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El yodo en la biología

De Wikipedia, la enciclopedia libre

El yodo es un oligoelemento esencial en los sistemas biológicos. Es el elemento más pesado que necesitan los organismos vivos y el segundo más pesado que se conoce en cualquier forma de vida (sólo el tungsteno, componente de algunas enzimas bacterianas, tiene un número atómico y un peso atómico mayores). Es un componente de las vías bioquímicas de organismos de todos los reinos biológicos, lo que sugiere su importancia fundamental a lo largo de la historia evolutiva de la vida.[1]​

El yodo es fundamental para el buen funcionamiento del sistema endocrino de los vertebrados y desempeña funciones menores en otros muchos órganos, incluidos los del aparato digestivo y reproductor. Una ingesta adecuada de compuestos que contienen yodo es importante en todas las etapas del desarrollo, especialmente durante los periodo fetal y período neonatal, y las dietas deficientes en yodo pueden presentar graves consecuencias para el crecimiento y el metabolismo.

Funciones

Tiroides

En la biología de los vertebrados, la función principal del yodo es como componente de las hormonas tiroideas, tiroxina (T4) y triyodotironina (T3). Estas moléculas están hechas de productos de adición-condensación del aminoácido tirosina y se almacenan antes de liberarse en una proteína que contiene yodo llamada tiroglobulina. T4 y T3 contienen cuatro y tres átomos de yodo por molécula, respectivamente; el yodo representa el 65% del peso molecular de T4 y el 59% de T3. La glándula tiroides absorbe activamente el yodo de la sangre para producir y liberar estas hormonas en la sangre, acciones que están reguladas por una segunda hormona, llamada hormona estimulante de la tiroides (TSH), que es producida por la glándula hipófisis. Las hormonas tiroideas son moléculas muy antiguas en la filogenia, que son sintetizadas por la mayoría de los organismos multicelulares, y que incluso tienen algún efecto sobre los organismos unicelulares. Las hormonas tiroideas juegan un papel fundamental en biología, actuando sobre los mecanismos de transcripción de genes para regular la tasa metabólica basal. T3 actúa sobre las células del intestino delgado y los adipocitos para aumentar la absorción de carbohidratos y la liberación de ácidos grasos, respectivamente.[2]​ Una deficiencia de hormonas tiroideas puede reducir la tasa metabólica basal hasta en un 50 %, mientras que una producción excesiva de hormonas tiroideas puede aumentar la tasa metabólica basal en un 100 %.[3]​ La T4 actúa en gran medida como precursora de la T3, que es (con excepciones menores) la hormona biológicamente activa.
A través de las hormonas tiroideas, el yodo tiene una relación nutricional con el selenio. Una familia de enzimas dependientes del selenio llamadas desyodasas convierte la T4 en T3 (la hormona activa) mediante la eliminación de un átomo de yodo del anillo de tirosina exterior. Estas enzimas también convierten la T4 en T3 inversa (rT3) al eliminar un átomo de yodo del anillo interno y también convierten la T3 en 3,3'-diyodotironina (T2) al eliminar un átomo del anillo interno. Los dos últimos productos son hormonas inactivadas que no tienen prácticamente ningún efecto biológico y se preparan rápidamente para su eliminación. A continuación, una familia de enzimas no dependientes del selenio desiodiniza aún más los productos de estas reacciones.

En realidad, la cantidad total de yodo en el cuerpo humano sigue siendo controvertida, y en 2001, M.T. Hays publicó en Thyroid que "es sorprendente que el contenido total de yodo del cuerpo humano siga siendo incierto después de muchos años de interés en el metabolismo del yodo. Sólo se ha medido con precisión el contenido de yodo de la glándula tiroides mediante escáner fluorescente, y ahora se estima bien que hay entre 5 y 15 mg en la glándula tiroides humana normal.
No se dispone de métodos similares para otros tejidos y para los órganos extratiroideos. Muchos investigadores informaron de diferentes cifras de 10-50 mg del contenido total de yodo en el cuerpo humano.[4]​[5]​
El selenio también desempeña un papel muy importante en la producción de glutatión, el antioxidante más potente del organismo. Durante la producción de las hormonas tiroideas, se produce peróxido de hidrógeno en grandes cantidades, por lo que un exceso de yodo en ausencia de selenio puede destruir la glándula tiroidea (a menudo descrito como una sensación de dolor de garganta); los peróxidos se neutralizan mediante la producción de glutatión a partir del selenio. A su vez, un exceso de selenio aumenta la demanda de yodo, y se producirá una deficiencia cuando la dieta sea alta en selenio y baja en yodo. [cita requerida]

Yodo extratiroideo

Secuencia de gammagrafías humanas con yoduro 123 tras una inyección intravenosa, (desde la izquierda) tras 30 minutos, 20 horas y 48 horas. Se observa una concentración elevada y rápida de radioyodo en órganos extratiroideos como el líquido cefalorraquídeo (izquierda), la mucosa gástrica y oral, las glándulas salivales, las paredes arteriales, el ovario y el timo. En la glándula tiroidea, la concentración de I es más progresiva, como en un depósito (del 1% a los 30 minutos, y después de 6, 20 h, al 5,8% después de 48 horas, de la dosis total inyectada).[6]​
Un tumor de feocromocitoma se ve como una esfera oscura en el centro del cuerpo (está en la glándula suprarrenal izquierda). La imagen es por gammagrafía MIBG, mostrando el tumor por radiación de yodo radiactivo en la MIBG. Se ven dos imágenes del mismo paciente de frente y de espalda. La imagen del tiroides en el cuello se debe a la captación no deseada de yodo radioactivo procedente de un medicamento que contiene yodo radioactivo por parte de la glándula tiroides del cuello. La acumulación en los lados de la cabeza se debe a la captación de yoduro por parte de las glándulas salivales. La radiactividad también se observa por la captación en el hígado y la excreción y acumulación en la vejiga.

El yodo extratiroideo existe en otros órganos, incluidas las glándulas mamarias, los ojos, la mucosa gástrica, el cuello uterino, el líquido cefalorraquídeo, las paredes arteriales, los ovarios y las glándulas salivales.[7]​ En las células de estos tejidos el ion yoduro (I−) entra directamente por el simportador de yoduro de sodio (NIS). En las glándulas mamarias y en la glándula tiroides de las ratas se producen respuestas tisulares diferentes para el yodo y el yoduro.[8]​ El papel del yodo en el tejido mamario está relacionado con el desarrollo fetal y neonatal, pero no se conoce bien su función en los demás tejidos.[9]​ Se ha demostrado que actúa como antioxidante y antiproliferante en varios tejidos que pueden captar yodo. Se ha demostrado que el yodo molecular (I2) tiene un efecto supresor sobre las neoplasias benignas y cancerosas.[10]​

La cantidad diaria de yodo recomendada por el Consejo de Alimentación y Nutrición de los Estados Unidos y el Instituto de Medicina oscila entre los 150 microgramos diarios para los adultos y los 290 microgramos diarios para las madres lactantes. Sin embargo, la glándula tiroides no necesita más de 70 microgramos al día para sintetizar las cantidades diarias necesarias de T4 y T3. Los niveles diarios recomendados de yodo, más elevados, parecen necesarios para el funcionamiento óptimo de otros sistemas corporales, como las mamas lactantes, la mucosa gástrica, las glándulas salivales, la mucosa oral, las paredes arteriales, el timo, la epidermis, el plexo coroideo y el líquido cefalorraquídeo, entre otros.[11]​[12]​[13]​

Otras funciones

También se ha demostrado que el yodo y la tiroxina estimulan la espectacular apoptosis de las células de las branquias, la cola y las aletas de las larvas durante la metamorfosis en los anfibios, así como la transformación de su sistema nervioso del renacuajo acuático y herbívoro en el del adulto terrestre y carnívoro. La especie de rana Xenopus laevis ha demostrado ser un organismo modelo ideal para el estudio experimental de los mecanismos de apoptosis y el papel del yodo en la biología del desarrollo.[14]​[1]​[15]​[16]​

Los agentes que contienen yodo pueden ejercer un efecto diferencial sobre diferentes especies en un sistema agrícola. El crecimiento de todas las cepas de Fusarium verticillioides se inhibe significativamente con un fungistático que contiene yodo (AJ1629-34EC) en concentraciones que no dañan el cultivo. Este podría ser un tratamiento agrícola antifúngico menos tóxico debido a su química relativamente natural.[17]​[18]​

Recomendaciones dietéticas

El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM, por sus siglas en inglés) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR, por sus siglas en inglés) y las cantidades dietéticas recomendadas (RDA, por sus siglas en inglés) de yodo en 2000. Para personas de 14 años en adelante, la dosis diaria recomendada de yodo es de 150 μg/día; la dosis diaria recomendada para mujeres embarazadas es de 220 μg/día y la dosis diaria recomendada durante la lactancia es de 290 μg/día. Para niños de 1 a 8 años, la dosis diaria recomendada es de 90 μg/día; para niños de 8 a 13 años, 130 μg/día.[19]​ Como consideración de seguridad, el IOM establece niveles máximos de ingesta tolerable (UL) para vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente. El UL para yodo para adultos es 1100 µg/día. Este UL se evaluó analizando el efecto de la suplementación sobre la hormona estimulante de la tiroides.[9]​ En conjunto, las EAR, las RDA, las AI y las UL se denominan ingestas dietéticas de referencia (DRI).[19]​

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores de Referencia Dietéticos, con Ingesta de Referencia de la Población (PRI) en lugar de RDA, y Requerimiento Promedio en lugar de EAR; AI y UL se definen igual que en los Estados Unidos. Para mujeres y hombres mayores de 18 años, el PRI de yodo se establece en 150 μg/día; el PRI durante el embarazo o la lactancia es de 200 μg/día. Para niños de 1 a 17 años, el PRI aumenta con la edad de 90 a 130 μg/día. Estos PRI son comparables a las RDA de los EE. UU. con la excepción de la lactancia.[20]​ La EFSA revisó la misma cuestión de seguridad y fijó su UL para adultos en 600 μg/día, que es un poco más de la mitad del valor estadounidense.[21]​ En particular, Japón redujo su UL de yodo para adultos de 3000 a 2200 µg/día en 2010, pero luego lo volvió a aumentar a 3.000 µg/día en 2015.[22]​

A partir del año 2000, la mediana de consumo observado de yodo en los alimentos en los Estados Unidos fue de 240 a 300 μg/día para hombres y 190 a 210 μg/día para las mujeres.[19]​ En Japón, el consumo es mucho mayor debido al consumo frecuente de algas marinas o algas kombu.[9]​ La ingesta diaria promedio en Japón oscila entre 1000 y 3000 μg/día; estimaciones anteriores sugerían una ingesta promedio de hasta 13 000 μg/día.[23]​

Etiquetado

Para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos de EE. UU., la cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para el yodo específicamente, el 100 % del valor diario se considera 150 μg, y esta cifra se mantuvo en 150 μg en la revisión del 27 de mayo de 2016.[24]​[25]​ En la sección Ingesta Diaria de Referencia se ofrece una tabla con los antiguos y nuevos valores diarios para adultos.

Fuentes de comida

Las fuentes naturales de yodo incluyen muchos organismos marinos, como algas marinas y ciertos productos del mar, así como plantas cultivadas en suelos ricos en yodo.[26]​[27]​ La sal yodada está fortificada con yodo.[27]​ Según un informe de la Iniciativa de Fortificación de Alimentos de 2016, 130 países tienen una fortificación obligatoria de la sal con yodo y otros 10 tienen una fortificación voluntaria.[cita requerida]

Deficiencia

En todo el mundo, la deficiencia de yodo afecta a dos mil millones de personas y es la principal causa prevenible de retraso mental.[28]​ La discapacidad mental es un resultado que se produce principalmente cuando los bebés o los niños pequeños se vuelven hipotiroideos por la falta de yodo en la dieta (el nuevo hipotiroidismo en adultos puede causar un retraso mental temporal, pero no un daño permanente).

En las zonas donde hay poco yodo en la dieta, normalmente zonas remotas del interior y climas ecuatoriales semiáridos donde no se consumen alimentos marinos, la carencia de yodo también da lugar a hipotiroidismo, cuyos síntomas más graves son bocio epidémico (inflamación de la glándula tiroides), fatiga extrema, lentitud mental, depresión, aumento de peso y baja temperatura corporal basal.[29]​

La adición de yodo a la sal de mesa (la llamada sal yodada) ha eliminado en gran medida las consecuencias más graves de la carencia de yodo en los países más ricos, pero ésta sigue siendo un grave problema de salud pública en el mundo en desarrollo.[30]​ La carencia de yodo también es un problema en algunas zonas de Europa; en Alemania, se calcula que cada año se gastan mil millones de dólares en gastos sanitarios para combatir y tratar la carencia de yodo.[9]​

Yodo y riesgo de cáncer

Fuente:[31]​

  • Cáncer de mama . La glándula mamaria concentra activamente el yodo en la leche para beneficio del bebé en desarrollo, y puede desarrollar una hiperplasia similar al bocio, que a veces se manifiesta como enfermedad fibroquística de la mama, cuando el nivel de yodo es bajo. Los estudios indican que la carencia de yodo, ya sea dietética o farmacológica, puede provocar atipia mamaria y una mayor incidencia de malignidad en modelos animales, mientras que el tratamiento con yodo puede revertir la displasia,[8]​[32]​[33]​ Se ha comprobado que el yodo elemental (I2) es más eficaz para reducir las hiperplasias ductales y la fibrosis perilobular en ratas deficientes en yodo que el yoduro (I−).[8]​ Al observar que las mujeres japonesas que consumen algas ricas en yodo tienen una tasa relativamente baja de cáncer de mama, se sugiere que el yodo es una protección contra el cáncer de mama.[34]​[35]​ Se sabe que el yodo induce la apoptosis en las células de cáncer de mama.[36]​ La evidencia de laboratorio ha demostrado un efecto del yodo sobre el cáncer de mama que es en parte independiente de la función tiroidea, ya que el yodo inhibe el cáncer a través de la modulación de la vía del estrógeno. Los perfiles genéticos de la línea celular de cáncer de mama sensible a los estrógenos muestran que la combinación de yodo y yoduro altera la expresión génica e inhibe la respuesta a los estrógenos mediante la regulación al alza de las proteínas implicadas en el metabolismo de los estrógenos. No se ha determinado clínicamente si el yodo/yoduro será útil como terapia adyuvante en la manipulación farmacológica de la vía de los estrógenos en mujeres con cáncer de mama.[32]​
  • Cáncer gástrico. Algunos investigadores han encontrado una correlación epidemiológica entre la deficiencia de yodo, el bocio yodado y el cáncer gástrico;[37]​[38]​[39]​ una disminución de la incidencia de muerte por cáncer de estómago tras la profilaxis con yodo.[40]​ En el mecanismo propuesto, el ion yoduro funciona en la mucosa gástrica como una especie reductora antioxidante que desintoxica las especies reactivas de oxígeno venenosas, como el peróxido de hidrógeno.

Precauciones y toxicidad

Yodo elemental

El yodo elemental es un irritante oxidante, y el contacto directo con la piel puede provocar lesiones, por lo que los cristales de yodo deben manipularse con cuidado. Las soluciones con alta concentración de yodo elemental, como la tintura de yodo, son capaces de causar daños en los tejidos si su uso para la limpieza y la antisepsia es prolongado. Aunque el yodo elemental se utiliza en la formulación de la solución de Lugol, un desinfectante médico común, se convierte en triyoduro al reaccionar con el yoduro de potasio utilizado en la solución y, por tanto, no es tóxico. Sólo una pequeña cantidad de yodo elemental se disuelve en el agua, y la adición de yoduro de potasio permite que se disuelva una cantidad mucho mayor de yodo elemental mediante la reacción de I2 - I3. Esto permite producir yodo de Lugol en concentraciones que varían del 2% al 15% de yodo.

El yodo elemental (I 2) es venenoso si se toma por vía oral en grandes cantidades; 2-3 gramos es una dosis letal para un ser humano adulto.[41]​[42]​ En cambio, el yoduro de potasio tiene una dosis letal media (DL50) relativamente alta en otros animales: en conejos, es de 10 g/kg; en ratas, 14 g/kg, y en ratones, 22 g/kg.[43]​ El nivel máximo de ingesta tolerable de yodo establecido por la Junta de Alimentos y Nutrición es de 1100 µg/día para adultos. El límite superior seguro de consumo establecido por el Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar de Japón es de 3.000 µg/día.[44]​

La vida media biológica del yodo difiere entre los distintos órganos del cuerpo, desde 100 días en la tiroides, pasando por 14 días en los riñones y el bazo, hasta 7 días en los órganos reproductores. Normalmente, la tasa de eliminación urinaria diaria oscila entre 100 y 200 µg/L en los seres humanos.[45]​ Sin embargo, la dieta japonesa, abundante en algas ricas en yodo, contiene de 1.000 a 3.000 µg de yodo al día, y las investigaciones indican que el cuerpo puede eliminar fácilmente el exceso de yodo que no es necesario para la producción de hormonas tiroideas.[46]​ La literatura informa de que hasta 30.000 µg/L (30 mg/L) de yodo se excretan de forma segura en la orina en un solo día, con niveles que vuelven al rango estándar en un par de días, dependiendo de la ingesta de algas.[47]​ Un estudio concluyó que el rango del contenido total de yodo en el cuerpo de los hombres era de 12,1 mg a 25,3 mg, con una media de 14,6 mg.[48]​ Se supone que una vez que se suprime la hormona estimulante de la tiroides, el cuerpo simplemente elimina el exceso de yodo, y como resultado, la suplementación a largo plazo con altas dosis de yodo no tiene ningún efecto adicional una vez que el cuerpo tiene suficiente yodo. Se desconoce si la glándula tiroidea es el factor que limita el ritmo de generación de la hormona tiroidea a partir del yodo y la tirosina, pero suponiendo que no lo sea, una dosis de carga a corto plazo de una o dos semanas al nivel máximo de ingesta tolerable puede restaurar rápidamente la función tiroidea en los pacientes con deficiencia de yodo.[cita requerida]

El vapor de yodo es muy irritante para los ojos, las membranas mucosas y las vías respiratorias. La concentración de yodo en el aire no debe exceder 1 mg/m3 (promedio ponderado en el tiempo de ocho horas).

Cuando se mezcla con amoníaco y agua, el yodo elemental forma triyoduro de nitrógeno, que es extremadamente sensible a los golpes y puede explotar inesperadamente.

Ion yoduro

El consumo excesivo de yodo presenta síntomas similares a los de la carencia de yodo. Los síntomas más comunes son un crecimiento anormal de la glándula tiroides y trastornos en su funcionamiento,[49]​ así como en el crecimiento del organismo en su conjunto. La toxicidad del yodo es similar (pero no igual) a la toxicidad de los iones de los otros halógenos, como los bromuros o los fluoruros. El exceso de bromo y flúor puede impedir la absorción, el almacenamiento y la utilización satisfactorios del yodo en los organismos, ya que ambos elementos pueden sustituir selectivamente al yodo desde el punto de vista bioquímico.

El exceso de yodo también puede ser más citotóxico en combinación con la deficiencia de selenio.[50]​ La suplementación con yodo en poblaciones con deficiencia de selenio es teóricamente problemática, en parte por esta razón.[51]​ La selenocisteína (abreviada como Sec o U, en publicaciones más antiguas también como Se-Cys)[52]​ es el aminoácido proteinogénico número 21 y es la raíz de la toxicidad del ion yoduro cuando hay una insuficiencia simultánea de selenio biológicamente disponible. La selenocisteína existe de forma natural en todos los reinos de la vida como componente básico de las selenoproteínas.[53]​

Reacciones hipersensibles

Algunas personas desarrollan hipersensibilidad a los compuestos de yodo, pero no se conocen casos de personas que sean directamente alérgicas al yodo elemental.[54]​ Las reacciones de sensibilidad notables que se han observado en humanos incluyen:

El uso médico de compuestos de yodo (por ejemplo, como agente de contraste) puede provocar un choque anafiláctico en pacientes muy sensibles, presumiblemente debido a la sensibilidad al portador químico. Los casos de sensibilidad a los compuestos de yodo no deberían clasificarse formalmente como alergias al yodo, ya que esto perpetúa la creencia errónea de que es el yodo al que los pacientes reaccionan, en lugar del alérgeno específico. La sensibilidad a los compuestos que contienen yodo es rara pero tiene un efecto considerable dado el uso extremadamente extendido de los medios de contraste basados en el yodo; sin embargo, el único efecto adverso del material de contraste que puede atribuirse de forma convincente al yoduro libre es la parotiditis por yoduro y otras manifestaciones de yodismo.[56]​

Véase también

Referencias

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  7. ↑ Venturi, S.; Donati, F.M.; Venturi, A.; Venturi, M. (2000). «Environmental Iodine Deficiency: A Challenge to the Evolution of Terrestrial Life?». Thyroid 10 (8): 727-729. PMID 11014322. doi:10.1089/10507250050137851. 
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