al endotelio aórtico bovino en presencia de plasma diabético . Este aumento de la adherencia probablemente conduce a una disminución de la diapedesis y la formación exudada de PMNs . Surge la pregunta de qué factor en el suero para diabéticos es responsable de la diferencia mencionada anteriormente. Se ha sugerido que las edades juegan un papel. Dado que la formación de edades aumenta en pacientes mal regulados, parecía que una regulación óptima de la diabetes posiblemente puede mejorar la respuesta del huésped.

Otra sustancia frecuentemente mencionada en la patogénesis de infecciones en pacientes diabéticos es el zinc. Se han notificado niveles plasmáticos bajos de zinc en pacientes con DM tipo 1 y tipo 2 . Sin embargo, en otro estudio no se encontraron diferencias en los niveles de zinc entre sujetos diabéticos y no diabéticos . Los estudios in vitro describieron una respuesta de linfocitos alterada y depresión de la quimiotaxis en pacientes diabéticos con deficiencia de zinc . Otros estudios in vitro con PBMCS de pacientes no diabéticos mostraron un aumento de la excreción inducida por LPS de citoquinas proinflamatorias después de la adición de zinc . Teniendo en cuenta los datos epidemiológicos contradictorios sobre la deficiencia de zinc en pacientes con DM, la relevancia clínica de los resultados in vitro mencionados anteriormente en la patogénesis de infecciones en pacientes diabéticos sigue sin estar clara.

En conclusión, algunas funciones inmunitarias humorales innatas (citoquinas, complemento) están disminuidas y algunas permanecen iguales en pacientes con DM en comparación con aquellos sin DM.

2,2 Inmunidad celular innata-PMNs

2,2.1 Quimiotaxis

Se ha encontrado una quimiotaxis significativamente menor en pacientes diabéticos (tipo 1 y tipo 2) que en los controles . Sin embargo, no pudimos demostrar esta diferencia en nuestro estudio en el que estudiamos la función de PMN en mujeres con DM y bacteriuria asintomática en comparación con mujeres diabéticas no bacteriúricas y controles sanos . Todos los estudios utilizaron suero de controles sanos. Es posible que los diferentes estímulos (zymosan, complemento) de los PMNs y las diferencias en las características de los pacientes (duración, regulación y complicaciones de la DM, DM tipo 1 o DM tipo 2) en los estudios mencionados anteriormente puedan explicar estos resultados contradictorios. No se encontró correlación entre la concentración de glucosa o la hemoglobina A1c (HbA1c, que es un marcador sérico para la regulación de la DM) y las respuestas quimiotácticas, aunque un estudio mostró una mayor reducción de la quimiotaxis en pacientes con hiperglucemia . Curiosamente, uno de los otros estudios mostró que las respuestas quimiotácticas de los PMNs no se alteraron después de la incubación de glucosa o insulina, sino que volvieron a los valores normales después de la incubación con glucosa e insulina juntas . Dado que la mayoría de las funciones PMN son procesos dependientes de la energía, es necesaria una producción de energía adecuada para una función PMN óptima. La glucosa necesita insulina para entrar en el PMNs para generar esta energía, lo que puede explicar la mejora de la respuesta quimiotáctica después de la adición de estas dos sustancias.

2.2.2 Adherencia

Se han notificado datos contradictorios sobre la adherencia in vitro de PMNs diabéticos sin estimulación . Por el contrario, no se han encontrado diferencias entre los PMNs diabéticos y de control después de la estimulación . No se encontró correlación entre la glucosa plasmática o la HbA1c y la adherencia. Sin embargo, en un pequeño número de pacientes con DM tipo 1 y DM tipo 2 con hiperglucemia no tratada, la disminución de la adherencia de los PMNs a las columnas de fibra de nylon aumentó después de que se corrigió la hiperglucemia . Por supuesto, la adherencia a las columnas de fibra de nylon no es lo mismo que a las células endoteliales como primer paso en la reacción inflamatoria. Sin embargo, de nuevo una mejor regulación de la DM pareció aumentar la respuesta del anfitrión.

2.2.3 Fagocitosis

PMNs de pacientes diabéticos han mostrado la misma y menor capacidad fagocitótica en comparación con PMNs de controles. La concentración media de HbA1c fue menor (mejor regulación) en pacientes sin fagocitosis alterada que en aquellos con fagocitosis alterada . Un estudio mostró una relación inversa entre los niveles de HbA1c y la fagocitaria de la tasa. Otro estudio mostró que la disminución de la fagocitosis mejoró, pero no se normalizó después de 36 h de normoglucemia. Por lo tanto, parece que el deterioro de la fagocitosis se encuentra en PMNs aislados de pacientes mal regulados y que una mejor regulación de la DM conduce a una mejor función fagocitótica.

2.2.4 Explosión oxidativa

La quimioluminiscencia (CL) corresponde a la emisión de luz producida directa o indirectamente en el curso de una reacción química. Este fenómeno se utiliza a menudo para evaluar el potencial oxidativo de las PMNs, un proceso durante el cual los radicales libres se sintetizan al principio del proceso fagocitótico . CL se correlaciona bien con actividad antimicrobiana y puede ser utilizado como una medida de la capacidad fagocitaria . En comparación con los controles, el CL basal fue mayor o igual en pacientes diabéticos con NMP. Estos estudios también mostraron que, después de la estimulación, el CL de los PMNS diabéticos era menor que el de los PMNs de control. Es posible que la reacción de los PMNs diabéticos a los estímulos se atenúe como resultado del mayor CL en reposo. En nuestro estudio, no encontramos diferencias en la CL después de la estimulación entre los pacientes diabéticos y los controles. En general, sin embargo, los pacientes de nuestro estudio estaban mejor regulados que los de los estudios anteriores, lo que probablemente explique estos resultados diferentes.

2.2.5 Muertes

Los datos sobre la actividad bactericida de los SNMP diabéticos han arrojado resultados contradictorios . En general, sin embargo, la capacidad de matar de los PMNs diabéticos es menor que la de los PMNs de control. De nuevo, diferencias en las características de los pacientes (ver Sección 2.2.1) o los microorganismos utilizados pueden explicar estos resultados diferentes. En todos los estudios en los que se utilizó el microorganismo Staphylococcus aureus , se encontró una función de destrucción alterada de los SNMP diabéticos, pero no en los estudios en los que se utilizó como medida la muerte de C. albicans. En un estudio en el que se utilizó suero no diabético para la opsonización , la matanza se vio afectada, pero no en otro . Por lo tanto, en base a estos estudios, no podemos sacar ninguna conclusión sobre el efecto del suero no diabético en la destrucción de células diabéticas. No se encontró correlación con el nivel glucémico, aunque algunos estudios han demostrado que la actividad bactericida mejoró, pero no se normalizó después de alcanzar la normoglucemia .

2.2.6 Influencia de las infecciones

En un estudio en nuestro hospital , no pudimos demostrar diferencias en quimiotaxis, fagocitosis, CL y muerte entre PMNs de mujeres diabéticas con bacteriuria, mujeres diabéticas sin bacteriuria y controles no diabéticos. Además, un estudio anterior no mostró diferencias en fagocitosis y muerte entre pacientes diabéticos con y sin infecciones recurrentes . Por lo tanto, estos estudios no indican que la presencia de infecciones influya en las funciones de PMN.

En conclusión, además de algunos de los resultados contradictorios en los estudios mencionados anteriormente, se describen diferentes alteraciones en las funciones diabéticas en comparación con las de control de PMN. Sin embargo, la relevancia clínica de estos estudios in vitro sigue siendo incierta, principalmente debido a las diferencias en las pruebas realizadas. Es posible que solo una combinación de defectos en las funciones PMN desempeñe un papel in vivo. La mayoría de los estudios muestran una mejora de las funciones de PMN después de una mejor regulación metabólica de la DM.

2,3 Inmunidad celular innata — monocitos / macrófagos

Se han descrito alteraciones de la quimiotaxis y de la fagocitosis de los monocitos de pacientes diabéticos . Dado que el plasma de controles sanos no causa ningún cambio significativo en la capacidad fagocitótica de los monocitos diabéticos , parece que esta función deteriorada es causada por un defecto intrínseco en los propios monocitos.

Tras la administración intradérmica (en lugar de intramuscular) de la vacuna contra la hepatitis B, se encontró una respuesta inmunitaria menor en niños con DM tipo 1 en comparación con los controles . Se ha sugerido que esta menor respuesta es probablemente en parte el resultado de un deterioro de la función de los macrófagos en este grupo de pacientes .

En combinación con la disminución de la producción de citocinas proinflamatorias antes mencionada después de la estimulación del SLP en pacientes con DM tipo 1, parecía que las funciones monocitos/macrófagos estaban deterioradas en pacientes con DM tipo 1. El mecanismo patógeno sigue sin estar claro. Hay que seguir investigando para explicar este interesante fenómeno.

3 Adherencia

La adherencia de un microorganismo a las células mucosas o epiteliales es un paso importante en la patogénesis de las infecciones. Los factores relacionados con el huésped pueden influir en esta adherencia. Por ejemplo, las mujeres con infecciones recurrentes del tracto urinario tienen una mayor adherencia de E. coli a sus células vaginales y bucales en comparación con los controles .

La infección por C. albicans se encuentra con frecuencia en pacientes diabéticos. Dado que la infección está precedida principalmente por la colonización, Aly et al. se investigaron los factores de riesgo que aumentaban el riesgo de portar candida en pacientes diabéticos . Los factores de riesgo para el transporte oral de candida en pacientes con DM tipo 1 fueron una edad más baja y un nivel de HbA1c más alto (mala regulación de la DM). El uso continuo de prótesis dentales y la presencia de glucosuria (también una indicación de una regulación deficiente de la DM) aumentaron el riesgo de portar candida en pacientes con DM tipo 2, el número medio de cigarrillos fumados al día se correlacionó con el portar Candida en DM tipo 1 y tipo 2 agrupados . Cameron et al. lípidos extraídos de células epiteliales bucales humanas y se encontró, utilizando ensayos de superposición de cromatogramas, que algunas cepas de C. albicans se unen a lípidos que contienen fucosa y otras cepas de C. albicans a lípidos que contienen N-acetilgalactosamina extraídos de células bucales humanas. Los autores concluyen que la existencia de varios sistemas receptores de adhesina contribuye a la virulencia de C. albicans. La composición de carbohidratos de los receptores probablemente juega un papel importante en la susceptibilidad a las infecciones. Se ha demostrado que los pacientes gravemente enfermos tienen una disminución de la cantidad de galactosa y ácido siálico en sus células bucales, en comparación con los pacientes mínimamente enfermos y los controles sanos. Los investigadores mencionaron que estos cambios en los receptores posiblemente conducen a una mayor adherencia de microorganismos y juegan un papel en la alta prevalencia de colonización bacteriana gramnegativa en el tracto respiratorio de estos pacientes . Este mecanismo de mayor adherencia, debido a una composición alterada de los hidratos de carbono de los receptores, posiblemente también esté presente en pacientes diabéticos. Las células bucales de 50 pacientes diabéticos (DM tipo 1 y tipo 2) mostraron una mayor adherencia in vitro de C. albicans en comparación con las células bucales de los controles . También se encontró una incidencia significativamente mayor de infección por candida, pero no de portación de Candida, en este grupo de pacientes (12% frente a 0%) . Sin embargo, no se encontraron relaciones entre la frecuencia o cantidad de Cándida y la edad, duración, regulación o tipo de DM . Este aumento de la adherencia a las células diabéticas también podría jugar un papel para otros microorganismos, por ejemplo, la adherencia de E. coli a células uroepiteliales, lo que explicaría el aumento de la prevalencia de infecciones en pacientes con DM.

En conclusión, las alteraciones de la inmunidad celular innata desempeñan un papel en la patogénesis del aumento de la prevalencia de infecciones en pacientes con DM (Tabla 1). En general, una mejor regulación de la DM conduce a una mejora de la función celular. Un segundo mecanismo importante es el aumento de la adherencia del microorganismo a las células diabéticas. Además, algunos microorganismos se vuelven más virulentos en un ambiente con alto contenido de glucosa.