El vanadio es el único elemento de la tabla periódica que ha sido nombrado utilizando el nombre de una Diosa (la diosa nórdica Vanadis) y quizá con este legado es de esperarse una química sorprendente e impredecible.
Debbie C. Crans,
2005 IUPAC, Pure and Applied Chemistry 77, 1497–1527.
El cromo: ¿Un elemento esencial para el ser humano?
En el 2009 se cumplieron cincuenta años de considerar al cromo, Cr, como un elemento esencial para el ser humano. Se le atribuyeron importantes funciones tales como participar en el metabolismo de los carbohidratos y de los lípidos, así como en la actividad de algunos sistemas enzimáticos; en el mecanismo tiroideo y en la estabilización de proteínas y de ácidos nucleicos. Como consecuencia de esas propiedades, los suplementos de cromo se pusieron de moda durante varias décadas, como coadyuvantes para bajar de peso y para desarrollar la musculatura, a tal grado que llegaron a alcanzar el segundo lugar de importancia en ventas de suplementos minerales en todo el mundo, siendo tan sólo superados por los suplementos de calcio.
Los estudios sobre la esencialidad del cromo iniciaron en 1955, cuando Klaus Schwarz y Walter Mertz notaron que ratas de experimentación alimentadas con una dieta a base de Torula, una levadura sin cromo, desarrollaban alteraciones de la tolerancia a la glucosa, la cual se revertía con un factor potenciador de la insulina, denominado genéricamente como “Factor de Tolerancia a la Glucosa” o GTF, por sus siglas en inglés. Ese factor fue aislado posteriormente y caracterizado parcialmente a partir de levadura de cerveza, que parecía ser un complejo de Cr3+ aparentemente coordinado a ácido nicotínico y a los átomos de nitrógeno, de oxígeno o de azufre de los aminoácidos glicina (Gly), cisteína (Cys) y ácido glutámico (Glu).
Dos décadas más tarde se demostró la necesidad nutricional del cromo en el ser humano, cuando un paciente bajo nutrición parenteral desarrolló señales severas de diabetes, incluyendo pérdidas de peso, intolerancia a la glucosa y neuropatía periférica que eran refractarias a la insulina, síntomas que mejoraron con la suplementación de cromo. No obstante, las investigaciones alrededor de ese elemento fueron infructuosas en el sentido de que no se había establecido si realmente existía el GTF, pues su estructura molecular era bastante hipotética, lo cual provocó que se crearan muchas dudas sobre la importancia de ese elemento a nivel nutricional, generando una larga historia de contradicciones y de resultados irreconciliables.
En este contexto relativamente complicado, Enrique González Vergara, un estudiante de doctorado bajo la dirección del Dr. Paul D. Saltman, de la Universidad de California San Diego, USA, sugirió en 1982 como resultado de su tesis, la posibilidad de que el principio activo del GTF no fuera de Cr3+, y que el ácido nicotínico podría ser sólo un contaminante y no un componente como lo habían propuesto Mertz y Schwarz. Así, sobre la base de sus estudios químicos y metabólicos, concluyó que no se debería considerar al GTF como un complejo de ácido nicotínico y que probablemente se trataba de algún péptido enlazado al átomo de cromo o posiblemente a otro metal: ¡el vanadio!, ya que en las fracciones aisladas de levadura de cerveza que contenían cromo había pequeñas cantidades de vanadio.
Por otro lado, después de muchos años de intentar determinar la estructura del famoso GTF, el grupo de investigación liderado por el doctor John B. Vincent, del departamento de Química de la Universidad de Alabama, concluyó en 2010 que el cromo no debe ser considerado como un elemento esencial, puesto que entre los animales alimentados con una dieta extremadamente pobre o una “dieta suficiente” en cromo, no se habían presentado diferencias significativas en su metabolismo de la glucosa, ni en la sensibilidad a la insulina, así como tampoco hubo cambios en sus estados nutricionales. Eso significa que el estatus nutricional del cromo tiene que ser cambiado de elemento esencial a no esencial para el ser humano, en casi todos los libros de texto en academias internacionales y en el propio Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA)
El uso del cromo en diabéticos dependerá entonces de estudios cuidadosamente diseñados y controlados, que puedan proveer a los investigadores de la dosis apropiada para determinar los efectos tóxicos que pudieran estar relacionados con la administración de cantidades elevadas de este elemento traza en el ser humano.
El descubrimiento del vanadio:
¡Un elemento químico mexicano!
El vanadio fue descubierto en México en 1801 por Don Andrés Manuel del Río, —uno de los personajes más brillantes de la Nueva España, partidario ar-diente de la libertad de México y luchador por su futuro—, mientras analizaba un mineral de plomo pardo procedente de Zimapán, municipio del actual estado de Hidalgo. Lo llamó “Eritronio” porque “las sales del nuevo elemento se tornan rojas cuando se tratan con fuego y ácidos”. En 1804 publicó su hallazgo por primera vez en las Tablas Mineralógicas, que se imprimían en México. Sin embargo Del Río se dejó convencer por Alejandro Von Humboldt (a quien le había confiado unas muestras para analizar), de que sólo había descubierto una nueva forma de cromo, abandonando de esa manera su pretensión de haber descubierto un nuevo elemento. 25 años más tarde el químico sueco Sefström encontró “un nuevo elemento” en minerales de hierro de las minas de Suecia de Svaldard, al que le puso el nombre de vanadio, en recuerdo de Vanadis, la diosa escandinava de la belleza. Dicho elemento poseía las mismas propiedades físicoquímicas que el encontrado por Del Río, así que él escribió lamentándose a uno de sus amigos: “He sido un verdadero asno al dejar pasar inadvertido el nuevo elemento en el mineral pardo de plomo. Berzelius tiene razón cuando, no sin ironía, se burla de cuán desventurada y débilmente, sin tesón, llamé a la puerta de la diosa Vanadis”.
Vanadio, el
hermano menor
del cromo, al quite
en el tratamiento
de la diabetes
En la actualidad y a diferencia del cromo, el vanadio se ha perfilado como un excelente candidato para el tratamiento de la diabetes. Los primeros efectos antidiabéticos de los compuestos de vanadio mostrados en humanos se descubrieron en 1899, cuando un médico francés describió la propiedad del metavanadato de sodio, Na3VO4, como un hipoglucemiante oral muy efectivo. Sin embargo, los estudios sobre el vanadio se vieron interrumpidos en 1922, cuando Banting y Macleod, investigadores de la Universidad de Toronto, Canadá, descubrieron la insulina, misma que fue adoptada como medicamento ideal para el tratamiento de la diabetes.
No fue sino hasta las últimas décadas del siglo pasado que se renovó el interés en el vanadio; particularmente cuando se demostró que las soluciones de V5+ producían efectos tipo insulina en modelos in vitro e in vivo.
El hecho de que el vanadio presente diversas funciones biológicas se debe en parte a que el vanadato (VO43-) es un análogo estructural del fosfato (PO43-) y puede competir con éste por sitios enzimáticos, lo cual ha resultado en el descubrimiento de muchos efectos inhibitorios y de estimulación que ejerce el vanadato en enzimas fosfato-dependientes. De hecho, elmecanismo de acción que se ha postulado para los compuestos de vanadio en relación con la actividad antes mencionada, es precisamente la inhibición de una enzima contraregulatoria de esta hormona, conocida como PTP1B (proteína tirosina-fosfatasa).
Recientemente nuestro grupo de trabajo ha he-cho importantes contribuciones al campo de investigación sobre el vanadio. Hemos demostrado que los polioxovanadatos orgánicos, especialmente aquellos que contienen al anión decavanadato (V10O28)6-, además de mimetizar y potenciar los efectos de la insulina, también ejercen funciones inhibidoras del desarrollo de obesidad y síndrome metabólico. En este sentido se están abordando los siguientes problemas:
a) La toxicidad de las sales orgánicas de vanadio versus otros de sus compuestos de coordinación; b) Estudios de tolerancia a la glucosa en los animales diabéticos de experimentación bajo la administración del compuesto cabeza de serie; c) Los efectos protectores que causa la administración de vanadio a los animales de experimentación, ante la dislipidemia1provocada por una dieta hiperglúcida, según los resultados de medición de colesterol HDL (lipoproteínas de alta densidad), leptina, ácidos grasos libres y triglicéridos; d) La creación de un modelo animal de diabetes tipo 2 que se asemeje fielmente a los procesos metabólicos y celulares en el ser humano, el cual puede ser utilizado para un mejor entendimiento de la pandemia.
El panorama de la diabetes en México,
un mal pobremente estudiado
En contraste con la gran cantidad de pobladores de México y del mundo que padecen síndrome metabólico y diabetes mellitus, hay pocos grupos de investigación científica enfocados a resolver este problema de salud. En México en particular, existen muy pocos especialistas en vanadio, que están enfocados a encontrar la terapia apropiada para su tratamiento…, o mejor aún, para su prevención.
Aunque los estudios que se están llevando a cabo en varios países para conocer y tratar bien este padecimiento parecen estar cercanos, el mejor consejo hoy por hoy es procurarnos una dieta y una vida sanas.
Aarón Pérez Benítez, Samuel Treviño Mora, José Ángel Francisco Flores Hernández, de la Facultad de Ciencias Químicas y Enrique González Vergara del Centro de Química del ICUAP son coautores de este artículo.
Addendum
El compuesto al que hace referencia este trabajo es una sal formada entre el decavanadato y el 4-dimethilaminopiridinio. Se presentó en la “15th International Conference on Biological Inorganic Chemistry, ICBIC 15” en 2011 y actualmente se encuentra en proceso de patente. Aarón Pérez Benítez agradece el financiamiento de la VIEP al proyecto “Enseñanza y divulgación de la ciencia”.
Más información:
Nota
1 Alteración del metabolismo de lípidos que secaracteriza por un exceso de triglicéridos y concentración baja de colesterol-HDL (Colesterol de alta densidad).
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