El abordaje de variables como hipertensión, proteinuria, acidosis metabólica e hiperlipidemia es crucial para prevenir el avance de la ERC(5). Además, las etapas avanzadas pueden causar acumulación de líquidos, electrólitos y azoados, lo que conduce a síntomas como anorexia, náuseas, vómitos, estomatitis y disgeusia que tienen efecto negativo en los parámetros nutricionales(7).

Definición y tipos de dietas basadas en plantas

Los regímenes alimentarios basados en plantas consisten principalmente en alimentos integrales a base de plantas, incluyendo frutas, verduras, granos enteros, legumbres, nueces y semillas, y excluyen o minimizan los productos animales(8). En la Tabla 2 se describen los principales tipos de DBP.

Tabla 2. Tipos de regímenes alimentarios basados en plantas

A pesar de la evidencia, algunos profesionales de salud todavía mantienen conceptos erróneos comunes sobre estos regímenes alimentarios; por ejemplo, se tiene la idea de que son restrictivas y deficientes en términos nutricionales. No obstante, una dieta bien planificada puede proporcionar todos los nutrimentos necesarios, incluyendo proteínas, vitaminas, minerales y ácidos grasos esenciales(9).

Las DBP contienen cantidades importantes de fibra, lo que puede ayudar a reducir el colesterol, estabilizar los parámetros asociados con el metabolismo de la glucosa y promover un estado favorable de la microbiota intestinal con gran influencia en la función gastrointestinal(10). Además, son ricas en vitaminas, minerales y antioxidantes, que pueden apoyar la función inmune y reducir la inflamación(11). Asimismo, son típicamente bajas en grasas saturadas, lo que puede ayudar a reducir el riesgo de enfermedad cardíaca y accidente cerebrovascular(12).

Dietas basadas en plantas en el manejo de la ERC

Durante los años, se han generado nuevos estudios con resultados que apoyan a la conjetura que la dieta exhibe un papel crucial en la progresión de la ERC. Se ha demostrado que la ingestión elevada de proteínas en la dieta se relaciona con progresión de esta enfermedad como consecuencia de hiperfiltración glomerular, mientras que las dietas bajas en proteínas se asocian con el retardo de ella(13). Sin embargo, los profesionales de salud dudan en prescribir estas dietas debido a la preocupación sobre el detrimento del estado nutricional, especialmente en pacientes con ERC avanzada que exhiban disminución repentina de la ingesta(14).

Por el contrario, la evidencia científica menciona que la dieta con proteínas a base de plantas puede tener un impacto favorable al reducir la proteinuria, toxinas urémicas, ingestión de fósforo y producción de ácidos orgánicos(9).

Así, la intervención nutricional basada en el aporte dietético de macronutrimentos, electrólitos y líquidos, principalmente, ayuda a aliviar los síntomas relacionados sin restringir nutrimentos esenciales, lo que previene el riesgo de desnutrición(15).

Algunos estudios mencionan que existe una asociación inversa entre la ingestión de proteínas vegetales y el riesgo de ERC, lo que demuestra el papel protector de la proteína de origen vegetal en una dieta sobre la función renal(16). Así, un estudio prospectivo que incluyó 1639 adultos observó una tendencia lineal decreciente significativa en la ingestión de proteínas vegetales para el riesgo de ERC (p <0,001)(17). Esto fue comprobado años más tarde por un seguimiento de casi 10 años donde se evidenció que el aumento de la ingestión por 0,1 g/kg/día proteína vegetal reduce el riesgo a esta patología (aHR: 0,96; IC del 95%, 0,93-0,99)(18).

Adicionalmente, en un estudio con 1374 mujeres se observó que una mayor ingestión de proteínas de origen vegetal se asoció con disminuciones más lentas en la TFG (p <0,03). La disminución anual de la TFG se redujo en 0,12 mL/min/1,73 m2 (IC del 95%, 0,01-0,23) por cada 10 g de proteína vegetal ingerida, principalmente, proteínas derivadas de frutas, verduras y nueces(19). De manera similar, en un seguimiento por 24 años, las DBP se asociaron con una disminución más lenta de la TFG(13).

Sin embargo, la preservación de la TFG se ha puesto en debate debido a que existe evidencia de que la DBP no solo ralentiza la disminución de la TFG, sino también mejora la función de filtración renal en pacientes con ERC (p= 0,001)(20).

Papel de las dietas basadas en plantas en la proteinuria

Las DBP pueden contribuir al control de la proteinuria, ya que las proteínas vegetales tienen mucho menor impacto en la hemodinámica renal que las animales(21). Es así que la sustitución de proteínas de origen animal por las vegetales puede disminuir la hiperfiltración renal, la proteinuria y el riesgo de desarrollar falla renal(9).

Incluso, en un estudio retrospectivo que contempló 2797 sujetos en riesgo de ERC con hemoglobina glucosilada (HbA1c) >6,5 % se determinó que el grupo omnívoro tuvo una mayor incidencia de proteinuria (27,7 % frente a 21,7 % [veganos] y 20,5 % [lacto-ovo vegetarianos], p <0,001)(22).

Además, se ha demostrado que el tratamiento con una dieta vegetariana baja en proteínas suplementada con alfa-cetoanálogos no solo reduce la proteinuria, sino también la acidosis, fosfatemia, uremia y retrasa la progresión de la ERC(23). Esto es similar a lo evidenciado por un metanálisis publicado recientemente de 17 ensayos clínicos aleatorizados(23).

Papel de las dietas basadas en plantas en la uremia

Diversos autores recomiendan las DBP en pacientes con ERC no solo debido a que la proteína vegetal se asocia con menor producción endógena de urea, sino porque estas dietas comúnmente brindan mayor cantidad de fibra(21). La ingestión de fibra en sujetos que padecen ERC ha demostrado ayudar al control de urea y creatinina(21). En sujetos que siguen dietas basadas en plantas, el consumo de fibra promedio suele ser significativamente mayor (37,9 ± 12,3 frente a 28,6 ± 8,5, p=0,005) en comparación con aquellos que llevan dietas omnívoras(24).

De hecho, esto es confirmado por un metaanálisis en el que se encontró que el consumo de fibra dietética redujo significativamente los niveles séricos de urea y creatinina (-1,76 mmol/L [IC del 95%, -3,00, -0,51], p <0,01 y -22,83 mmol/L [IC del 95%, -42,63, -3,02], p=0,02, respectivamente) con evidencia significativa de heterogeneidad entre estudios debido a los tamaños muestrales y el tipo de fibra suplementada(25).

Control glucémico y dietas basadas en plantas en la ERC

El consumo de DBP se ha asociado con sensibilidad a la insulina y control glucémico en pacientes con ERC. Así, se ha observado que una mayor adherencia a las dietas que consisten en una mayor ingestión de granos refinados, alimentos salados y azúcares añadidos en el contexto de las dietas basadas en plantas se asoció con un aumento de glucemias en ayunas(26).

De manera similar, un estudio prospectivo de cohorte demostró que una mayor adherencia a la DBP se asoció con un menor riesgo de niveles elevados de glucosa en ayunas (HR: 0,80; IC del 95%, 0,70-0,92; p=0,003)(10).

Además, en pacientes con nefropatía diabética adheridos a un régimen alimentario vegetariano tenían un mejor control del metabolismo de la glucosa debido a la disminución de la resistencia a la insulina(27). Conjuntamente, los vegetarianos presentan un nivel de glucosa en ayunas más bajo y una mayor sensibilidad a la insulina que los omnívoros, con una función de células β 12 % menor, mientras que el puntaje HOMA-IR para vegetarianos fue de 1,10 en comparación con 1,56 para omnívoros (p=0,001)(20).

Dietas basadas en plantas y perfil lipídico en pacientes con ERC

La ERC conduce a un metabolismo lipídico alterado. Los pacientes con ERC exhiben niveles altos de triglicéridos en sangre, concentraciones y funcionalidad reducidas de HDL y niveles elevados de lipoproteínas aterogénicas pequeñas, densas y de baja densidad (sdLDL)(21).

La actualización de 2020 de las guías clínicas Kidney Disease Outcomes Quality Initiative (KDOQI) solo mencionaron la suplementación con omega-3 entre sus recomendaciones para la ingestión de grasas en el tratamiento de la dislipidemia en la ERC, pero no proporcionó orientación sobre la ingestión dietética de estos ácidos grasos(15). Además, la Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO) publicó sus directrices para el manejo de lípidos en la ERC en 2013, pero solo consideró el tratamiento farmacológico(28).

Por otro lado, las DBP generalmente se asocian con un perfil lipídico favorable, caracterizado por una disminución del colesterol total, LDL y triglicéridos, y aumento de HDL(21). Los mecanismos que pueden explicar los efectos positivos de las dietas basadas en plantas sobre la mejora del perfil lipídico están relacionados con la fibra soluble contenida en ciertos vegetales y frutas(29). La fibra soluble con alta densidad y capacidad de retención de agua forma geles viscosos en la luz intestinal que reducen la absorción de macronutrimentos, así como de colesterol y ácidos biliares, lo que favorece su posterior excreción a nivel fecal(30). Una reabsorción deficiente y una excreción aumentada de ácidos biliares estimulan la síntesis de ácidos biliares en el hígado, lo que resulta en una disminución de las concentraciones de colesterol plasmático. De la misma manera, la fermentación colónica de fibra soluble por parte de las bacterias intestinales genera ácidos grasos de cadena corta, y el incremento de las concentraciones de propionato circulante que, a su vez, puede contribuir a la reducción del colesterol al disminuir la síntesis hepática de colesterol(30,31).

Por otro lado, el aporte de omega-3 derivado de fuentes vegetales podría tener efectos importantes en el perfil lipídico. Un cuerpo creciente de evidencia sugiere que los ácidos grasos omega-3 reducen la síntesis y secreción de partículas de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y aumentan la eliminación triglicéridos, VLDL y partículas de quilomicrones a través de la regulación positiva de enzimas, como la lipoproteína lipasa(32,33).

Se ha demostrado que el consumo de 43 g de nueces al día reduce las concentraciones séricas de colesterol total y colesterol LDL (4,87 ± 0,18 y 2,77 ± 0,15 mmol/L, respectivamente) en adultos con hiperlipemias, en comparación con el grupo control (5,14 ± 0,18 y 3,06 ± 0,15 mmol/L, respectivamente) y los que siguieron la dieta de pescado (5,33 ± 0,18 y 3,2 ± 0,15 mmol/L, respectivamente; p <0,0001). A pesar de estos resultados, la disminución de los niveles de triglicéridos parece ser más modestos en comparación con el consumo de dietas altas en pescado(34,35).

En general, el consumo de frutos secos puede disminuir el colesterol total (-0,09 a -0,28 mmol/L), colesterol LDL (-0,09 a -0,26 mmol/L) y triglicéridos (-0,05 a -0,17 mmol/L). Sin embargo, existe evidencia limitada sobre sus efectos sobre el colesterol HDL(36,37).

Adecuación nutricional y adherencia de dietas basadas en plantas para pacientes con ERC

Según las guías clínicas KDOQI, es recomendable para adultos con ERC una ingestión diaria de energía de 25-35 kcal/kg de peso/día según la edad, el sexo, la actividad física, la composición corporal, los objetivos de peso y la inflamación. Además, sugieren restringir la ingestión de proteínas puede reducir el riesgo de enfermedad renal terminal y mejorar la calidad de vida. Así, se aconseja una dieta con 0,55-0,60 g de proteína/kg de peso/día. No obstante, para adultos con ERC y diabetes, una ingestión de 0,6-0,8 g de proteína/kg de peso/día por día es razonable(15). En la Tabla 3 se resumen las recomendaciones nutricionales para el manejo de pacientes con ERC.

Tabla 3. Recomendaciones nutricionales para el manejo de pacientes con ERC

AVB: alto valor biológico; EAA/KA: alfa-cetoanálogos de aminoácidos; HTA: hipertensión arterial; P: Fósforo; TFGe: tasa de filtración glomerular estimada; VCT: valor calórico total. *Extraído de: Ikizler TA, et al. Am J Kidney Dis. 2020;76(3):S1–107(15). Adaptado de: Kopple JD, et al, editores. Elsevier; 2022(21).

Dado que los individuos con ERC regularmente presentan reducción involuntaria del apetito derivada de la anorexia producida por el síndrome urémico, la promoción de la implementación de estrategias que aseguren la suficiencia nutricional es obligatoria(21). Ya que las dietas basadas en plantas han demostrado tener una gran adherencia por parte de los pacientes y que estas contienen menor cantidad de proteínas animales, la producción endógena de urea es menor(21,38); de ahí que estos regímenes alimentarios suelen controlar de mejor manera el estado nutricional y metabólico(21).

No obstante, es fundamental la planificación cuidadosa para garantizar la ingestión suficiente no solo en términos cuantitativos, sino también cualitativos. Es crucial incluir una variedad de alimentos de origen vegetal que permitan satisfacer la ingestión de aminoácidos esenciales (EAA)(9). Incluso, si es necesario, se pueden brindar suplementos de proteína vegetal(9). Más aún, se recomienda una intervención por tres meses o más con suplementos nutricionales orales si el paciente no demuestra suficiencia nutricional(15).

Manejo del equilibrio electrolítico en dietas basadas en plantas

Controlar el equilibrio electrolítico en una DBP es posible con una planificación cuidadosa y una variedad de alimentos de origen vegetal(39).

Si bien reducir la ingestión de sodio puede ser beneficioso para algunas personas, es importante asegurarse de que el consumo sea suficiente (2300 mg/día) de acuerdo con las recomendaciones, puesto que su ingestión insuficiente provoca desequilibrios electrolíticos(15).

Los regímenes alimentarios basados en plantas tienden a ser ricos en potasio. No obstante, de manera análoga al sodio, se debe considerar la recomendación de ingestión diaria (3500 mg/día) y asegurar que el consumo dietético sea suficiente para mantener los niveles séricos regulares(15).

Si bien muchos alimentos de origen vegetal son ricos en calcio y magnesio, puede ser difícil obtener suficiente en una dieta basada en plantas, por lo que es necesario considerar su suplementación(40). La recomendación de ingestión dietética para el calcio oscila entre 800-1000 mg/día(15), mientras que de lo sugerido para magnesio se encuentra alrededor de los 300 mg/día(21).

Una complicación importante de la ERC es la hiperfosfatemia(41). Un nivel elevado de fosfato sérico se ha relacionado con la calcificación vascular y un mayor riesgo de morbilidad cardiovascular(21). Como resultado, controlar el nivel de fosfato sérico es fundamental para mejorar el pronóstico de los pacientes con ERC(15). Una gran estrategia es identificar las características de la absorción intestinal de las especies de fósforo orgánico e inorgánico. Así, el fósforo vegetal ha demostrado tener menor absorción intestinal que el animal y el inorgánico(21). Por lo tanto, la aplicación de una DBP es potencialmente favorable para mantener los niveles séricos regulares de este electrólito(41).

Adicionalmente, se ha verificado que el nivel sérico del factor de crecimiento fibroblástico 23 (FGF23), que tiene función de fosfatonina, fue significativamente menor en el grupo que consumió menos proteína animal y más proteína vegetal, que en el grupo que consumió más proteína animal y menos proteína vegetal (p <0,05), según un estudio en pacientes con ERC(42).

Dietas basadas en plantas y complicaciones relacionadas con la ERC

Impacto de las dietas basadas en plantas en la salud cardiovascular

Numerosos estudios han encontrado que las DBP, especialmente cuando son ricas en alimentos vegetales de alta calidad como granos enteros, frutas, verduras y nueces, están asociadas con un menor riesgo de resultados cardiovasculares y factores de riesgo en sujetos con ERC.

Además, se ha encontrado que las DBP reducen las lecturas de presión arterial en comparación con otras dietas. Un estudio longitudinal de cinco años mostró que el consumo de una dieta alta en frutas y verduras reduce los niveles de presión arterial sistólica de forma significativa en comparación con grupos control y suplementados con bicarbonato(12).

Un análisis secundario en esta misma población identificó que los sujetos que llevaban una dieta alta en frutas y verduras no desarrollaron eventos de enfermedad cardiovascular en comparación con los otros grupos (p=0,009) durante el seguimiento(43). Los mecanismos que podrían explicar los efectos positivos de una DBP sobre la salud cardiovascular en sujetos con ERC parecen tener relación con el aporte total de fibra de la misma.

En una cohorte de adultos mayores se reportó que una dieta con menor proporción proteínas/fibra dietética se asocia con una menor incidencia de eventos cardiovasculares(44). En este mismo contexto, Kwon y colaboradores observaron una relación significativa e inversa entre la ingestión de fibra dietética y el riesgo de mortalidad cardiovascular en pacientes con ERC(45).

Por otro lado, las DBP pueden modular marcadores bioquímicos de riesgo cardiovascular en pacientes con ERC. Azadbakht y colaboradores demostraron que el consumo de una dieta de 0,8 g/kg de peso/día de proteínas (35 % de proteína animal, 35 % de proteínas de soya texturizada y 30 % de otras proteínas vegetales) frente a una dieta habitual afectó significativamente los niveles de lípidos sanguíneos en sujetos con nefropatía diabética; el valor medio de colesterol total fue -23 ± 5 frente a 10 ± 3 mg/dL (p=0,01), colesterol LDL -20 ± 5 frente a 6 ± 2 mg/dL (p=0,01) y triglicéridos séricos -24 ± 6 frente a -5 ± 2 mg/dL (p=0,01)(46).

Efectos de las dietas basadas en plantas sobre la inflamación y el estrés oxidativo

Los estudios observacionales y de intervención han indicado una asociación inversa entre las DBP, como las dietas mediterráneas y DASH, con concentraciones más bajas de varios biomarcadores de estrés oxidativo e inflamación, como la proteína C-reactiva (PCR) y la interleucina-6 (IL-6)(47).

En comparación con las dietas que incluyen productos animales, se ha descubierto que las DBP son mejores para reducir los compuestos dietéticos inflamatorios, como los productos finales de glicación avanzada (AGE). El potencial antiinflamatorio de las DBP está relacionado con el mayor consumo de frutas y verduras que contienen más vitaminas antioxidantes como la vitamina C, E y betacaroteno, las cuales estabilizan las especies reactivas de oxígeno(48).

González-Ortiz y colaboradores reportaron que una mayor adherencia a una DBP se asoció con niveles significativamente más bajos de IL-6 y PCR en hombres adultos mayores con ERC(11). En este mismo sentido, un metaanálisis reciente de ensayos clínicos no aleatorizados reportó una tendencia a la baja en los niveles de PCR en pacientes con ERC que consumen proteínas vegetales en comparación con las proteínas animales. Asimismo, se identificó que las proteínas animales (huevos y carnes rojas) mostraron tendencias crecientes en los niveles de PCR en comparación con el aislado de proteína de suero(49).

Por otra parte, las DBP pueden modular de forma positiva la microbiota intestinal y disminuir la producción de toxinas urémicas como N-óxido de trimetilamina (TMAO) e indoxil (IS). El TMAO y el IS pueden alterar la permeabilidad de la barrera intestinal y promover la inflamación y el estrés oxidativo en pacientes con ERC; de la misma manera, están implicados en diversas complicaciones asociadas a la ERC como la enfermedad cardiovascular, la anemia, las alteraciones del metabolismo mineral o la progresión de la misma(50).

Dietas basadas en plantas y salud ósea en la ERC

Las dietas ricas en fibra se han asociado con una mejor salud ósea en algunos estudios. Sin embargo, las DBP pueden ser altas en fitatos, que pueden interferir con la absorción de calcio y otros minerales. Además, estas dietas pueden ser bajas en calcio y vitamina D, que son importantes para la salud ósea(51,52).

No hay evidencia de que una DBP, cuando se elige cuidadosamente para mantener niveles adecuados de calcio y vitamina D, tenga efectos perjudiciales sobre la salud ósea. Varios estudios no han demostrado diferencias significativas en la salud ósea entre vegetarianos/veganos y omnívoros siempre y cuando la ingestión de calcio y vitamina D fuera adecuada(53).

Algunos estudios prospectivos de cohortes o longitudinales sugieren beneficios potenciales de una dieta basada en plantas en la salud ósea, pero estas afirmaciones siguen sin probarse. Los hallazgos teóricos sugieren que una dieta basada en plantas a largo plazo puede reducir el riesgo de osteoporosis, aunque los mecanismos son actualmente especulativos.

Una revisión sistemática reciente evaluó los efectos del consumo de proteínas de origen vegetal sobre la función renal y los resultados del trastorno óseo mineral en adultos con ERC en estadios 3-5. Los resultados mostraron que los niveles de fosfato en suero son significativamente más bajos en sujetos que llevan dietas ovolactovegetarianas en comparación con pacientes con dietas omnívoras, lo que sugiere que las primeras podrían prevenir la hiperfosfatemia y, con ello, el riesgo de desarrollar trastorno mineral óseo asociado a ERC(54).

Consideraciones prácticas y el papel del nutricionista en la prescripción de dietas basadas en plantas en la ERC

La transición a una DBP para pacientes con ERC requiere una planificación cuidadosa y la orientación de un nutricionista con experiencia en la atención de pacientes con patologías renales para determinar las necesidades específicas y proporcionar recomendaciones personalizadas(55).

En general, se recomienda hacer la transición gradual a una dieta basada en plantas. Es crucial iniciar con la incorporación gradual y progresiva de comidas a base de plantas. Esto permite la adaptación a los cambios y garantiza un enfoque equilibrado y sostenible(55).

Sin embargo, la implementación de estos regímenes puede acarrear diversas dificultades como(56):

• Insuficiencia de nutrimentos: asegurar que los pacientes con ERC reciban cantidades suficientes de nutrimentos esenciales (proteínas, vitamina B12, hierro y calcio) en una DBP puede ser un desafío. La planificación y la monitorización cuidadosos son necesarias para satisfacer sus necesidades nutricionales individuales.
• Sabor y familiaridad: algunos pacientes con ERC pueden encontrar difícil adaptarse a los sabores y texturas de los alimentos de origen vegetal, especialmente si tienen preferencias dietéticas específicas.
• Factores culturales y sociales: pueden influir en las elecciones dietéticas.
• Practicidad y conveniencia: las DBP pueden requerir más planificación, preparación y cocción en comparación con otros patrones dietéticos, lo que dificulta su incorporación en rutinas diarias, especialmente si carecen de tiempo o tienen habilidades culinarias limitadas.
• Inversión económica: las DBP pueden ser rentables, pero ciertos alimentos de origen vegetal, como los productos frescos y los productos especiales a base de plantas, pueden ser más costosos.

Para abordar estos desafíos, los nutricionistas deben:

• Proporcionar educación y orientación sobre cómo satisfacer las necesidades de nutrimentos a través de fuentes vegetales y suplementos apropiados si es necesario.
• Ofrecer ideas de recetas y consejos de cocina para hacer que las comidas basadas en plantas sean más agradables y manejables.
• Ser culturalmente sensibles y trabajar con pacientes con ERC para encontrar alternativas basadas en plantas que se alineen con sus preferencias y tradiciones culturales.
• Proporcionar soluciones prácticas para incorporar comidas basadas en plantas en las rutinas diarias.
• Ofrecer información sobre fuentes de proteínas de origen vegetal rentables y sugerir estrategias de planificación de comidas económicas.

Monitorización y evaluación del cumplimiento dietético

Es importante controlar el cumplimiento dietético de las DBP en pacientes con ERC para garantizar que los pacientes reciban los nutrimentos adecuados y sigan las guías clínicas. Por tal motivo, es de suma importancia contar con un protocolo de trabajo que contemple los componentes de la monitorización en términos del proceso de atención nutricional(21). En la Tabla 4 se presentan las principales pruebas ambulatorias recomendadas en pacientes con ERC que siguen una DBP.

Tabla 4. Pruebas ambulatorias recomendadas en una dieta basada en plantas

Adaptado de: Kopple JD, et al, editores. Elsevier; 2022(21).

Para verificar el cumplimiento dietético del régimen alimentario prescrito se deben utilizar herramientas validadas como el registro dietético o cuestionarios de frecuencia alimentaria. No obstante, el registro dietético puede proporcionar información precisa solo si los pacientes son instruidos y la ingestión se registra durante al menos 7 días, puesto que el porcentaje de subregistro puede alcanzar el 72,5 % en sujetos con ERC(15).

En otra instancia y de manera más indirecta, la tasa catabólica de proteínas (PCR) se puede utilizar para evaluar la ingestión de proteínas en pacientes con ERC debido a que se encontraron correlaciones significativas con el registro dietético(15).

En general, esto requiere un enfoque multidisciplinario que implique controles regulares, así los pacientes pueden asegurarse de que están recibiendo los nutrimentos adecuados y siguiendo las pautas dietéticas recomendadas para apoyar su salud renal.

Conclusión

Esta revisión narrativa examinó la evidencia en relación con la aplicación de una DBP y la ERC. Aunque la evidencia es limitada en ciertos aspectos, se sugiere que una DBP puede ayudar a controlar la presión arterial, reducir la inflamación y mejorar el perfil de lipoproteínas. Sin embargo, es crucial superar los desafíos nutricionales asociados con la adopción de este tipo de régimen alimentario en el contexto de dicha patología. Por último, se necesita más investigación para comprender los efectos específicos de las DBP en la ERC para evaluar los resultados clínicos y la progresión a largo plazo.

Conflictos de interés

Los autores declaran que no tienen conflictos de interés.

Financiamiento

El presente estudio no tuvo financiación.

Declaración de autoría

M. Ponce y D. Ponce contribuyeron igualmente a la concepción y diseño de la investigación; B. Mariños y C. Arteaga contribuyeron a la interpretación de los datos; y M. Ponce, B. Mariños y C. Arteaga redactaron el manuscrito. Todos los autores revisaron el manuscrito, acuerdan ser plenamente responsables de garantizar la integridad y precisión del trabajo, y leyeron y aprobaron el manuscrito final.

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Papel de la microbiota intestinal en el desarrollo del síndrome metabólico: revisión narrativa

Role of the gut microbiota in the development of
metabolic syndrome: narrative review

Papel da microbiota intestinal no desenvolvimento da
síndrome metabólica: revisão narrativa

Rosario Adriana Reyes-Díaz1*, Nidia Mercedes Cruz-Lara1.

Recibido: 30 de mayo de 2023. Aceptado para publicación: 18 de noviembre de 2023.

Publicado en línea: 18 de noviembre de 2023.

https://doi.org/10.35454/rncm.v7n1.551

1 Facultad de Nutrición, Universidad Veracruzana. Veracruz, México.

*Correspondencia: Rosario Adriana Reyes Díaz.

rosareyes@uv.mx

Resumen

El síndrome metabólico se define como una serie de anormalidades metabólicas que predisponen a los individuos a desarrollar diabetes y/o enfermedades cardiovasculares. La prevalencia aumenta según factores como la edad, el sexo, la etnia e inclusive el estado de la microbiota intestinal. El correcto estado y equilibrio de la microbiota, “eubiosis”, o su desequilibrio, “disbiosis”, condiciona el funcionamiento de distintos mecanismos como el de control de saciedad, homeostasis de la glucosa y la insulina, estado de inflamación y formación de placa de ateroma. De esta manera, la siguiente revisión tiene el objetivo de identificar la relación entre la microbiota intestinal y los factores relacionados con el síndrome metabólico.

Palabras clave: microbiota; microbioma gastrointestinal; probióticos; prebióticos; síndrome metabólico.

Summary

Metabolic syndrome is defined as a series of metabolic abnormalities that predispose individuals to develop diabetes and/or cardiovascular disease. The prevalence increases according to factors such as age, sex, ethnicity, and even the state of the gut microbiota. The correct state and balance of the microbiota “eubiosis”, or its imbalance “dysbiosis”, conditions the functioning of different mechanisms, such as satiety control, glucose and insulin homeostasis, state of inflammation, and formation of atheromatous plaque. In this manner, the following review aims to identify the relationship between the intestinal microbiota and the factors related to metabolic syndrome.

Keywords: microbiota; gastrointestinal microbiome; probiotics; prebiotics; metabolic syndrome.

Resumo

A síndrome metabólica é definida como uma série de anormalidades metabólicas que predispõem os indivíduos a desenvolver diabetes e/ou doenças cardiovasculares. A prevalência aumenta de acordo com fatores como idade, sexo, etnia e até mesmo estado da microbiota intestinal. O correto estado e equilíbrio da microbiota, “eubiose”, ou o seu desequilíbrio “disbiose”, condiciona o funcionamento de diferentes mecanismos, como o controlo da saciedade, a homeostase da glicose e da insulina, o estado de inflamação e a formação de placa de ateroma. Dessa forma, a seguinte revisão tem como objetivo identificar a relação entre a microbiota intestinal e os fatores relacionados à síndrome metabólica.

Palavras-chave: microbiota; microbioma; probióticos; prebioticos; síndrome metabólica.

Puntos clave

• La microbiota intestinal actúa como un factor que previene o predispone el desarrollo de síndrome metabólico.
• Las implicaciones de la microbiota intestinal en el metabolismo de macronutrientes (como carbohidratos y lípidos), micronutrientes (como las vitaminas y minerales), así como sus implicaciones en la producción de sustancias (como sales biliares, hormonas y desarrollo de tejidos como el intestinal y el linfoide) han hecho que se piense que la microbiota intestinal va mucho más allá de ser solo un conjunto de bacterias.
• El estado de disbiosis observado en la microbiota intestinal conlleva un desequilibrio caracterizado por un aumento de toxinas y sustancias proinflamatorias que, aunadas a una permeabilidad intestinal, condicionan una serie de anormalidades metabólicas.
• El estado proinflamatorio mediado por la disbiosis facilita el desarrollo de la resistencia a la insulina, el desbalance energético y la formación de placa de ateroma.
• El ser humano tiene la capacidad de modular la composición de su microbiota mediante el consumo de prebióticos como la fibra, probióticos como los lácteos fermentados o adoptando patrones alimentarios como la dieta mediterránea, siempre aunado a hábitos saludables como la práctica de ejercicio, los cuales actuarían como acciones preventivas en el desarrollo del síndrome metabólico y contribuiría a reducir su prevalencia.

Introducción

El síndrome metabólico (SM) es un problema de salud pública. La Federación Internacional de Diabetes (IDF) estima que un cuarto de la población mundial lo presenta; no obstante, es difícil estimar su prevalencia exacta, pues varía según la región, la población estudiada o la definición utilizada(1).

Clínicamente es definido como el desarrollo simultáneo o secuencial de una serie de anormalidades metabólicas(2,3), las cuales predisponen a la aparición de enfermedades cardiovasculares y/o diabetes mellitus tipo 2 (DM2)(2).

Los organismos internacionales como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Asociación Estadounidense de Endocrinología (ACE) y la IDF(2) coinciden en los elementos clínicos y de laboratorio que conforman el diagnóstico: obesidad central, hipertensión arterial, trastornos en el metabolismo de la glucosa, resistencia a la insulina (RI)(2), elevación de triglicéridos y dislipidemia aterogénica(4); sin embargo, discrepan en aspectos como puntos de corte, estrategias de medición, o énfasis en algún componente en particular(3), lo cual complica el poder establecer prevalencias(2).

De una manera general, se considera que un paciente tiene SM cuando presenta tres o más anormalidades como: circunferencia de cintura ≥90 cm en hombres o ≥80 cm en mujeres, presión arterial ≥130/85 mm Hg, triglicéridos ≥150 mg/dL, colesterol HDL <40 mg/dL en hombres o <50 mg/dL en mujeres o glucosa en ayunas ≥126 mg/dL(5).

Dentro de los factores que contribuyen a aumentar la prevalencia(6) se encuentran el sexo (se observa una mayor presencia de SM en mujeres(2)), la edad, la etnia(6) e inclusive el estado de la microbiota intestinal. En relación con este último factor se ha demostrado una fuerte interacción de la microbiota con el metabolismo del huésped, y se afirma que eventos que comienzan en el intestino a menudo tienen efectos de gran alcance más allá de este(2), por lo cual el motivo de esta revisión es identificar la relación entre la microbiota intestinal y los factores relacionados con el síndrome metabólico.

Análisis y discusión

Microbiota: definición, origen y características

La microbiota se define como el conjunto de microorganismos que residen en el organismo humano(7,8), al menos 1013 unidades formadoras de colonias por gramo dominadas por más de 1000 especies diferentes de bacterias, más de 7000 cepas, virus, protozoos, arqueas e incluso hongos(9).

En el tracto gastrointestinal se dice que la sección superior está colonizada principalmente por bacterias aeróbicas, mientras que la sección inferior está poblada principalmente por bacterias anaeróbicas(10).

El tipo, el número y la distribución de la microbiota están determinados por aspectos como el pH, la disponibilidad de oxígeno, la cantidad de nutrientes, las tasas de flujo digestivo y las enzimas secretadas(10). De esta manera, en el tracto digestivo, donde el pH es ácido (pH2), se encontrarán especies aerobias y resistentes a la acidez como la Helicobacter pylori; por otro lado, en el intestino delgado, con pH4 y poco oxígeno, se encontrarán especies aerotolerantes como bacterias de los géneros Streptococcus y Lactobacillus, mientras que en el intestino grueso, con pH7, un hábitat anaerobio y con gran cantidad de alimento encontraremos a la mayoría de los microorganismos(11).

Los principales grupos que residen en el tracto digestivo humano son de cinco filos principales: Firmicutes (con géneros como Faecalibacterium, Ruminococcus, Clostridium, Eubacterium, Lactobacillus, Veillonella, Bacillus, Streptococcus, Lachnospiraceae y Roseburia), Bacteroidetes (con géneros como Porphyromonas, Bacteroides, Prevotella y Alistipes), Proteobacterias (como la Helicobacter), Actinobacterias (con géneros como Bifidobacterium y Collinsella) y Verrumicrobias(9,10).

El desarrollo de la microbiota intestinal inicia casi inmediatamente después del nacimiento: el tracto gastrointestinal pasa a ser colonizado apenas poco después(12); no obstante, la composición de la microbiota es relativamente simple y poco diversa en ese momento de la vida(8,13). Varía mucho de un recién nacido a otro dependiendo de aspectos como el tipo de parto, la frecuencia de la lactancia, el tipo de lactancia, el entorno (hospitalario o doméstico, urbano o rural), así como la interacción con gente a su alrededor (presencia de hermanos) o presencia de mascotas(13,14).

La microbiota del recién nacido suele estar dominada por microorganismos pertenecientes a los filos Proteobacterias y Actinobacterias(8) para, después del destete, comenzar a estabilizarse y establecer lo que se considera la huella dactilar de la microbiota intestinal a lo largo de la vida(13). Durante los dos años siguientes, la microbiota pasará a estar dominada por bifidobacterias y seguirá cambiando según la edad, el ambiente, la dieta y el uso de antibióticos(12).

Como adultos jóvenes, la microbiota intestinal tendrá alrededor de 100 billones de microorganismos, un tercio de estos serán comunes en todas las personas, mientras que el resto será específico para cada individuo(7). De igual manera, es importante establecer que estaremos ante una microbiota residente, aquella característica de cada región del organismo, y una microbiota transitoria compuesta por microorganismos variables que colonizan de forma intermitente una determinada región(8,12).

Si bien estudios señalan que la microbiota alcanza su máxima diversificación en la vida adulta(12), también se establece que la gran mayoría de estas bacterias no serán dañinas para la salud(9), pero será importante no conducirnos a estados de desequilibrio(15) entre bacterias de tipo beneficiosas y aquellas de tipo patógenas(7).

De esta manera, la microbiota intestinal, como un complejo ecosistema en un estado sano y equilibrado denominado eubiosis, expresará efectos positivos como la regulación de funciones de tipo epiteliales, metabólicas e inmunitarias(13); por el contrario, en un estado desequilibrado denominado disbiosis puede propiciar un estado crítico donde se vean alterados procesos relacionados con la salud, el desarrollo de condiciones patológicas y/o las enfermedades(15,16).

Aunque no está clara la composición taxonómica exacta de lo que constituye una microbiota intestinal “saludable” o parámetros cuantitativos, es evidente que la diversidad microbiana es un componente esencial para la salud del huésped(17). Un ejemplo de esto es la ya mencionada Helicobacter pylori, bacteria relacionada con gastritis, úlceras e incluso tumores(11), o la bacteria Clostridium difficile, la cual se asocia con cuadros diarreicos si presenta crecimientos descontrolados(18).

La microbiota intestinal ha demostrado tener funciones protectoras, estructurales y metabólicas, lo cual la ha hecho pasar de ser un “simple comensal” a ser considerada un “órgano metabólico”(12) con un papel importante en procesos de digestión, nutrición y mantenimiento de homeostasis energética(13).

Los polisacáridos complejos, proteínas, lípidos y otros componentes de la dieta que escapan a la digestión en el intestino delgado(13) son precisamente procesados y posteriormente fermentados por la microbiota intestinal, lo que da como resultado gases como CO2, CH4 y H2(13), azúcares simples y ácidos grasos de cadena corta (AGCC)(11,13) como acetato, propionato y butirato en la proporción 60:25:15(19).

El acetato, posterior a que es absorbido y transportado, actúa a nivel periférico como sustrato para que el colesterol sea sintetizado, mientras que el propionato participa activamente en la gluconeogénesis una vez captado por la circulación portal(19); en adición, dentro de su comportamiento junto con el butirato se encuentra una acción inhibitoria sobre las histonas desacetilasas de células tumorales, con lo que estarían realizando mecanismos de efecto anticancerígeno y antitumoral en el huésped, la cual se ha podido observar tanto en cáncer colorrectal como en linfomas en experimentos in vitro e in vivo(20).

La microbiota intestinal es responsable de la desconjugación de ácidos biliares mediante procesos de desconjugación y deshidroxilación en la luz intestinal gracias a las enzimas hidrolasas de sales biliares, las cuales se encuentran en muchas especies bacterianas, pero principalmente en los filos Firmicutes y Bacteroidetes(19,21).

La hidrólisis inhibe la recaptación de ácidos biliares por los enterocitos, lo que impide su recirculación enterohepática y propicia su eliminación con implicaciones importantes en la absorción de grasas(19).

Otras funciones metabólicas incluyen su intervención en la depuración de toxinas provenientes de la dieta, su papel coadyuvante en la producción de ácido linolénico conjugado, su participación en la reducción de oxalato en el intestino, así como el metabolismo de xenobióticos(8,22); de igual forma mejora la disponibilidad y la absorción de nutrientes(13), como los electrólitos y el hierro(8,19,22), y también interviene en la síntesis de algunas vitaminas y cofactores enzimáticos como vitamina B1, B2, B12, PP, K, H, ácido pantoténico, ácido fólico y piridoxina(8,19,22).

En relación con esta última vitamina, producida por la acción bacteriana, estudios señalan como la piridoxina estimula la vigilancia antitumoral por parte del sistema inmune en el huésped, y son solo un ejemplo de cómo la microbiota intestinal se relaciona con el sistema inmunológico(20).

En su papel estructural(22), la microbiota intestinal estimula el crecimiento y el desarrollo de los enterocitos(8,22), lo que favorece la integridad de la barrera intestinal(22), y ocupa la capa mucosa exterior del epitelio intestinal desde donde interactúa con el entorno luminal; mientras que, por el otro lado, la capa mucosa interior del epitelio intestinal limita la exposición de las células epiteliales a la microbiota y otros patógenos potenciales(17).

Así pues, las bacterias residentes sirven como una línea crucial de resistencia a la colonización e invasión de microbios exógenos, lo que establece una relación simbiótica y compleja entre microbiota y epitelio intestinal y actúa como un fuerte mecanismo de defensa inmune(17).

El papel protector no se limita solo al intestino, la microbiota intestinal también se relaciona con el buen estado del sistema inmune(12). El tejido linfoide asociado al intestino (GALT) permanece en constante contacto con la microbiota intestinal, lo cual le permite mantener una comunicación bidireccional(22).

Por un lado, el GALT protege al intestino mediante la generación de células B que producen inmunoglobulina A (IgA) y que monitoriza constantemente el estado del contenido luminal(13); por el otro, la estimulación bacteriana ayuda al correcto estado y desarrollo del GALT, aspecto importante por las implicaciones de este último con procesos de inflamación sistémica(12).

En este sentido, la microbiota intestinal termina asociándose con enfermedades crónicas cuya fisiopatología involucra inflamación como obesidad, enfermedad inflamatoria intestinal, esteatosis alcohólica, cirrosis hepática, diabetes mellitus, aterosclerosis y algunos tipos de cáncer, así como una relación directa con las alteraciones necesarias para el desarrollo del síndrome metabólico(7).

Microbiota intestinal y su relación con el estado inflamatorio

La dieta, la diarrea exudativa, un aumento en la concentración de ácidos biliares, la herencia, entre otros factores, pueden generar un estado de disbiosis y con ello aumentar la expresión de los lipopolisacáridos (LPS)(23).

Los LPS son moléculas proinflamatorias que generalmente se encuentran en la pared celular de bacterias gramnegativas; después de la muerte de la bacteria estas son liberadas y luego absorbidas por el intestino(19), lo que contribuye a la degradación de la capa mucosa y provoca la translocación tanto de LPS como de otros metabolitos bacterianos como el ácido fenilacético, la trimetilamina (TMA) y el propionato de imidazol(23) al sistema circulatorio, estado denominado endotoxemia(23,24).

Los receptores de reconocimiento celular de las células del sistema inmune innato, receptores Toll-like (TLR), se activan en respuesta a estos estímulos microbianos(8), lo que a su vez activa la transcripción y la síntesis de diferentes citocinas(8).

Por ejemplo, en el caso de los LPS, estos contienen lípido A, el cual inicia una cascada de señalización(19) al actuar como ligando para los TLR2 y TLR4; una vez activados, estimularán la liberación de distintas citocinas inflamatorias como el factor de necrosis tumoral (TNF-α), la interleucina 6 (IL-6), interleucina-1 beta (IL-1β) y otras citocinas proinflamatorias(8,13), las cuales aumentan el estrés oxidativo(19) y propician el desarrollo de un estado inflamatorio(8).

Esta inflamación crónica de bajo grado alcanza y afecta a órganos remotos como el hígado, el tejido adiposo y el sistema cardiovascular, lo que da pie a las diferentes alteraciones observadas en el SM(23,24).

Microbiota intestinal y su relación con la obesidad

La microbiota intestinal participa en la homeostasis energética, y los estados de inflamación desempeñan un papel importante en la fisiopatología de la obesidad debido a que también está implicada en el control de peso; algunos mecanismos que profundizan en este último punto son los siguientes(16):

El intestino y el hipotálamo tienen un complejo sistema de comunicación, el cual no solo se basa en el sistema nervioso, sino también en la secreción de hormonas relacionadas con el balance energético(8).

Estudios tanto en ratones como en humanos han demostrado que los AGCC producidos por la microbiota intestinal estimulan hormonas íntimamente relacionadas con el control del apetito(17,25).

La microbiota mejora la producción intestinal del péptido anorexigénico YY (PYY), una hormona liberada por las células epiteliales del íleon y del colon, y estimula a la hormona leptina asociada con los adipocitos, lo que aumenta los niveles de saciedad y promueve la reducción de la ingesta de energía(17).

Trabajos recientes han demostrado que los AGCC tienen propiedades neuroactivas que les permite la modulación directa del control del apetito(17).

El acetato si bien estimula la producción en el estómago de concentraciones más altas de grelina, una hormona esencial para la regulación del apetito(19), también puede cruzar la barrera hematoencefálica y mejorar la neurotransmisión hipotalámica, reprimir apetito y reducir ingesta de energía(17).

De manera similar, el butirato puede suprimir la actividad de neuronas orexigénicas en el hipotálamo y los aferentes vagales en el tronco encefálico, mediando en la reducción de la ingesta de alimentos y protegiendo contra los efectos de la alimentación rica en grasas(17).

Es importante señalar que, en comparación con las personas delgadas, las personas obesas tienen una diversidad bacteriana notablemente menor, razón por la cual la disminución de la riqueza de genes microbianos fecales se asocia con marcadores fisiológicos para el desarrollo de obesidad(17). Un ejemplo de esto sería la reducción en los filos Firmicutes y Bacteroidetes ya que cuando se altera la acción enzimática de estos filos, también lo hace la composición de las sales biliares, lo que a su vez altera la señalización de hormonas, facilita la absorción de grasas y propicia el desarrollo de obesidad(21).

Microbiota intestinal y su relación con el desarrollo de resistencia a la insulina

Los AGCC influyen en el metabolismo de carbohidratos al estimular la secreción de péptidos a nivel intestinal, como el péptido similar al glucagón 1 (GLP-1) y el péptido similar al glucagón 2 (GLP-2).

Estas hormonas, también denominadas incretinas, son producidas por las células enteroendocrinas del tubo digestivo(8,16). Como incretinas ejercen una fuerte influencia sobre el vaciado gástrico, promueven el estado de saciedad, protegen a las células β frente a la apoptosis y mantienen la homeostasis de la glucosa.

Bajo la estimulación de las incretinas, la insulina se secreta solo en caso de hiperglucemia(19), lo cual ayuda a evitar estados de hiperinsulinemia persistente(8,19).

La estimulación de las incretinas, derivada de la microbiota intestinal, se puede explicar a través de la estimulación al receptor FFAR2 (receptor de ácidos grasos libres-2) acoplado a la proteína G en la mucosa del colon(25), con lo que los AGCC estarían estimulando la secreción de GLP-1; de este modo, estarían proporcionando indirectamente señales que suprimen la secreción de glucagón e inducen secreción de insulina, lo que promueve la homeostasis de la glucosa(25).

En un estado de endotoxemia metabólica se ve alterada la secreción de GLP-1 y GLP-2(17). Medicamentos como la metformina parecen inducir modificaciones benéficas en la microbiota intestinal y, por lo tanto, promover el aumento de GLP-1(19); sin embargo, el aumento de propionato de imidazol mediado por estados de disbiosis puede interferir con la metformina debido a que ambas buscan actuar sobre el AMPk, la primera activándolo y la segunda desactivándolo(26).

En pacientes con DM se ha observado una cantidad alta de Bacteroidetes y Proteobacterias frente a una cantidad notablemente baja de Firmicutes(19).

Los Firmicutes producen butirato, AGCC que han demostrado tener efectos antiinflamatorios y promover el aumento de la sensibilidad a la insulina, por lo que un descenso en este filo impactaría negativamente al huésped(19). Este desequilibrio entre Firmicutes y Bacteroidetes modifica significativamente los tipos de AGCC producidos. Los Bacteroidetes producen principalmente acetato y propionato, y un aumento en la producción de acetato combinado con la reducción de butirato acentúa el aumento del grado de la RI(19).

Los desequilibrios entre géneros producen cambios en las vías metabólicas y de señalización que influyen en la autoinmunidad mediada por células T y trastornos autoinmunes; de tal manera que los cambios en la diversidad de la microbiota se reconocen en la progresión de muchos trastornos metabólicos, incluyendo la DM2 y diabetes mellitus tipo 1 (DM1)(27).

Microbiota intestinal y salud cardiovascular

La microbiota intestinal también tiene relación con el desarrollo de enfermedades cardiovasculares(28), y un mecanismo de relación entre ambos se encuentra nuevamente en un estado de disbiosis(29).

Al haber un mayor número de bacterias gramnegativas, mayor será la cantidad de LPS y estas endotoxinas son consideradas como compuestos proaterogénicos(28). Los LPS favorecen la oxidación de las LDL, la generación de citocinas proinflamatorias, el aumento de estrés oxidativo, la disminución de óxido nítrico (NO) y la elevación de la endotelina-1 (ET-1), situaciones que en su conjunto conducen a la vasoconstricción y el aumento de la presión arterial(29).

Las personas que llevan una dieta alta en grasas, en la que hay una reducción del flujo sanguíneo, presentan un cuadro de translocación de endotoxinas; por lo tanto, cuando el LPS ingresa al torrente sanguíneo, induce la formación de células espumosas y la acumulación de colesterol(28). Por otro lado, cambios ateroescleróticos estarían sucediendo como resultado de un aumento de las cepas Clostridiaceae y Peptostreptococcaceae, cepas que estarían fuertemente vinculadas con el aumento en la producción de N-óxido de trimetilamina (TMAO)(28).

Los mecanismos mediante los cuales este otro metabolito proaterogénico TMAO aumenta el riesgo cardiovascular son: aumentar el calcio sérico, activar las vías protrombóticas, apoyar a la diferenciación de monocitos a macrófagos y la formación de células espumosas, alterar la remodelación cardíaca, disminuir el NO y activar tanto el factor nuclear-κB (NF-κB) como demás interleucinas proinflamatorias.

Por tal motivo, la relación entre enfermedades cardiovasculares y la microbiota intestinal estaría basada en múltiples mecanismos que involucran disbiosis, permeabilidad intestinal y estado de endotoxemia(28).

Nutrición y estilo de vida

La dieta aparece como el elemento clave para la relación simbiótica entre la microbiota intestinal y el ser humano, esto quiere decir que el ser humano es capaz de influir y modular tanto la estructura como la composición de su microbiota a través de su dieta(15).

Con respecto a los macronutrientes, el consumo de proteínas se correlaciona positivamente con la diversidad microbiana. Sin embargo, el aumento de determinados géneros puede estar asociado con el tipo de proteína, por ejemplo, el consumo de proteína de origen animal se asocia con el aumento de géneros como Bacteroides, Alistipes y Bilophila, pero no es así en personas cuya alimentación se basa únicamente en proteína de origen vegetal(10).

En cuanto a los lípidos, una dieta alta en grasas saturadas aumentaría la proporción relativa de Faecalibacterium prausnitzii(7) y una disminución de Bifidobacterium, Bacteroidetes, Bacteroides, Prevotella y Lactobacillus(10), lo que a largo plazo se estaría asociando con un mayor número de bacterias que contienen LPS, así como una mayor fuga de este compuesto desde la luz intestinal hasta el plasma(13).

Una dieta baja en grasas conduciría a una mayor abundancia de Bifidobacterium con un efecto reductor sobre los niveles de glucosa y colesterol total(7) y una dieta enriquecida en ácidos grasos monoinsaturados y ácidos grasos poliinsaturados, eleva las Bifidobacterium y Akkermansia muciniphila con implicaciones benéficas para el estado de salud(10).

En relación con los carbohidratos, se ha observado que los azúcares simples, como la sacarosa y la fructosa, causan una rápida desregulación de la microbiota y, por ende, del huésped(10).

Al contrario, la fibra, como carbohidrato complejo, tiene un efecto regulador al ser un carbohidrato no digerible y llega al intestino grueso donde se somete a la fermentación por parte de los microorganismos residentes(7); esta propiedad la cataloga como prebiótico(7), que es todo aquel ingrediente alimentario no digerible que estimula selectivamente el crecimiento y la actividad de un número limitado de especies de bacterias(18).

Los prebióticos sustentan preferentemente el crecimiento de Bifidobacterium y Lactobacillus(10,17) al modular el pH intestinal, también crean un entorno bactericida para enteropatógenos como Clostridium perfringens y Escherichia coli(17).

El efecto microbiano de los prebióticos refuerza la función de barrera de la mucosa y la inmunidad entérica, y estimula la producción de hormonas que regulan la señalización de hambre y saciedad(17).

Los AGCC producidos de las fibras prebióticas, particularmente el propionato, puede unirse a los receptores en la superficie de las células epiteliales, lo que promueve secreción de incretinas y PYY con su respectivo impacto sobre la modulación del hambre y la saciedad(17).

Otros alimentos considerados como prebióticos son las alcachofas, el plátano, los frijoles, las lentejas, la papa, el ajo, la cebolla, el puerro, la soya, el trigo, la avena cruda y la cebada, los cuales son ricos en compuestos como la inulina, la rafinosa, la estaquiosa, la polidextrosa, los xiloolosacáridos y los arabinooligosacáridos, los fructooligosacáridos y los galactooligosacáridos(7).

En una situación en la que la microbiota se encuentre alterada, podría verse afectada positivamente o inclusive podría ser parcialmente restaurada mediante la suplementación con probióticos(16). Los probióticos, definidos como microorganismos vivos que se administran en determinadas cantidades, han demostrado tener efectos benéficos a la salud(30) debido a que la mayoría pertenece a especies con funciones similares a las de la microbiota simbiótica. Los probióticos han mostrado la capacidad de hidrolizar sales biliares y reducir la acumulación de la grasa, la inflamación sistémica y los valores de leptina(21).

En cuanto a las condiciones y patologías en las que han podido ser confirmados dichos beneficios se incluyen gastroenteritis, gastroenteritis por rotavirus, diarrea del viajero, diarrea inducida por radioterapia, entre otras, como la obesidad(30).

La acción de los probióticos sobre la obesidad está mediada por los AGCC, aunque existen varias hipótesis. El mecanismo más probable implica la capacidad del propionato y el butirato para unirse a los receptores acoplados a la proteína G, lo que estimula la producción del PYY y GLP-1; aunado a esto, los AGCC activarían la gluconeogénesis intestinal y la glucosa liberada desencadenaría una señalización en distintos órganos: en el cerebro estaría induciendo saciedad y sensibilidad a la insulina; en el páncreas, un aumento de insulina y reducción de la síntesis de glucagón; en el hígado podría afectar la tasa de lipolisis y propiciar un menor almacenamiento de lípidos; en el músculo esquelético, un aumento de la síntesis de glucógeno y una reducción de la glucólisis; y en el tejido adiposo, una reducción de la adiposidad mediada por insulina(16). Sin embargo, serán la cepa y la dosis indicada las que dictaminen los posibles efectos y eficacia.

Los probióticos más usados, comúnmente grampositivos, son: Lactobacillus, Bifidobacterium y levaduras como Saccharomyces boulardii(30).

Hay alimentos que contienen probióticos, como los productos lácteos, los cuales han comprobado tener efectos benéficos como reguladores de la presión arterial. En especial, se habla de los lácteos fermentados, de manera más específica aquellos que contienen cepas de Lactobacillus helveticus, y sus efectos inhibitorios sobre la enzima convertidora de angiotensina (ECA), que, sumado a sus efectos hipocolesterolemiantes, contribuyen al efecto hipotensor de esta cepa(31).

Otro ejemplo es la Akkermansia muciniphila, perteneciente al filo Verrucomicrobia, que ha demostrado ser factible y segura como probiótico y efectos benéficos en pacientes obesos como una mejoría de la sensibilidad de la insulina, niveles bajos de colesterol plasmático (c-LDL), triglicéridos, niveles de glucosa y niveles de LPS, y un aumento de la actividad antioxidante plasmática, lo que puede ayudar a reducir la endotoxemia metabólica(32).

La Akkermansia puede consumirse como probiótico o se puede hacer uso de prebióticos para inducir su crecimiento de manera selectiva. Dentro de los alimentos que apoyarían un incremento de dicha cepa se destaca el nopal, las semillas de chía, la proteína de soya o la suplementación con extracto de granada, resveratrol, polidextrosa, EpiCor o butirato de sodio. Seguir una dieta alta en FODMAP (oligo, di, monosacáridos y polioles fermentables) también es una opción para aumentar la concentración de Akkermansia muciniphila(32).

En relación con este último punto, ciertos patrones alimentarios determinarían la composición de la microbiota. Estudios señalan que un incremento en la ingesta de proteínas y grasa animal, junto con la ausencia del consumo de fibra dietética, aumenta la abundancia de anaerobios tolerantes de las sales biliares (Alistipes, Bilophila y Bacteroides)(10,15), pero disminuye niveles de especies que metabolizan carbohidratos complejos (Roseburia, Eubacterium rectale y Ruminococcus bromii)(15).

La adherencia a un patrón de dieta basado en el estilo mediterráneo, caracterizado por un alto contenido en productos ricos en polifenoles (aceite de oliva extra virgen, vino tinto, vegetales, legumbres, cereales integrales y frutos secos), un consumo elevado de ácidos mono- y poliinsaturados y un bajo consumo de grasas saturadas y azúcares refinados podría influir positivamente en la microbiota intestinal, por ejemplo, puntuaciones más altas de bifidobacterias(10).

Es importante remarcar que los polifenoles no solo inducen un aumento de bifidobacterias y Lactobacillus, sino también impactan sobre especies de Clostridium, como el caso Clostridium perfringens y Clostridium histolyticum, los cuales disminuyen(10).

Los estilos de vida y hábitos también guardan íntima relación con el estado de la microbiota intestinal. Wutthi-In y colaboradores en 2020 realizó un estudio en 111 pacientes tailandeses con SM para identificar patrones comunes o enterotipos. Si bien los perfiles de la microbiota intestinal de estos pacientes fueron diversos, los autores pudieron clasificarlos en tres grupos o enterotipos: el enterotipo 1, identificable por Ruminococaceae; el enterotipo 2, identificable por Prevotella; y el enterotipo 3, identificable por Bacteroides(5).

Wutthi-In y colaboradores detectaron que el enterotipo 2 pertenecía a personas que, además de tener SM, presentaban una alta frecuencia de tabaquismo y consumo de alcohol(5); esto sugiere una relación potencial entre estos comportamientos y el enriquecimiento del género Prevotella(5), género implicado con un peor estado de salud bucal(33).

Por otro lado, estudios señalan que la práctica de ejercicio serviría como modulador de la microbiota intestinal(34), lo que mejora tanto respuesta inmune como perfil metabólico. El nivel de mejora(21) dependería de varios factores como la intensidad, la duración del entrenamiento, el tipo de ejercicio que se realice(34) e, inclusive, el peso, ya que se observa un mayor predominio de Bacteroides si el ejercicio es realizado por personas que padecen obesidad, o de Faecalibacterium y Lachnospiraen en sujetos de peso normal(21).

En términos generales, los efectos del ejercicio parecen ser de tipo protectores, lo que favorece la diversidad del ecosistema microbiano tanto de forma cuantitativa como cualitativa(34).

Campaniello y colaboradores realizaron un análisis a distintos estudios que vinculan tipo de ejercicio y/o duración-intensidad con su efecto sobre ciertos filos. Los resultados muestran ser muy diversos pero contundentes; no obstante, a pesar de existir hipótesis, el modo de acción por el cual el ejercicio determina estos cambios aún no está claro, y son necesarios más estudios para esclarecer la relación(34).

Conclusión

La microbiota intestinal se ha considerado un órgano por todas sus implicaciones en la homeostasis del huésped, así como su comunicación con distintos órganos a través de distintos ejes.

Un estado de eubiosis mantiene funciones benéficas para el control del apetito, regulación de la presión arterial y los niveles de glucosa; por otro lado, un estado de disbiosis conlleva en primera instancia una disminución de neuropéptidos e incretinas a nivel intestinal, producción de toxinas proaterogénicas, que, aunado a la permeabilidad intestinal, logran pasar al torrente sanguíneo y afectar a distintos órganos (Figura 1). Por esta razón, procurar un estado saludable de la microbiota pasa a ser un factor importante de protección de factores de riesgo para el desarrollo de SM como la obesidad, la dislipidemia y la resistencia a la insulina.

Figura 1. Microbiota intestinal y su vinculación con las alteraciones metabólicas que conforman el SM. Se muestran las reacciones en cadena generadas por la disbiosis intestinal. En la imagen se puede observar cómo el desbalance entre bacterias gramnegativas y bacterias de tipo benéficas deriva en una disminución de la producción de neuropéptidos e incretinas. Un estado de permeabilidad intestinal le permitirá el paso al LPS, el cual, una vez en el torrente sanguíneo, estimulará el aumento de niveles de TMAO, lo que propicia endotoxemia; de igual forma, el efecto estimulante sobre los TLR propiciará el desarrollo de un estado inflamatorio que, aunado a la disminución de neuropéptidos, propiciará obesidad y RI. GLP: péptido similar al glucagón; LPS: lipopolisacárido; NO: óxido nítrico; PPY: péptido YY; RI: resistencia a la insulina; TLR: receptores tipo Toll; TMAO: N-óxido de trimetilamina.

El consumo de probióticos, como lácteos fermentados, y prebióticos como alcachofas, plátano, frijoles, lentejas, papa, ajo, cebolla, puerro, soya, trigo, avena cruda y cebada, a la par de estilos de vida saludables alejados del consumo de alcohol o cigarros, ayudan en el mantenimiento de una adecuada microbiota intestinal. Con respecto al ejercicio y su papel benéfico en la modulación de la microbiota, si bien hay indicios de numerosos mecanismos faltan más estudios que lo esclarezcan.

Financiamiento

El presente estudio no tuvo financiación.

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

Declaración de autoría

R. A. Reyes Díaz y N. M. Cruz Lara contribuyeron igualmente a la concepción y el diseño de la investigación; R. A. Reyes Díaz contribuyó al diseño de la investigación; N. M. Cruz Lara contribuyó a la adquisición y el análisis de los datos; R. A. Reyes Diaz y N. M. Cruz Lara contribuyeron a la interpretación de los datos y redactaron el manuscrito. Todos los autores revisaron el manuscrito, acuerdan ser plenamente responsables de garantizar la integridad y la precisión del trabajo, y leyeron y aprobaron el manuscrito final.

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Bilateral humeral fracture due to vitamin D deficiency: case report

Fractura humeral bilateral por deficiencia de vitamina D: reporte de un caso

Fratura umeral bilateral por deficiência de vitamina D: relato de um caso

Marcos Antonio Amezcua-Gutiérrez1,2*, Nikolett Iren Medveczky-Ordóñez2, Jessica Garduño-López1,
Karen Harumi López-Rodríguez1, José Carlos Gasca-Aldama1, Marcos Vidals-Sánchez1,
Ricardo Rodríguez-Villanueva1, Daniel Antonio Guevara-Cruz2.

Received: August 15th, 2023. Accepted: January 29th, 2024.

Published online: February 7th, 2024.

https://doi.org/10.35454/rncm.v7n1.568

1 Intensive Care Unit. Hospital Juárez de México. Mexico City, Mexico.

2 Intensive Care Unit. Hospital Star Médica. State of Mexico, Mexico.

*Correspondence: Marcos Antonio Amezcua Gutiérrez.

amezcua_20@hotmail.com

Summary

Introduction: vitamin D is a fat-soluble vitamin used by the body for bone development and maintenance through the increased absorption of calcium, magnesium, and phosphate. Vitamin D deficiency, or insufficiency, has been identified as a global problem that affects at least one billion people worldwide. The presence of muscle weakness, falls, and fractures associated with vitamin D deficiency is frequent in the elderly; however, its impact on young people is little known.

Clinical case: we present the case of a 34-year-old male with no sun exposure and a history of consuming alcoholic beverages, presenting with progressive muscle weakness and a non-traumatic bilateral humeral fracture associated with vitamin D deficiency. We also describe the diagnostic-therapeutic approach as well as review the literature and its current importance.

Conclusions: vitamin D deficiency is common and often unrecognized, yet it can play an important role in exacerbating underlying pathologies, especially in vulnerable populations. Proximal humerus fractures are common among elderly patients, but not in young people, and less in the absence of trauma. In low-energy fractures without obvious traumatic mechanisms, greater prevalence has been observed in patients with low vitamin levels.

Keywords: vitamin D deficiency; humeral fracture; cholecalciferol; bone density.

Resumen

Introducción: la vitamina D es una vitamina liposoluble utilizada por el cuerpo para el desarrollo y mantenimiento de los huesos al aumentar la absorción de calcio, magnesio y fosfato. La deficiencia o insuficiencia de vitamina D ha sido identificada como un problema global, ya que afecta al menos a un billón de personas en todo el mundo. La presencia de debilidad muscular, caídas y fracturas asociadas al déficit de vitamina D es frecuente en los ancianos, sin embargo, se conoce poco su impacto en población joven.

Caso clínico: presentamos el caso de paciente masculino de 34 años de edad, sin exposición solar y con antecedentes de consumo de bebidas alcohólicas, que presenta debilidad muscular progresiva y fractura de húmero bilateral no traumática asociada a déficit de vitamina D. También describimos el abordaje diagnóstico-terapéutico realizado, así como una revisión de la literatura y su importancia actual.

Conclusiones: la deficiencia de vitamina D es común y a menudo infradiagnosticada, pero puede desempeñar un papel importante en la exacerbación de patologías subyacentes, especialmente en poblaciones vulnerables. Las fracturas de húmero proximal son frecuentes en pacientes de edad avanzada, pero no en jóvenes, y menos en ausencia de traumatismos. En fracturas de baja energía, sin mecanismo traumático evidente, se ha observado mayor prevalencia en pacientes con niveles bajos de vitaminas.

Palabras clave: deficiencia de vitamina D; fracturas del húmero; colecalciferol; densidad ósea.

Resumo

Introdução: A vitamina D é uma vitamina lipossolúvel utilizada pelo organismo para o desenvolvimento e manutenção dos ossos por aumentar a absorção de cálcio, magnésio e fosfato. A deficiência ou insuficiência de vitamina D foi identificada como um problema global, afetando pelo menos um bilhão de pessoas em todo o mundo. A presença de fraqueza muscular, quedas e fraturas associadas à deficiência de vitamina D é frequente em idosos, entretanto, pouco se sabe sobre seu impacto na população jovem.

Caso clínico: Apresentamos o caso de um doente do sexo masculino, 34 anos, sem exposição solar e com antecedentes de consumo de álcool, que apresentou fraqueza muscular progressiva e fractura bilateral não traumática do úmero associada a deficiência de vitamina D. Descrevemos também o abordagem diagnóstico-terapêutica realizada, bem como uma revisão da literatura e sua importância atual.

Conclusões: A deficiência de vitamina D é comum e muitas vezes subdiagnosticada, mas pode desempenhar um papel importante na exacerbação de patologias subjacentes, especialmente em populações vulneráveis. Fraturas do úmero proximal são comuns em pacientes idosos, mas não em jovens, e menos na ausência de trauma. Nas fraturas de baixa energia, sem mecanismo traumático evidente, observa-se maior prevalência em pacientes com baixos níveis de vitaminas.

Palavras-chave: deficiência de vitamina D; fraturas do úmero; colecalciferol; densidade óssea.

Statement of clinical relevance

Vitamin D plays an important role in calcium homeostasis and bone metabolism, and it influences the immune system, muscle, heart, and nervous system. Muscle weakness, falls, and fractures associated with vitamin D deficiency are frequent in the elderly, but their impact on young people is little known. For this reason, presenting information on the diagnostic-therapeutic approach and reviewing this case is important for knowledge, given its global impact and underdiagnosis.

Introduction

Vitamin D is not a classic vitamin but a steroid hormone precursor. The vitamin D receptor is expressed in many body tissues, muscle, heart, bone, immune system, skin, and endocrine organs(1). Vitamin D deficiency, or insufficiency, has been identified as a global problem that affects at least one billion people worldwide. More than 40.00 % of U.S. and European elderly men and women are deficient in vitamin D, while in South America the overall prevalence of vitamin D deficiency is 34.76 %(2,3). Vitamin D is primarily synthesized in the skin through a sunlight-dependent reaction that converts 7-dehydrocholesterol into cholecalciferol. In the liver, it is converted to 25 hydroxyvitamin D [25(OH)D] thanks to the enzyme 25 vitamin D hydroxylase and, finally, in the kidney, to 1,25-dihydroxyvitamin D [1,25(OH)2D](4), the active form of the vitamin (Figure 1).

The presence of muscle weakness, falls, and fractures associated with vitamin D deficiency is frequent in the elderly. However, its impact on young people is little known, so we present the case of a young patient with a non-traumatic bilateral humeral fracture with vitamin D deficiency as well as a review of the literature and its current importance.

Figure 1. The metabolism of vitamin D has two main sources (animal or vegetable origin), which have ergosterol as a vitamin D precursor, which is converted into ergocalciferol (Vit D2), responsible for 10 % to 20 % of metabolism. The other 70 % to 80 % is obtained from the metabolism of 7-hydroxycholesterol after isomerization by UV rays from sunlight, obtaining cholecalciferol (Vit D3). In the liver, they undergo hydroxylation by 25 a-hydroxylase; in the kidney, it is metabolized in the renal tubule and in the bone matrix by bone metabolism. Some drugs act by inhibiting key points in the metabolism of vitamin D, from absorption to binding to its receptors.

Case report

We present the case of a 34-year-old male patient who worked in an office, without sun exposure and had a history of alcoholic beverage consumption (>8 g of alcohol/day for three days a week). No significant pathologic history. His condition began with progressive muscle weakness and general malaise exacerbated by a generalized tonic-clonic convulsive episode, with loss of alertness (time not specified) and gaze supraversion, without sphincter relaxation or direct trauma, with a postictal period characterized by somnolence. On admission to the emergency department, alertness was documented, without focalization or lateralization, with decreased muscle strength in the upper extremities and dark-colored urine. His laboratory tests are shown in Table 1.

Table 1. Laboratory results. A patient with a bilateral fracture of the humerus due to vitamin D deficiency showing elevated nitrogen levels, hyperlactatemia, elevated liver enzymes, hypermyoglobinemia, and leukocytosis

Parameter	Unit	Reference
Creatine kinase (CK)	479 U/L	21-232 U/L
Myoglobin	> 400 ng/dL	25-70 ng/dL
Creatinine	2.63 mg/dL	0.7-1.2 mg/dL
Urea	26.3 mg/dL	16.6-48.5 mg/dL
Lactate	8.1 mmol/L	0.5-1 mmol/L
Total bilirubin (TB)	4.16 mg/dL	0-1.2 mg/dL
Direct bilirubin (DB)	2.09 mg/dL	<0.20 mg/dL
Indirect bilirubin (IB)	2.08 mg/dL	0.2-08 mg/dL
Aspartate aminotransferase (AST/TGO)	115 U/L	10-50 U/L
Alanine aminotransferase (ALT/TGP)	65 U/L	10-50 U/L
Gamma-glutamyl transferase (GGT)	2110 U/L	8-61 U/L
Albumin	4.18 g/dL	3.97-4.9 g/dL
Lipase	34 U/L	13-60 U/L
Amylase	68 U/L	28-100 U/L
Lactic dehydrogenase (LDH)	278 U/L	135-225 U/L
Na	135 mmol/L	136-145 mmol/L
K	3.72 mmol/L	3.4-5.1 mmol/L
Cl	100 mmol/L	98-107 mmol/L
Phosphorus	2.52 mg/dL	2.5-4.5 mg/dL
Ionic calcium	0.86 mmol/L	1-1.3 mmol/L
Hemoglobin	13 g/dL	12.5-16 g/dL
Leukocytes	22.300/uL	5-10.5/uL
Neutrophils	20.400/uL	1500-6000/uL
Lymphocytes	668/uL	1000-3500/uL
Platelets	183.000/uL	150.000-400.000/uL
Prothrombin time	17.7 s	11.5-16.1 s
INR	1.33	0.85-1.3
Activated Partial Thromboplastin Time	33.3 s	24.3-38 s
Fibrinogen	291 mg/dL	200-400 mg/dL

Cl: chlorine; INR: international normalized ratio; K: potassium; Na: sodium.

Given the clinical picture and laboratory findings, a simple cranial computed tomography (CT) scan was performed with no evidence of structural alterations, and an abdominal ultrasound showed increased hepatic echogenicity, suggestive of fatty infiltration, without intrahepatic or extrahepatic biliary tract dilatation. Based on the clinical and biochemical findings, the patient was admitted to the intensive care unit (ICU), and treatment for acute kidney injury due to rhabdomyolysis was started with optimization of blood volume and hydroelectrolyte control. During his stay in the ICU, he continued to have neurological integrity without hemodynamic or respiratory deterioration and with adequate urinary flows. However, he presented intense pain in the shoulder that limited mobility and did not improve despite analgesic escalation, so a thoracic CT scan was performed (Figure 2), which showed a bilateral metaphyseal distal multifragmentary fracture of the humerus with a non-displaced fracture of the right coracoid process and a fracture of the anterosuperior aspect of the right glenoid labrum. A surgical procedure of open reduction and internal fixation with a plate with locking screws was performed.

As part of the patient’s diagnostic protocol and since he did not present direct trauma during the seizure, serum vitamin D 25(OH)D levels of 8 ng/mL (reference range of 30-100 ng/mL) and parathyroid hormone levels of 36.8 pg/mL are documented. Based on the recommendations of the Endocrinology Society, supplementation with vitamin D, 8000 IU per day, was started during hospitalization.

Given the history of frequent alcohol consumption and the biochemical findings: neutrophilia, hyperbilirubin, elevated liver enzymes, AST/ALT ratio >1.5, BT >3 mg/dL, and prolonged coagulation times, he was considered at risk of alcoholic liver disease, according to the criteria of the 2018 European Association for the Study of the Liver (EASL), and initiated conservative management and close monitoring of liver function.

Figure 2. Chest three-dimensional computed tomography reconstruction. Bilateral distal metaphyseal multifragmentary fracture of the humerus (white arrow) with non-displaced fracture of the right coracoid process and fracture of the anterosuperior face of the right glenoid labrum. Source: Database, ICU Hospital Juárez de México, 2023.

The patient evolved satisfactorily with correction of renal and hematological function, was asymptomatic, was discharged in good condition after ten days of hospitalization, and subsequently continued with vitamin D at 800 IU per day for three months with serum vitamin D measurements of 28.1 ng/mL. So, it was decided to continue with vitamin D supplementation, physical rehabilitation, and lifestyle changes.

Discussion

The clinical case that we present here shows the relevance that vitamin D has for the organism since it plays an extremely important role in the absorption of calcium at the intestinal level, the maintenance of bones and teeth, as well as the normal functioning of muscles and the immune system.

Vitamin D is a generic term referring to both cholecalciferol (D3) and ergocalciferol (D2). The major circulating form routinely used to assess vitamin D status is 25-hydroxyvitamin (25-OHD), which reliably reflects the free fractions of the vitamin D metabolites. Even though the bioavailable fractions may be more clinically informative(5).

The main function of vitamin D is to maintain a stable extracellular ionic calcium concentration through the stimulation of intestinal calcium absorption and the formation of mature osteoclasts that mobilize calcium from the bone to the extracellular space, which is key to the formation of new bone and correct bone metabolism(6).

Vitamin D maintains an adequate blood phosphocalcium product that generates adequate bone mineralization. This is done through binding to the vitamin D receptor (VDR) on the enterocytes and osteoblasts. Without vitamin D, only 10–15 % of dietary calcium is absorbed, and up to 40.00 % if optimal levels of vitamin D are maintained. A low level of vitamin D stimulates the production of parathyroid hormone (PTH), which releases calcium from the bone, weakening it, to restore the levels of blood phosphocalcium product. This leads to the fact that the levels of 25(OH)D are related to the mineral density, achieving a maximum bone density with levels of 40 ng/ml. From this, it follows that there is a directly proportional relationship between the levels of 25(OH)D reached and the anti-fracture efficacy(7).

The clinical practice guidelines of the Endocrine Society Task Force on Vitamin D have defined a cutoff level of 30 ng/mL as vitamin D deficient. Although there is no consensus on optimal levels of 25(OH)D as measured in serum, vitamin D insufficiency is defined as 21–29 ng/mL, deficiency as less than 20 ng/mL, sufficiency as 30–60 ng/mL, and vitamin D intoxication with levels greater than 150 ng/mL. Levels of 30 ng/mL achieve adequate bone density and good muscle function in the lower extremities, as well as a reduction in the risk of falls, fractures, and colorectal cancer(3,5,7). The most documented factors associated with vitamin D deficiency are: poorer functional capacity, older age, poor sun exposure, lower intake of fatty fish, poorer nutritional status, living alone, and being institutionalized(7).

Specific categories of patients have a very high prevalence of vitamin D deficiency. Patients with chronic renal failure, on hemodialysis, renal transplant recipients, poor nutrition, liver disease, hyperthyroidism, granulomatous diseases, critical illness, and the use of medications such as anticonvulsants, immunosuppressants, and glucocorticoids may have a prevalence of vitamin D deficiency ranging from 85 % to 99 %. In patients with liver failure, there is a severe deficiency characterized by levels <7 ng/mL(5). Available information about the association between alcohol use and vitamin D is still limited. It is suggested that low vitamin D serum levels in chronic alcoholics could be caused by malabsorption due to cholestasis or pancreatic insufficiency, poor dietary intake, lack of sunlight exposure, direct effects on vitamin D metabolism, impaired renal synthesis, and/or increased 1,25(OH)2D degradation, as well as direct bowel mucosal lesions(4).

There is moderate evidence for a positive association of vitamin D with bone mineral density and skeletal fragility. Low vitamin D status is associated with preferential atrophy of type II muscle fibers and influences signaling pathways that regulate inflammation in the skeletal muscle of elderly people at rest and following exercise. Inflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6), can inhibit muscle protein synthesis and cause greater apoptosis in skeletal muscle. Therefore, vitamin D supplementation can improve muscle function and suppress the synthesis of C-reactive protein, TNF-α, IL-6, and the previously described effects(8). Approximately 85 % of the human skeleton is composed of compact (cortical) bone, demanding a great amount of calcium to mineralize the newly formed bone matrix, which is provided by vitamin D-dependent intestinal calcium absorption(9).

In low-energy fractures with no obvious traumatic mechanism, a higher prevalence has been observed in patients with low levels of vitamin D, especially at the hip level. This is due to secondary hyperparathyroidism that occurs due to the lack of counter-regulation of vitamin D on PTH synthesis, a situation that leads to a considerable increase in bone resorption without adequate replacement of the mineralized matrix, ending in a significant reduction in bone resorption and resistance of this tissue(6).

Stress fractures are the result of excessive stress on the bone due to prolonged and repetitive loading. The association between serum 25(OH)D levels and the occurrence of stress fractures has been previously documented in published studies, especially in military personnel (young and active military recruits). The addition of 2000 mg of calcium and 800 IU of vitamin D demonstrated a 20.00 % reduction in stress fracture incidence, and serum vitamin D levels greater than
40 ng/mL may be considered optimal for preventing stress fractures, especially for active patients with moderate to high functional demand(10,11).

Regarding fractures caused by convulsive crises, there is little updated statistical information; however, some single-center studies report a hospital incidence of 1.1 %, of which 0.50 % presented fracture due to direct trauma, 0.30 % fracture as a consequence of the seizure only, and in 0.30 % the etiology was not documented. These data suggest that fractures secondary to seizures are infrequent, and even more so if they are not associated with trauma(12).

Unless a person eats oily fish frequently, it is very difficult to obtain that much vitamin D3 daily from dietary sources. Sensible sun exposure can provide an adequate amount of vitamin D3, which is stored in body fat and released during the winter, when vitamin D3 cannot be produced. Exposure of arms and legs for 5 to 30 minutes between the hours of 10 a.m. and 3 p.m. twice a week is often adequate. Almost full exposure is equivalent to the ingestion of approximately 20,000 IU of vitamin D2. Excessive exposure to sunlight, especially sunlight that causes sunburn, will increase the risk of skin cancer. Thus, sensible sun exposure and the use of supplements are needed to fulfill the body’s vitamin D requirement(3).

It has been observed that the benefit in preventing fractures is with doses of vitamin D greater than 700–800 IU per day, which becomes relevant when considering that the vast majority of supplements on the market only provide 400 IU, so these doses could not prevent the risk of fractures(6). The reduction in fractures within 6 months of commencing vitamin D supplementation is attributable to the benefits of 1,25(OH)D on muscle function, with a consequent reduction in falls(8).

When a vitamin D deficiency has been diagnosed in the context of a fracture, vitamin D supplementation should be implemented to improve the body’s osseous healing capability. The Endocrine Society has suggested that adults with vitamin D deficiency, regardless of the presence of a fracture, should supplement with 50.000 IU of vitamin D2 or vitamin D3 once a week for 4 to 8 weeks or its equivalent of 6000 IU daily to achieve a 25(OH)D level >30 ng/mL and until fracture healing has occurred. Repeat serum 25(OH)D measurements should be taken every 3 months or after the patient’s treatment course. If adequate levels have been met, the patient should be advised to continue with a lower maintenance supplementation dose of 2000 IU daily to prevent the recurrence of a stress fracture(1,10).

The severity of the deficiency and dose required for treatment will determine the frequency of blood determination for efficacy and safety(1).

Regarding the history of alcoholism, it should be noted that the levels of serum concentration of vitamin D are 28.00 % lower in alcoholics than in non-alcoholics and up to 64 %-92 % in patients with cirrhosis, due to malabsorption caused by cholestasis or pancreatic insufficiency, poor dietary intake, lack of sunlight exposure, impaired renal synthesis, increased 1,25(OH)2D degradation, and direct bowel mucosal lesions. Hypovitaminosis D is an independent risk factor for sarcopenia and osteoporosis in patients with chronic liver disease and, therefore, the risk of fracture(13,14).

Vitamin D deficiency is highly prevalent, but the literature to support vitamin D supplementation is unsatisfactory to date. Unless major funding sources are used for vitamin D research, it appears sensible to focus on vitamin D-deficient populations with a high event rate. Vitamin D is not a panacea but may be an important, inexpensive, and safe adjuvant therapy for many diseases and stages of life, including pregnancy, childhood, and advanced old age. Public health efforts to prevent severe vitamin D deficiency should, therefore, be further promoted.

Vitamin D deficiency is common and often unrecognized, yet it can play an important role in exacerbating underlying pathologies, especially in vulnerable populations and in association with low PTH levels. However, cortical bone loss is associated with bone turnover and vitamin D levels, but not always with PTH levels, as evidenced in this case.

Proximal humeral fractures are common among elderly patients, but not in the young, and less so in the absence of trauma. Most fractures are the result of a fall onto an overextended arm, less frequently from a direct blow. In this case, despite the episode of convulsive crisis, no trauma was documented; however, there was a vitamin D deficiency as a condition for bone fragility.

Regardless of the surgical treatment involved in the fracture, immediate vitamin D supplementation should be performed to improve bone healing capacity and not underestimate the importance of this micronutrient that impacts the osteomuscular level.

Conclusions

This clinical case demonstrates the relevance that vitamin D has for the body, having an important role in the absorption of calcium at the intestinal level as well as in the proper functioning of bones, teeth, muscles, and the immune system. The serious consequences of this fat-soluble vitamin deficiency can lead to pathological fractures at ages where these should not occur, and therefore the doctor must be able to suspect its deficiency for an adequate diagnosis and short- and long-term treatment.

It is important to consider the risk factors for vitamin D deficiency: chronic renal failure, hemodialysis, renal transplant receptors, poor nutrition, liver disease, hyperthyroidism, granulomatous diseases, critical disease, and drugs such as anticonvulsants, immunosuppressives and glucocorticoids.

Vitamin D supplementation improves muscle function and suppresses the synthesis of C-reactive protein, TNF-α, IL-6, and the apoptotic effects that it entails.

The proximal humerus fractures are common among elderly patients, but not in young people, and less in the absence of trauma. In low-energy fractures without obvious traumatic mechanisms, greater prevalence has been observed in patients with low vitamin levels.

For the surgical treatment involved in the fracture, an immediate vitamin D supplementation should be performed to improve the bone healing capacity and not underestimate the importance of this micronutrient that impacts at the osteomuscular level.

Acknowledgments

To the entire team of the intensive care unit of Hospital Juárez de México.

Declaration of authorship

Amezcua-Gutierrez and Medveczky-Ordoñez equally contributed to the conception and design of the research; Amezcua-Gutierrez, Medveczky-Ordoñez, and Garduño-Lopez contributed to the research design; Lopez-Rodriguez and Gasca-Aldama contributed to data acquisition and analysis; Rodriguez-Villanueva, Vidals-Sánchez and Guevara-Cruz contributed to the interpretation of the data; and Amezcua-Gutierrez, Medveczky-Ordoñez, and Garduño-Lopez drafted the manuscript. All authors reviewed the manuscript, agree to be fully responsible for ensuring the completeness and accuracy of the paper, and have read and approved the final manuscript.

Conflict of interest

The authors declare that they have no conflicts of interest.

Funding

The authors received no financial support for the research, authorship, and/or publication of this article.

Ethical disclosures

• Protection of human and animal subjects. The authors declare that no experiments were performed on humans or animals for this study.
• Confidentiality of data. The authors declare that no patient data appears in this article.

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