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J Bras Nefrol 2000;22(1):192-200
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Atualização em Nefrologia Clínica: Efeito da acidose e do seu
controle sobre o catabolismo de proteínas e aminoácidos na
insuficiência renal crônica
Denise Mafraa Roberto C Burinib
Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP, São Paulo, SP
Centro de Metabolismo e Nutrição do Departamento de Clínica
Médica da Faculdade de Medicina de Botucatu (Unesp)
a
b
Endereço para correspondência:
Roberto Carlos Burini
Professor Titular do Departamento de Clínica Médica
Faculdade de Medicina de Botucatu da Unesp
Distrito de Rubião Júnior s/ nº
CEP 18618-000 Botucatu, SP
Fax: (0xx14) 822-2238
Introdução
A insuficiência renal crônica (IRC) consiste na perda progressiva e irreversível da função renal (glomerular, tubular e endócrina), de tal forma que, em suas
fases mais avançadas, os rins não conseguem mais
manter a normalidade do meio interno do paciente.1
Nessas condições, os pacientes apresentam comprometimento do seu estado nutricional em decorrência
da constante inapetência e dos distúrbios metabólicos
gerados pela IRC e suas intercorrências (infecções, sangramentos, expoliações hidroeletrolíticas e iatrogenia).2
Na falência renal há elevada excreção de bicarbonato,
devido à diminuição na reabsorção do HCO3-, o que
poderia causar a caquexia.3
A caquexia é um grande problema da IRC, pois influencia diretamente a morbi-mortalidade dos pacientes renais pela perda progressiva da massa corporal magra e
distúrbios no metabolismo de aminoácidos.4,5 Acresce-se
que também a acidose metabólica aumenta a degradação protéica, resultando em perda muscular e balanço
nitrogenado negativo. Sabe-se que o catabolismo de
aminoácidos ramificados (AACR) está aumentado na acidose associada à IRC, e que a via proteolítica ubiquitinaproteasoma, dependente de ATP, parece estar envolvida
na degradação protéica decorrente da acidose.6
Este trabalho tem como objetivo rever as hipóteses
e informações sobre a participação da acidose sobre o
catabolismo protéico de pacientes urêmicos e o possível efeito atenuador do bicarbonato exógeno sobre a
proteólise desses pacientes.
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Acidose e Catabolismo Protéico
Existem vários fatores que levam ao catabolismo
protéico na IRC, como o baixo consumo energético, as
alterações endócrinas (resistência à insulina e hiperglucagonemia, resistência ao hormônio do crescimento e ao IGF-I e hiperparatireoidismo), insuficiência cardíaca e anemia, infecções e inflamações, terapia com
glicocorticóides e a acidose metabólica.7 Porém, a acidose metabólica parece ser a principal causa do elevado catabolismo protéico desses pacientes.6,8-13
Com relação às mudanças no pH muscular decorrentes da acidose, Bailey et al14 avaliaram a influência
da infusão de HCI no pH intracelular em curto e longo
período de tempo, usando 13P-NMR (ressonância magnética nuclear). Observaram que a acidose aguda não
altera o pH intracelular, porém a crônica reduz o pH,
sugerindo que a capacidade tampão intracelular é reduzida com o tempo. É importante ressaltar que a baixa concentração de bicarbonato sérico não prova acidemia, e que medidas diretas do pH sangüíneo
promovem informação mais segura sobre a existência
de acidose.12
Efeito da acidose sobre o metabolismo de proteínas e
aminoácidos
A acidose é bem conhecida como complicação da
IRC.4,5 Sabe-se, também, que o grau de falência renal
está relacionado com a perda de massa magra, havendo relação linear positiva entre a concentração de creatinina plasmática e os níveis de degradação protéica.15 Dessa forma, o metabolismo protéico está alterado
na IRC, com balanço nitrogenado negativo, perda de
massa magra e níveis plasmáticos reduzidos de aminoácidos essenciais (AAE). Quando a proteína da dieta é reduzida a 0,6 g/kg/d, há intensa redução na oxidação de AAE, resultando em melhor utilização da
proteína dietética. Porém, mesmo assim, em função da
uremia, a perda protéica pode persistir.16
O turnover protéico foi estudado pela infusão de
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H-Phe em 13 pacientes renais no estado pós-absortivo, sendo nove acidóticos (HCO3 = 20 ± 0,5 mEq/L) e
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quatro com balanço ácido-base normal (HCO3- = 25 ±
0,3 mEq/L). Os níveis de fenilalanina foram maiores
nos pacientes acidóticos, sugerindo que a acidose
metabólica pode aumentar os níveis de degradação
protéica muscular nesses pacientes.17
Mudanças nas concentrações de aminoácidos e
proteínas musculares foram estudadas em 4 pacientes
com IRC e em 5 controles. Pela infusão de 3H-Phe, verificou-se que a degradação protéica estava aumentada, sendo inversamente proporcional à concentração
de bicarbonato arterial.18
A leucina, marcada no primeiro carbono, tem sido
utilizada para estudar o metabolismo protéico, pois na
sua oxidação há liberação do isótopo como CO2, que
pode ser medido no ar expirado.6,19 Assim, May et al20
examinaram o impacto da acidose crônica no turnover
de aminoácidos corporal e sua oxidação em ratos com
infusão de L[1-14C] Leucina com finalidade de observar
a produção de 14CO2. Verificaram maior oxidação da
leucina na IRC, o que sugere alterações no metabolismo dos aminoácidos de cadeia ramificada (AACR).
Os AACR são transportados para as células pelo
sistema L-transportado e, no espaço intracelular, são
transaminados reversivelmente para cetoácidos de cadeia ramificada (BCKA) pelas aminotransferases, com
o a-cetoglutarato e o glutamato servindo de aceptor
ou doador de NH2, respectivamente. O cetoácido de
cadeia ramificada é descarboxilado irreversivelmente
pela desidrogenase a-cetoácido de cadeia ramificada
(BCKAD) e oxidado.10,21 (Figura 1). England et al22 observaram que a indução de acidose em ratos provocou
aumento da atividade da BCKAD no músculo esquelético, com o RNAm dessa enzima apresentando valores
10 vezes maiores.
Estudando os efeitos da acidose no metabolismo
de aminoácidos e proteínas, Bergström et al7 encontraram correlação linear entre os níveis de bicarbonato, em pacientes pré-dialisados, e valina livre no músculo, sugerindo que a acidose pode levar à maior
proteólise e depleção de aminoácidos. Pacientes com
IRC e acidose têm níveis reduzidos de AACR, especialmente de valina.6 Carr et al9 avaliaram o perfil de aminoácidos plasmáticos em 7 indivíduos controles e em
7 idosos com IRC, e observaram que os pacientes urêmicos tiveram menores níveis plasmáticos não só de
valina, mas também de tirosina, fenilalanina e triptofano, além de altas concentrações de histidina quando
comparados com o grupo controle.
Em estudo realizado com ratos acidóticos, os autores demonstraram que a acidose induz mudanças no
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perfil de aminoácidos, incluindo aumento nos níveis
de treonina, histidina, prolina, serina e glicina e diminuição nos níveis de triptofano. Essas mudanças são
similares às achadas nos pacientes urêmicos, sugerindo papel patogênico da acidose na piora do metabolismo da proteína endógena.23 (Figura 1)
Figura 1. Efeito da acidose sobre o metabolismo de proteínas e aminoácidos.
AACR: aminoácidos de cadeia ramificada; AT: aminotransferases; BCKA:
cetoácidos dos AACR; BCKAD: BCKA desidrogenase; AAA: aminoácidos
aromáticos
A resposta precoce à acidose metabólica se dá pelo
aumento na degradação da proteína muscular, provendo o nitrogênio necessário para aumentar a produção de
glutamina, principal carregador de H+, até os rins, onde
origina amônia e H+, excretados na urina (Figura 1). Pacientes com IRC são incapazes de manter o balanço
ácido-base e por isso há perda contínua de proteínas
musculares para formar glutamina.24
Mecanismos proteolíticos
Hipóteses existentes para explicar a ação da acidose sobre o catabolismo protéico:
- estimulação da transcrição dos genes que codificam enzimas proteolíticas;
- ativação dos sistemas cálcio dependentes;
- alteração nos níveis de corticosteróides e na atividade do hormônio de crescimento;
- depleção de ATP que inibe a estimulação do proteosomo;
- ativação da protease lisossomal.6,10
A ativação dessas enzimas no músculo esquelético, pela uremia e acidose, pode ser dependente de
glicocorticóides.21
A acidose metabólica aumenta a proteólise no
músculo esquelético na presença de insulina e esse
efeito é ausente em ratos adrenalectomizados. Como a
uremia aumenta os níveis de corticosterona, esse hormônio poderia estar contribuindo para o aumento da
proteólise, como degradação de AACR (Figura 1), e
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possível inibição da síntese protéica.8 Em ratos adrenalectomizados acidóticos, a proteólise aumenta só
quando eles são suplementados com concentrações
fisiológicas de glicocorticóides, sugerindo que os glicocorticóides são necessários para o aumento da proteólise na acidose.25
Na IRC, a via proteolítica ubiquitina-proteosoma,
dependente de ATP, é ativada pelo aumento da transcrição desses genes no músculo. O estímulo para essas respostas inclue acidose e glicocorticóides, mas
outras anormalidades endócrinas na IRC, como resistência à insulina, poderiam contribuir para as mesmas.
Em um estudo para verificar a influência da insulina,
observou-se que esse hormônio age como supressor
da via ubiquitina-proteosoma, de modo que a resistência à insulina, na uremia, poderia ser outro fator
contribuinte para degradação protéica na IRC.26
Ativação proteolítica na IRC
Os mecanismos não lisossomais de degradação
protéica são responsáveis pelo turnover seletivo de
proteínas intracelulares que ocorre sob condições basais e em mudanças, como resposta à dieta e aos hormônios. O sistema proteolítico que degrada as proteínas celulares é o não lisossomal dependente de ATP.
O passo inicial na hidrólise envolve a marcação da
proteína a ser destruída. Essa marcação ocorre por
conjugação do polipeptídeo com os 76 resíduos de
aminoácidos que compõem a molécula de ubiquitina,
proteína sintetizada em situação de estresse. O terminal carboxil da glicina, componente da ubiquitina, ligase ao grupo amino do resíduo de lisina do substrato
protéico. A seletividade da proteólise está envolvida
nessa conjugação. A reação requer ATP, 3 enzimas e,
para certos polipeptídeos, uma modificação dependente do RNAt.6 (Figura 2)
Figura 2. Via proteolítica ubiquitina-proteasoma (adaptado de Mitch &
Goldberg, 1996)33
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A proteólise provocada pela via ubiquitina poderia ser a grande responsável pela perda das miofibrilas musculares em roedores.27 Mitch et al16, usando
inibidores dos sistemas proteolíticos lisossomal e da
proteólise ativada por cálcio, verificaram que mesmo
assim, o nível de proteólise continuou aumentado em
ratos acidóticos. Entretanto, quando bloquearam a síntese do ATP, observaram inibição da proteólise configurando-se a responsabilidade do sistema, envolvendo ATP-ubiquitina-proteasoma.
A ativação da via dependente de ATP pela acidose
está associada com o aumento da expressão dos genes
que codificam a ubiquitina, subunidades de proteasoma e outras enzimas que participam dessa via proteolítica, como o visto pelo aumento do RNAm.6 Sabe-se que
os níveis de RNAm do músculo esquelético para o conjugado ubiquitina- enzima E2 aumentam com o jejum e
retornam ao normal com a realimentação.28
Os efeitos da acidose metabólica ocorrem diretamente pela redução do pH intracelular, ativando
genes que codificam proteínas envolvidas no catabolismo protéico.6 Assim, a acidose metabólica acelera a degradação protéica muscular, porém não se
sabe se esse catabolismo é induzido apenas pela
acidose ou se os glicocorticóides são necessários
para esse processo.16 Por outro lado, sabe-se que a
acidose aumenta a produção de glicocorticóides.
Essa resposta é benéfica aos indivíduos sem IRC,
pois o aumento de glicocorticóides maximiza a síntese de glutamina, que permite a excreção renal de
ácidos (Figura 1). Porém, na IRC essa resposta é maléfica, pois a combinação da acidose e do aumento
de glicocorticóide estimularia vias catabólicas não
adaptativas. Assim, quando a proteína da dieta é
restringida, a acidose bloqueia a redução adaptativa na oxidação de AAE. Como conseqüência, há
perda da massa corporal magra.24
Price et al11, estudando o papel da acidose e dos
glicocorticóides no aumento de RNAm codificadores
das proteínas da via proteolítica ATP-ubiquitina-proteasoma em ratos adrenalectomizados, observaram
que o RNAm da ubiquitina e das subunidades C2 e C9
do proteasoma estavam aumentados nas fibras brancas musculares, nos ratos que receberam glicocorticóides, ao passo que a acidose ou a administração
de glicocorticóides sozinhos não aumentaram esses
RNAs. Assim, os glicocorticóides são necessários, mas
não diretamente responsáveis pelo aumento da concentração de RNAm que codifica proteínas participantes dessa via proteolítica.
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Pela seqüência recentemente aventada,13 a acidose
da IRC seria o estímulo inicial, com maior secreção de
glicocorticóides, os quais seriam responsabilizados
pelo maior RNAm das proteínas da via proteolítica ubiquitina-proteosoma. As proteínas musculares são marcadas para degradação pela ligação covalente com a
ubiquitina, onde o terminal carboxil da mesma é ativado pela enzima E1, que é dependente de ATP e, seguidamente, é acoplada ao grupo amino da lisina pela
enzima E3. Essa cadeia é repetida, e 5 ou mais moléculas de ubiquitinas ligam-se à proteína. Esse substrato
modificado é reconhecido pelo complexo proteolítico
chamado proteosoma 26s, no qual a porção 19s faz o
reconhecimento da proteína ligada à ubiquitina e a
porção 20s promove a proteólise. Assim, há formação
de peptídeos de 6 a 12 aminoácidos que são hidrolisados pelas exopeptidases citosólicas (Figura 2).
Efeitos da suplementação de bicarbonato de sódio
na acidose e degradação proteíca
Richard Bright foi o primeiro pesquisador a sugerir
os benefícios da terapia com álcali para o paciente com
IRC. Lyon e outros sucessores mostraram que o tratamento com álcali promovia melhora em vários sintomas da uremia e diminuição nos níveis de uréia sangüínea. 6 Desde então, vários outros trabalhos têm
mostrado que a correção da acidose, pela suplementação de bicarbonato de sódio, melhora a degradação
protéica.4,10 (Tabela 1)
Papadoyannakis et al29 observaram em 6 pacientes
urêmicos, antes e depois da suplementação com bicarbonato de sódio e cloreto de sódio, que houve diminuição de uréia sangüínea em 36% e melhora significativa do balanço metabólico nitrogenado e de potássio.
Entretanto, não houve melhora com o NaCl, indicando
que o efeito do bicarbonato foi resultado da correção
da acidose metabólica e não da expansão do volume
extracelular.
Williams et al30 estudaram a degradação protéica miofibrilar (por meio da excreção urinária de 3-metil histidina) de pacientes com IRC acidóticos, fornecendo (em
2 semanas) dietas normoprotéicas e depois uma dieta
com 0,6 g de ptn/kg/dia, junto a suplemento de bicarbonato de sódio para correção de acidose. Verificaram
que com esse último tratamento houve menor degradação protéica.
Reaich et al5 examinaram o efeito da correção da acidose em pacientes com IRC sobre o turnover protéico e a
oxidação de aminoácidos. Foram estudados nove pacientes acidóticos com suplementação de NaCl e NaHCO3
em períodos diferentes. Concluíram que a correção da
acidose, na IRC, diminuiu a degradação protéica, a oxidação de aminoácidos e o balanço nitrogenado negativo, além de diminuir a concentração da uréia plasmática.
Esse estudo mostrou também que o uso de NaCl, como
controle para excluir algum efeito da carga aumentada
de sódio, não alterou a cinética da 13C-leucina.
Em ratos com uremia grave, houve aumento da oxidação da leucina e valina no músculo devido à acidose.
Quando foi administrado bicarbonato de sódio, a oxidação desses aminoácidos, nos músculos, foi restaurada.16
Cuspisti et al31 analisaram 3 grupos de ratos: o primeiro, de ratos nefrectomizados suplementados com
NaCl; o segundo, de ratos nefrectomizados suplementados com NaHCO3; e o último, de ratos controles recebendo suplemento de NaHCO3. Observaram que nos ratos
nefrectomizados ocorreram anormalidades na concentração de aminoácidos: o primeiro e segundo grupos mostraram aumento nas concentrações sangüíneas de Phe,
Gly, Glu, Pro e Ala, sendo que o aumento constatado no
primeiro grupo da concentração de Thr foi corrigido pelo
NaHCO3 do segundo grupo. Com isso, mostraram que a
acidose pode modificar o perfil de aminoácidos sangüíneos descritos nos pacientes urêmicos.
Pacientes acidóticos dialisados com ou sem suplementação de bicarbonato foram avaliados quanto ao fluxo de leucina corporal total pela infusão de L[1-13C] leucina. Quando a acidose foi corrigida, observou-se que os
pacientes se adaptaram à dieta hipoprotéica pela redução da oxidação do aminoácido e da degradação protéica com a síntese de proteína mantida em níveis normais.32
Em pacientes pré-dialisados, a restrição protéica reduz a sobrecarga ácida. Pacientes com depuração de cre-
Tabela 1
Redução da degradação protéica com a suplementação de NaHCO3
Autores
Papadoyamakis et al (1984)
Williams et al (1991)
Rustom et al (1998)
Reaich et al (1993)
Kooman et al (1997)
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Casuística
6
6
11
9
6
Dose
0,7-1,2 (mEq/kg/d)
1 (mEq/kg/d)
1,07 (mEq/kg/d)
1,2 g/dia
0,5-1,0 g/dia
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Duração (dias)
9
14
180
28
90
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atinina <30 mL/min devem receber dieta com 0,6 g de
proteína/kg/dia, diminuindo a suplementação com bicarbonato de sódio, especialmente para pacientes submetidos à dietas hipossódicas. Em muitos casos são prescritas doses de 8 a 16 mEq de bicarbonato de sódio 3
vezes ao dia.
Na ausência de acidose metabólica, os pacientes com
IRC se adaptam a dietas hipoprotéicas mantendo balanço nitrogenado neutro.6
Conclusões
Dentre as inúmeras conseqüências metabólicas da
IRC, há a acidose pela incapacidade de manter o balanço
ácido-base do organismo, com repercussões no estado
nutricional protéico-energético do paciente pelo desgaste da massa magra, negativação do balanço nitrogenado
e maior catabolismo protéico. Estudos evidenciam que,
com a acidose, a principal via proteolítica ativada é a do
proteasoma-ubiquitina dependente de ATP. Há também
relatos de maior atividade na enzima que degrada AACR,
tendo participação dos glicocorticóides.
Um número crescente de trabalhos mostra que a suplementação com NaHCO3 para pacientes renais acidóticos melhora a acidose e, conseqüentemente, reduz o catabolismo protéico, constituindo, pois, uma conduta
promissora no retardo da progressão da falência renal,
da inibição da degradação protéica e da atenuação da
DPE desses pacientes.
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