Revisión de Tema
Metformin:
beyond the glycemic target
Jairo A Morantes-Caballero*
Gabriel A Londoño-Zapata*
Manuela Rubio-Rivera*
Análida Elizabeth
Pinilla-Roa**
* Médico Residente. Especialidad de Medicina Interna.
Departamento de Medicina Interna. Facultad de Medicina. Universidad Nacional de
Colombia.
Bogotá, Distrito Capital.
Colombia
**Profesora Asociada. Doctorado en Educación. Médico Internista.
Magíster en Educación con Énfasis en Docencia Universitaria. Formación en
Nutrición y Diabetes. Departamento de Medicina Interna. Facultad de Medicina.
Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, Distrito Capital. Colombia.
Correspondencia: Dr. Jairo Morantes. Dirección:
Carrera 30 No. 45-03. Facultad de Medicina, Edificio 471. Departamento de
Medicina Interna, oficina 510. Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá.
Teléfono: (57) (1)3165000 ext. 15011. Correo electrónico: jamorantesc@unal.edu.co
Introducción: la
metformina es una biguanida que disminuye gluconeogénesis e incrementa la
recaptación de glucosa en los músculos, sin embargo, más allá del glucémico se
han documentado beneficios adicionales como la disminución de complicaciones
crónicas derivadas de la hiperglucemia, entre ellas las cardiovasculares y del
síndrome metabólico per se.
Objetivo:
identificar los efectos de la metformina diferentes al control control
glucémico en población con diabetes mellitus, con el fin de contribuir a difundir
el conocimiento.
Materiales
y método: tres revisores independientes realizaron la búsqueda en
distintas bases de datos entre ellas Pubmed y ScienceDirect, utilizando los
términos Metfomin AND Cardiovascular
disease AND inflamatory response AND Hyperlipidemia, Biguanides, Diabetes
Mellitus, Diabetes complications, Obesity, Vascular diseases AND Cancer; y
Metfomina y enfermedad cardiovascular, metformina y cáncer se seleccionaron los
artículos desde el año 2010, encontrando 13 828 artículos, de los cuales se
incluyeron 144.
Conclusión:
más allá del control glucémico, la metformina, modifica la “memoria
metabólica”, reduce mediadores inflamatorios y el grosor de pared arterial,
disminuye factores trombóticos y reduce la prevalencia de falla cardiaca logrando impactar la morbimortalidad y mediante cambios
moleculares o genéticos, tiene potencial
uso como anticancerígeno. El clínico debe conocer estos efectos para
favorecer su pronto inicio en los casos indicados. MÉD.UIS. 2017;30(1):57-71.
Palabras
clave: Metformina. Diabetes
Mellitus. Proteínas Quinasas Activada por AMP. Obesidad. Enfermedades
Vasculares. Neoplasias.
Introduction: the metformin is a biguanide which main action is to
decrease hepatic glucose output, primarily by decreasing gluconeogenesis, and
increase glucose uptake by muscles. However, beyond the glycemic target,
additional benefits have been documented like a decrease in chronic
complications to hyperglycemia, including cardiovascular comorbility and
metabolic syndrome.
Objetive: to
identify effects of metformin other than glycemic control in patients with
diabetes mellitus in order to help disseminate knowledge.
Materials and methods: three independent reviewers searched in different
databases of PubMed and ScienceDirect using the DeCS and MeSH terms: Metfomin AND Cardiovascular disease AND
inflamatory response AND Hyperlipidemia, Biguanides, Diabetes Mellitus,
Diabetes complications,Obesity, Vascular diseases AND Cancer, selecting the
items since 2010 year and prior to warrant mention. Search based publications
that were considered most relevant and, additionally, a manual search of the
referenced articles in publications retrieved in the initial search was
conducted, 13 828 articles were found but 144 were included finally.
Conclusion: beyond glycemic control, Metformin, modifies the
“metabolic memory”, reduces inflammatory mediators and thickness of arterial
wall, decreases thrombotic factors and reduces the prevalence of heart failure
making an impact morbidity and mortality and because of molecular or genetic
changes, it has potential use as anticarcinogenic. The physicians should know
it to facilitate the early administration of this medication when it is
indicated. MÉD.UIS. 2017;30(1):57-71.
Keywords:
Metformin. Diabetes Mellitus. AMP-Activated Protein Kinases. Neoplasms.
Obesity. Vascular Diseases.
Artículo recibido el 14 de Febrero de 2016
Aceptado para publicación el 4 de Noviembre de 2016
Según el reporte de estadística
americana de diabetes 2014(1), durante el año 2012 el 9,3% de la
población americana presentaba diabetes mellitus, generando costos médicos
directos de 176 billones de dólares y un número importante de muertes siendo
esta la séptima causa de mortalidad para ese año. Las enfermedades
cardiovasculares generan aproximadamente una de cada tres muertes entre los
pacientes con Diabetes Mellitus tipo 2 (DM2)(2), por lo que el
control de los factores de riesgo cardiovasculares es parte importante dentro
del tratamiento en este grupo de pacientes, más allá del control glucémico. Es
así como distintas sociedades favorecen el uso de un fármaco antidiabético que,
además de intervenir la glucemia, logra impactar sobre las comorbilidades,
principalmente la cardiaca, pero,
disminuyendo el riesgo de hipoglucemia, la cual conlleva a aumento en
morbilidad y mortalidad(3), es así, como la metformina prescrita en
aproximadamente el 80% de los pacientes con DM2(4), es el fármaco
con mayor recomendación por la Asociación Americana de Diabetes (ADA) en su
guía 2016(5), estimándose que el número de personas a nivel mundial
que reciben metformina es de más de 120 millones por año(6). Por
ello, el objetivo de esta revisión fue identificar los distintos efectos de la
metformina adicionales del control glucémico, con el fin de contribuir a
difundir el conocimiento sobre este medicamento.
Tres revisores independientemente
realizaron la búsqueda en distintas base de datos Pubmed y ScienceDirect,
utilizando los términos MeSH y DeCS: Metfomin,
Metformin AND Cardiovascular disease, Metformin AND inflamatory response,
Metformin and Hyperlipidemia, Biguanides, Diabetes Mellitus, AMPActivated
Protein Kinases, Diabetes complications, Neoplasms, Obesity, Vascular diseases
y Metfomina AND Cancer; y Metfomina y
enfermedad cardiovascular, metformina y cáncer, seleccionando los artículos
de los últimos cinco años y otros previos relevantes, como revisiones de tema o
trabajos originales, la búsqueda se realizó en junio del año 2015. Con base a
lo anterior, se seleccionaron las publicaciones que se consideraron más
sobresalientes. Adicionalmente, se realizó una búsqueda manual de los artículos
referenciados en las publicaciones recuperadas en la búsqueda inicial. Una vez
obtenidos los artículos, se organizaron por apartados de interés y se
descartaron los resultados duplicados (Ver Figura 1).
La metformina es un antidiabético
oral, del grupo de las biguanidas, primera línea de tratamiento de los
pacientes con DM2(7) y casos puntuales de Diabetes Mellitus tipo 1
(DM1)(8). Mucho antes que se conocieran claramente los mecanismos de
acción a nivel molecular, la metformina se postuló como primera opción de
tratamiento por el beneficio al aumentar la sensibilidad a la insulina en los
tejidos periféricos y, por la consecuente, disminución en la resistencia a
esta, con poco riesgo de hipoglucemia y disminución discreta del peso(9);
además, por demostrar en ensayos clínicos, la reducción del riesgo de
complicaciones macrovasculares que son la mayor causa de morbimortalidad en el
paciente con DM2(10).
La metformina actúa mediante la
disminución de la producción hepática de glucosa por disminución de la
gluconeogénesis, sensibilización de los tejidos periféricos a la insulina,
efecto antilipolítico por lo cual disminuye la cantidad de ácidos grasos
disponibles para la gluconeogénesis(11),(12). Los mecanismos
moleculares de estos efectos parecieran ser múltiples y, a nivel celular, la
mitocondria ocupa un papel clave(13).
Estudios recientes evidencian que
la acción clave para la inhibición de la gluconeogénesis ocurre en la
mitocondria. La metformina inhibe la isoforma mitocondrial de la enzima
glicerol fosfato deshidrogenasa, enzima que cataliza la conversión de glicerol
fosfato a dihidroxiacetona fosfato, esto disminuye la concentración de Nicotin
Adenin Dinucleótido (NAD) en el citosol y, por ende, aumenta la relación
nicotin adenin dinucleótido reducido (NADH)/NAD en este compartimento y de
manera secundaria disminuye esta relación en la mitocondria, lo cual a su vez
restringe la conversión de lactato a piruvato, evitando así el uso de estos
sustratos para la gluconeogénesis(14). De esta manera, la producción
hepática de glucosa disminuye y los excesos de glicerol y lactato son liberados al plasma(13).
Otro mecanismo de acción propuesto
recientemente es la inactivación del complejo I mitocondrial de la cadena de
electrones, lo cual disminuye la oxidación del NADH y, por ende, la producción
del Adenosin Trifosfato (ATP) mitocondrial y aumenta la disponibilidad de
Adenosin Difosfato (ADP) y Adenosin Monofosfato (AMP). Para balancear la poca
producción de energía, la célula inhibe procesos que requieran uso de ATP,
entre estos la gluconeogénesis; se cree que este proceso es frenado por los
altos niveles de AMP, que inhibe la actividad de la fructosa 1,6 bifosfatasa,
enzima reguladora de la gluconeogénesis (Ver Figura 1)(13),(15),(16).
Figura 1: Mecanismo de acción de la metformina Diagrama esquemático del efecto anti-hiperglicemiante de la
metformina en el hepatocito. La metformina es transportada dentro de la célula
por el OCT1, resultando en una inhibición de la cadena respiratoria
mitocondrial sobre el complejo 1 por mecanismos aún desconocidos. El déficit
energético resultante conlleva a una reducción en el consumo energético
traducido por disminución de la gluconeogénesis la cual se media por varias
vías. Primero la razón ATP/AMP disminuye por aumento del AMP; este déficit de
ATP disminuye la glucólisis por ser necesaria durante dicho proceso enzimático.
El AMP tiene funciones de señalización intracelular, inhibe alostéricamente la
señalización de la Protein cinasa A (PKA) a través de la supresión de la
adenilato ciclasa activada por el receptor de glucagón, vía encargada de
activar la transcripción nuclear de enzimas de la gluconeogénesis.
Alostéricamente inhibe la FBPasa enzima determinante en la vía metabólica de la
gluconeogénesis. Activa la AMPK la cual tiene actividad regulatoria
principalmente sobre la vía de los lípidos, pero tambien tiene efecto sobre la
gluconeogénesis. Otro mecanismo de supresión de la gluconeogénesis mediado por
la metformina a nivel mitocondrial, se debe a la supresión de la isoforma de
Glicerolfosfato Deshidrogenasa (mGPD), el cual media la conversión del glicerol
3 Fosfato (G3P) a Dihidroxiacetona Fosfato (DHAP). Dicha disminución lleva a una
disminución propiamente de la via gluconeogénica, a su vez, por el aumento del
NADH secundario al disbalance, produce un aumento del lactato por disminución
de su conversión a piruvato mediada por la lactato deshidrogenasa.
Fuente: Tomado y
modificado de Ferrannini E. N Engl J Med. 2014;371:1547-8, Rena G,
Diabetologia. 2013;56:1898-906.
La metformina se comporta como un
sensibilizador de la insulina, a través de varios mecanismos; presenta un
efecto positivo en la expresión del receptor de insulina, mediado por la
modulación de la fosforilación de la sub-unidad beta de Tirosina Cinasa (LKB1, Liver Kinase B1 o STK11,
Serine/Threonine Kinase), secundario a la activación de la Kinasa activada
por AMP (AMPK) por mecanismos descritos anteriormente(17). Además,
aumenta los niveles séricos de la incretina, Péptido Similar al Glucagón
(GLP1)(18), proteína producida en las células L intestinales bajo el
estímulo de los alimentos, cuya función es estimular la secreción de insulina,
pero a su vez, mejorar la sensibilidad de los tejidos periféricos a esta,
también produce enlentecimiento del vaciamiento gástrico y supresión de la
liberación de glucagón; estudios en animales plantean que el GLP1 también
estimula regeneración y aumento de la masa de la célula Beta(19). El
GLP1 se une a su receptor específico en tejidos periféricos y es rápidamente
degradado en plasma por la enzima
dipeptidilpeptidasa-4, la cual al parecer también disminuye su concentración
sérica con la administración de metformina, aumentando así la vida media del
GLP1, con efecto final de menor resistencia periférica a la insulina(18),(20).
INDICACIONES DE PRESCRIPCIÓN
En ausencia de contraindicaciones,
la metformina es considerada el tratamiento de primera línea para la DM2, dada
su costo-efectividad, efecto antihiperglucemiante con bajo riesgo de hipoglucemia,
efecto favorable en el peso, con tolerancia generalmente adecuada y efectos
adversos poco frecuentes; dependiendo del estado del paciente puede usarse como
monoterapia, asociada a otro antidiabético oral o combinada con insulina o
análogos de GLP1(10),(21),(22).
Si bien hay claridad acerca de la
importancia y los efectos benéficos de incluir la metformina en el esquema
farmacológico de estos pacientes, surge el interrogante sobre el momento ideal
para iniciar tratamiento. Es bien
conocido que la dieta y los cambios en el estilo de vida pueden por sí solos
disminuir los niveles de glucemia hasta cierto punto(23); Algunas
investigaciones plantean cuándo se debe iniciar una terapia farmacológica con
metformina en estos pacientes, como es el caso de la investigación realizada
por Romanelli et al, quienes
compararon el inicio de terapia con metformina en los primeros seis meses de
diagnóstico de DM2 versus inicio
tardío, posterior a seis meses del diagnóstico, el inicio temprano de este
fármaco se asoció a disminución mayor en los niveles de hemoglobina glicosilada
y, a su vez, mayor posibilidad de alcanzar valores iguales o menores a 7%,
asociado a mayor reducción en el índice de masa corporal(24).
Asimismo, se ha demostrado que el inicio
temprano de la terapia farmacológica y control estricto de la glucemia se
asocian a mejoría a corto plazo en la función de la célula beta, aunque esta
declina con el tiempo(25). Es
claro que un estricto control glucémico se asocia a menores complicaciones
microvasculares a largo plazo(10),(26),(27), sin embargo, la
relación con las complicaciones macrovasculares es menos clara, no hay
evidencia suficiente para asegurar que un control adecuado de la glucemia puede
prevenir el desarrollo en complicaciones macrovasculares, enfermedad coronaria,
enfermedad cerebrovascular y enfermedad arterial periférica(10),(28);
pero, se ha descrito en los últimos años la asociación entre la metformina y
reducción del riesgo cardiovascular a través de reducción en niveles de lípidos
y ralentización del crecimiento del grosor de la íntima media(28),(29).
Por tanto, dada la importante morbimortalidad de las complicaciones
macrovasculares, el hecho de que la metformina pueda prevenir su desarrollo, es
una clara indicación para terapia temprana con este medicamento.
PREDIABETES
La evidencia sugiere que las
complicaciones crónicas de la DM2, empiezan a desarrollarse durante el estado
de prediabetes(10); la prevalencia de retinopatía, microalbuminuria
y neuropatía están presentes en esta población en un 8 a 19%, 5 a 15% y 45%,
respectivamente(30),(31),(32),(33),(34),(35) y, asimismo, la ADA,
afirma que riesgo de enfermedad cardiovascular es dos a tres veces mayor en
pacientes con prediabetes que en la población general(36),(37),(38).
Por esta razón, la ADA en las últimas guías recomienda cambios en el estilo de
vida, que incluyen dieta con reducción de 7%
del peso y ejercicio aeróbico 150 minutos a la semana7. Esta
estrategia disminuye el riesgo de progresión a DM2 en 58% a tres años(39).
La ADA, también sugiere inicio de terapia con metformina para evitar la
progresión a prediabetes, principalmente en pacientes con obesidad severa,
mujeres con antecedente de diabetes gestacional y aquellos pacientes con
hemoglobina glicosilada más cercana al rango de diabetes(7), ya que
el uso de este medicamento en pacientes prediabéticos reduce en un 31% el
riesgo de progresar a DM2 en tres años(39).
La Sociedad Americana de Pediatría
recomienda el uso de metformina como primera línea en pacientes niños y
adolescentes con diagnóstico de DM2(40). Sin embargo, el uso de
antidiabéticos orales en la DM1 es controversial y las biguanidas no están
oficialmente recomendadas. Con el aumento en la prevalencia de la obesidad en
niños y adolescentes, la resistencia a la insulina se hace cada vez más
frecuente en los pacientes con DM1, durante la pubertad este fenómeno se
incrementa y los pacientes pueden incluso desarrollar síndrome metabólico, lo
que obliga a aumentar los requerimientos de insulina, pero, también con los
efectos deletéreos que esto implica. Según este principio fisiopatológico, el
uso de metformina podría ser beneficioso
en los pacientes niños y adolescentes con DM1 con sobrepeso u obesidad que
desarrollen resistencia a la insulina(8).
Aunque la fisiopatología es
pobremente entendida, la mayoría de las mujeres con Síndrome de Ovario
Poliquístico (SOP) tienen resistencia a la insulina, independientemente del
peso(41). La resistencia a la insulina y la hiperinsulinemia
secundaria juegan un papel importante en esta patología: se asocian a la
producción excesiva de andrógenos y anovulación secundaria(42). En
Estados Unidos, la prevalencia de DM2 es dos veces mayor en las mujeres jóvenes
con SOP que en la población normal y el mecanismo fisiopatológico por el que
esto ocurre es la resistencia a la insulina que presentan las pacientes(43). El efecto de la metformina en prevenir la
progresión a DM2, puede extrapolarse en las pacientes con este síndrome.
La metformina mejora la resistencia
a la insulina en estas pacientes, además, disminuye el riesgo cardiovascular
asociado; también, puede disminuir el nivel circulante de andrógenos, incluso
mejorando el hirsutismo y mejora los ciclos menstruales, retornando la
ovulación(44).
Debido a la frecuente asociación
entre la obesidad y la DM2, y tras la mejoría tanto del control glucémico, como
del peso con el empleo de metformina a corto plazo, se ha planteado el efecto
exclusivo de las biguanidas sobre el control del peso. Las primeros reportes,
que demostraron dichos efectos, provienen del sub-análisis del estudio Diabetes Prevention Program(45);
no obstante, solo recientes investigaciones han dilucidado el modelo molecular
subyacente, el cual se correlaciona con la modulación de la vía de la AMPK,
junto a la modulación del sistema humoral de adipoquinas, disminución de la
leptina y aumento de la adiponectina, generando así un estado anorexígeno (46),(47).
Ante tal evidencia, estudios
prospectivos y de meta-análisis dan soporte a la asociación entre metformina y
la reducción de peso, con resultados no concluyentes por la gran heterogeneidad
y dificultades metodológicas de los estudios. Asimismo, los efectos en la
reducción del peso han sido inferiores a los producidos por los cambios en el
estilo de vida o medicamentos aprobados para la reducción de peso(48),(49);
aunque algunos subgrupos presentan una mayor reducción de peso con el uso de
metformina, tales como mujeres obesas en edad fértil con SOP(51),
niños y adolescentes con sobrepeso u obesidad, con mejor beneficio en el
subgrupo de pacientes con resistencia a la insulina calculado por el índice Homeostasis Model Assessment, índice
indirecto de insulinorresistencia(52). Además, como protector en la ganancia
de peso o como tratamiento de la misma, secundario a terapia con
anti-psicóticos atípicos de segunda generación bien conocidos por sus efectos
adversos cardiovasculares(53),(54).
Los programas de prevención
primaria de Estados Unidos, dan recomendaciones débiles respecto al uso de la
metformina en estos programas para la reducción del peso en los pacientes
obesos y con sobrepeso(48), permitiendo abrir caminos para futuras
investigaciones que promuevan el uso de dicha molécula, tras evidencia que respalde
su efectividad.
Riesgo cardiovascular
Las complicaciones microvasculares
se encuentran relacionadas con el grado, variabilidad y el tiempo de exposición
a hiperglucemia, por ello, el control glucémico como objetivo temprano se ha
asociado a disminución en la incidencia de estas(55),(56),(57). En
la cohorte con DM1 del Diabetes
Complications and Control Trial, el control glucémico se asoció con una
reducción estadísticamente significativa en la incidencia de complicaciones
crónicas (Ver Tabla 1). Sin embargo, en el seguimiento de la misma cohorte, The Epidemiology of Diabetes Intervention
and Complications(56) evidenció una mayor incidencia de
complicaciones entre los pacientes que habían recibido inicialmente terapia
estándar comparada con terapia intensiva, aún después de haber pasado varios
años de modificada la terapéutica del primer grupo a intensiva.
Tabla 1: Hallazgos del
estudio Epidemiology of Diabetes Intervention and Complication (EDIC).
Fuente: Adaptado de Ranjit
IR et al. J Assoc Physicians India 2011; 59: 8 -12 (48)
De igual forma, en el United Kingdom Prospective Diabetes Study(58)
se evidenció que a pesar de tener índices de aumento de la glucemia similares,
los individuos que presentaban valores de glucosa plasmática en ayunas más
bajos en el momento del diagnóstico presentaron menos complicaciones vasculares
y menores resultados clínicos adversos que los individuos con valores de
glucemia más altos, es decir, a pesar del adecuado control metabólico logrado y
de similares valores glucémicos, las diferencias persistieron a lo largo del
tiempo siendo mayor los eventos vasculares en el grupo de paciente con valores
glucémicos elevados (Ver Tabla 2). A lo
anterior, los autores denominaron al fenómeno como “Memoria Metabólica” o
“Efecto del Legado”, en donde el entorno hiperglucémico celular inicial se
mantiene impreso en las células del endotelio vascular. Por lo que el control
metabólico temprano es importante en el sostenimiento de los beneficios
aportados por la terapia.
Tabla 2. Cambio del
riesgo por la metformina en patología micro y marcovascular.
NS: No significativo. ↓:
Reducción
Fuente: Adaptado de:
Bailey C.J Cardiovasc Drugs Ther 2008; 22: 215-224 (55).
El fenómeno de memoria metabólica tiene
su principal base fisiológica en el estrés oxidativo y la glucosilación de proteínas
mitocondriales, con la participación del Factor Nuclear kappa Beta (NF-kβ)(55),
NAPH oxidasa(59), deacetilasa de Histona Clase III sirtuin 1 (SIRT1)
en la vía del AMPK(60) y del gen proapoptótico BAX, documentándose
la inhibición de estas vías por parte de la metformina y, por lo tanto, la
modificación de la memoria metabólica celular (Ver Figura 1 y 2)(61).
El NADPH generado del metabolismo
de la glucosa, a través de la vía pentosa fosfato, juega un papel importante en
el estrés oxidativo a través de la reducción del peróxido de hidrogeno que es facilitado
por el sistema del glutatión(62) (Ver Figura 1). Asimismo, la NADPH
es oxidada a aniones superóxidos mediante la enzima NADPH Oxidasa, que al
catalizar la oxidación del NADPH bloquea la vía del glutatión y aumenta la
producción de agentes oxidantes. Tal enzima es favorecida por el NF-k β, cuya
expresión se encuentra aumentada en estado hiperglucémico(63),(64).
Adicionalmente, el exceso de aniones superóxido reacciona directamente con el
Óxido Nítrico (ON) en consecuencia lo atenúa y reduce la eficacia de este
sistema vasodilatador potente de la célula endotelial y homeostasis de los
vasos sanguíneos, asimismo, la reacción entre superóxido y el ON produce un
oxidante potente, el Anión de Peroxinitrito (ONOO), un citototóxico que la
bioactividad del ON y favorece la síntesis de mediadores inflamatorios mediante
aumento en la expresión, de la Ciclooxigenasa2 (COX2) y disminución de la sintasa
de Prostaciclina (PGI2)(65). El ONOO es cuantificado indirectamente
a través de la 3-nitrotirosina, éste último se encuentra elevado significativamente
en pacientes con diabetes, evidenciando así aumento del ONOO(66)
(Ver Figura 2).
Por otro lado, la glicosilación de
proteínas mitocondriales acompañadas del exceso de Especies Reactivas de
Oxígeno (ROS) en respuesta a la hiperglucemia, también se ha asociado a la
generación de complicaciones en la DM2. El mecanismo por el cual la
hiperglucemia induce exceso en la formación de ROS a nivel mitocondrial parece
estar relacionado con la SIRT1 que es un proteína involucrada en la
respuesta ante el estrés, cuya expresión y actividad es regulada por la
disponibilidad de nutrientes, y su función es modular la respuesta adaptativa a
la restricción calórica y los estados inflamatorios, mediante la activación del
Receptor Activado de Proliferación de los Peroxisomas (PPAR-α) e inhibición del
NF-k respectivamente, esta proteína se
encuentra suprimida en DM2 y obesidad(67), supresión que persiste
aún después de normalizado el medio glucémico(60).
Asímismo, la SIRT1 induce la
expresión de LKB1 y AMPK favoreciendo así la gluconeogénesis y lipólisis, que
al igual que las anteriores, también se encuentran bloqueadas en la DM2,
perpetuando así los cambios genéticos, metabólicos e inflamatorios presentes en
la memoria metabólica, por lo que se considera que la SIRT1 juega un papel
importante en este fenómeno (Ver Figura 3). Por ello se ha estudiado el posible
efecto de la metformina sobre esta proteína, encontrando una acción inhibitoria
sobre el bloqueo en la expresión de la SIRT1 y en la actividad de LKB1 y AMPK
luego de cuatro semanas de tratamiento, actuando así sobre la memoria
metabólica(60).
De la misma forma, la AMPK tiene
como dos de sus objetivos claves la Acetil-Coa Carboxilasa (ACC) y la
3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA reductasa,
enzimas claves en la síntesis de ácidos grasos y colesterol, respectivamente,
por lo que su efecto final será la inhibición de estas dos vías(64),(68).
Adicionalmente, la AMPK también es activada por fosforilación de otras dos
quinasas, la LKB1 y la proteína quinasa dependiente de Ca2+/calmodulina. Es así
como un alteración, ya sea por acetilación de la LKB1 o disminución en la
actividad fosforilizadora de la AMPK, afectará negativamente la vía LKB1/AMPK/
ROS que es regulada por la SIRT1, siendo este otro mecanismo asociado al
fenómeno de memoria metabólica (Ver Figura 3).
En conclusión, la AMPK es activada
por el estrés metabólico para promover la conservación de energía y la
captación de glucosa, permitiendo la sobrevida celular en estados de bajo
aporte calórico. El efecto de la metformina sobre ello es visible clínicamente,
ya que su uso reduce eventos cardiovasculares y demás complicaciones
macrovasculares en el paciente con DM2 (Ver Tabla 2)(6)
Otro mecanismo por lo cual la
metformina otorga beneficio adicional en el paciente con diabetes mellitus es
la protección vascular. El medio hiperglucémico favorece el aumento en la
producción de fibronectina y colágeno en las células endoteliales generando
aumento del grosor de la pared del vaso, hallazgo que fue descrito en células
endoteliales de venas umbilicales humanas, en donde se demostró que la
sobreexpresión de la fibronectina se encuentra inducida por niveles altos de
glucosa y que ésta no era fácilmente reversible después de la exposición a
niveles normales del carbohidrato, generando además prolongación en la
inducción de PKC-β (Protein Kinasa C-β), NADPH oxidasa, colágeno y fibronectina(69}.
La metformina parece modificar este efecto mediante la inhibición del, Factor
de Crecimiento Transformante Beta 1 (TGF- β1) con lo cual se bloquea la
diferenciación del miofibroblasto y la matriz extracelular dependientes de TGF-
β1(70). Esta acción le adiciona otro potencial beneficio a la metformina,
la modulación de inflamación en la fibrosis pulmonar idiopática asociada a
bleomicina(71). Al disminuir la expresión de colágeno y fibronectina
se reduce el grosor de la pared del vaso, es así como a través de distintos
estudios se ha observado la disminución en el grosor de la Íntima Media (IMT)
en especial el de la Carótida (cIMT) posterior a un año de tratamiento con
metformina(72). En un estudio prospectivo, se evidenció que la
metformina a dosis de 500 a 750 mg/día
atenuaba la progresión del IMT carotideo a los dos años de tratamiento(72);
hallazgos similares fueron descritos en la cohorte de tres años de pacientes
diabéticos en donde el cambio anual en cIMT promedio del grupo de glibenclamida
y metformina (0,003 +/- 0,048 mm) fue menor que la del grupo de glibenclamida
(0,064 +/- 0,045 mm) y el grupo gliclazida (0,032 +/- 0,036 mm) (p <0,0001 y
p = 0,043 respectivamente)(73). Tales hallazgos, además de ser
soportados por la modificación en el colágeno y la fibronectina, también pueden
ser explicados debido a la acción de la metformina al inhibir la proliferación
de células del músculo liso aórtico, la expresión de metaloproteinasa de matriz(74)
tipo-2 y producción de ROS, a través de la inhibición de la NADPH oxidasa y Protein Kinasas C que suprime el efecto de la leptina sobre la producción de ROS.
Sin embargo, en el estudio The
investigators of the Carotid Atherosclerosis: Metformin for insulin ResistAnce) tal beneficio no se observó en población sin
DM2.
Adicionalmente, la metformina tiene
acción en la modificación de procesos aterogénicos como lo son la lesión
endotelial e inflamación. El primero se presenta dado que la AMPK que se
incrementa en respuesta al estrés, como en el infarto agudo de miocardio,
hipertensión arterial y diabetes, fosforila la sintasa de oxido nítrico
endotelial(75) estimulando así la producción de ON, que conlleva
finalmente a un proliferación vascular y vasodilatación(75). En
cuanto al efecto antiinflamatorio, la metformina regula este proceso a través
de la inhibición en la expresión de moléculas de adhesión leucocitaria como
ICAM-1 y VCAM-1, vía AMPK, adicionalmente disminuye la expresión del NF-kB.
Figura 3: Vía de la LKB1/AMPK/ROS, Metformina y Memoria Metabólica. (Rojo:
Vías Inhibitorias. Azul: Vía Estimulatoria. ROS=Especies Reactivas de Oxigeno,
PARP=ADPribose polimerasa, 3PH= gliceraldehido 3 Fosfato Deshidrogenasa,
NAD=nicotinamida adenina dinucleótido, NADH= NAD Reducido, SIRT 1= Deacetilasa
de Histona Clase III sirtuin 1, AMPK= Proteín quinasa activada por AMP, ACC=
Acetil-Coa Carboxialasa, HMGCoa R =3 - hidroxi - 3 - metilglutaril - CoA reductasa. NF kb= Factor Nuclear Kappa Beta).
La hiperglucemia induce formación de ROS, estos producen daño en el DNA que
inicia la activación de la PARP que inhibe la formación de Gliceraldehido 3
fosfato reduciendo así la relación NAD/NADH que inhibe la SIRT1 bloqueando así
la función mitocondrial e induciendo la apoptosis, de igual forma estas ROS
estimulan la respuesta inflamatoria a través de la transcripción citoquinas
mediadas por FN-KB como el factor de necrosis tumoral, que provoca la migración
de la proteína NF-KB que incrementa la producción de TNF y otras citoquinas,
favoreciendo así un mayor estado inflamatorio y alteración en la función
mitocondrial generando alteración en la expresión génica, en la homeóstasis y
muerte celular programada. Por otro lado, las ROS, inhiben la LKB1 bloqueando
su estimulo sobre la lipólisis. La Metformina ejerce su efecto en la memoria
metabólica, al inhibir el bloqueo en la expresión de la SIRT1 y en la actividad
de LKB1 y AMPK.
Fuente: autores
Por otro lado, la metformina reduce
la expresión del factor de von Willebrand, el activador tisular del
plasminógeno, el inhibidor-1 del activador del plasminógeno(76), del
factor VII y XIII; lo que otorga un efecto antitrombótico(63),(64).
Adicionalmente, regula la elevación de la prostaglandina F2α(77),
ácidos grasos libres y mantiene un adecuado balance oxidoreducción vascular con
el aumento en la expresión de la superóxido dismutasa, enzima del sistema NAPH
Oxidasa, generando finalmente una mejor función vasodilatadora. Por lo
anterior, y como ventaja adicional, Tousoulis et al(78), evidenciaron que la combinación de metformina
850 mg/d con atorvastatina 10 mg/d por seis semanas mejoraba la dilatación
dependiente de endotelio (p<0.01)(78). Resultados que fueron
consistentes en población sana en el estudio de Zhang et al.(79), sin embargo, la lesión endotelial por
reperfusión, no parece prevenirse en población sin DM2(80).
La síntesis de ácidos grasos es
regulada por la ACC, la cual es una enzima que utilizando como cofactor la biotina,
adiciona de manera irreversible un grupo bicarbonato al acetil-CoA para
producir malonil-CoA siendo este último el sustrato para la síntesis de ácidos
grasos(81). En modelos animales, la ACC es fosforilada por la acción
de la AMPK, tal efecto generaría un beneficio hipolipemiante de la metformina
(Ver Figura 2). Adicionalmente, aumenta la recaptación de lipoproteinas de muy
baja densidad (LDL), aumenta la lipólisis intracelular y la subsecuente
oxidación en la mitocondria(82), además, modifica el ciclo
circadiano de la expresión de genes del metabolismo graso(83). Sin
embargo, el descenso en los triglicéridos a lo largo de distintos estudios no
ha sido significativo.
Por otro lado, la proteína ABCG1(84),
transportador responsable del 70% del eflujo de colesterol desde los macrófagos
espumosos hacia las apo A-I, es incrementado por la activación de la AMPK
principalmente en arterias ateroscleróticas, modificando así los niveles de
colesterol y protegiendo el endotelio vascular de la LDL(85).
Pentikainen et al., documentaron en
pacientes con hiperlipidemia tipo IIB un descenso en colesterol total del 8,1%
(p<0.05) y LDL del 9,6% posterior a nueve semanas de tratamiento con
metformina 2 g/día(86). Además, Diehl et al. Evidenciaron que el tratamiento con metformina durante seis
meses aumentó el colesterol HDL3 y redujo la grasa truncal en población no
diabética con lipodistrofia asociada a Virus de Inmunodeficiencia Humana (de 21
mg/dL a 24 mg/dL, p= 0.002)(87), mostrando así, un posible control
lipídico en población no diabética.
En concordancia con lo anterior,
diferentes estudios animales(88) y humanos retrospectivos de grandes
bases de datos han evidenciado que la metformina puede reducir los eventos
cardiovasculares. Ejemplo de los anterior, Evans et al. usando los registros The
Diabetes Audit Research In Tayside Scotland(89) y Medicines Monitoring Unit, analizaron
más de 5700 registros de pacientes, encontrándose una menor incidencia de
mortalidad general y mortalidad cardiovascular a cinco años entre los pacientes
que usaron metformina como monoterapia inicial comparado con aquellos con sulfunilurea
(RR ajustado: 1,43 (95% IC: 1,15–1,77) y 1,70 (95% IC: 1,18– 2,45)),
respectivamente) e incluso con el grupo de pacientes que iniciaron con
metformina y se modificó a sulfunilurea (RR ajustado: 2,47 (95% IC: 1,88–3,25)
y 2,29 (95% IC: 1,45–3,61)), respectivamente(89).
Por otro lado, se estima que la
incidencia de falla cardiaca en población con DM2 es entre 2,3 y 2,5 veces
mayor que en población sin DM2 y se ve reducida con el uso de metformina(90),(91).
En el estudio realizado por
miembros del centro Kaiser Permanente
Northwest, el uso de metformina asociado a dieta y ejercicio mostró una
reducción en la tasa de incidencias de falla cardiaca comparada con
sulfunilurea (razón de tasas = 0,48, p= 0,016)(91). Además, se
asocia a disminución en los niveles de N-terminal Pro-Péptido Natriurético
Cerebral disminuyendo la prevalencia de valores superiores a 200 pg/mL. OR=
0,36 (IC 95%= 0,180,70, p=0,003)(92).
Figura 4: Mecanismo regulador de la metformina y su efecto antineoplásico.
(Diagrama esquemático del efecto antineoplásico de la metformina. A nivel
sistémico, la metformina reduce los niveles de insulina e IGF-1 que son
conocidos por su efecto anabólico y mitogénicos; a su vez, bloquea el efecto de
la señalización intracelular PI3K-AktmTORC1 del receptor de dichas hormonas,
este hace parte de los mecanismos directos o dependientes de insulina (cuadros
en verdeazul) A nivel celular, los mecanismos
indirectos o independientes de insulina (cuadros en morado), son explicados por
el transporte del canal OCT1 transportada hasta la mitocondria donde produce
una inhibición de la cadena respiratoria mitocondrial sobre el complejo 1 al
igual que en su efecto anti-hiperglucemiante. Como se expuso, la razón ATP/AMP disminuye
y este produce la activación del AMP-K; por medio de este intermediario se
produce la fosforilacion del TCS12, el cual activo inhibe la Rheb-GTP principal
activador del mTORC1 lo cual se traduce en su inhibición, tal inhibición es la
que explica la disminución de la apoptosis, la proliferación celular y aumento
de la apoptosis celular. Tal mecanismo ha sido descrito en diversas clases de
células tumorales. También, el AMP-K
induce la autofagia y el aumento de la apoptosis vía reguladores del ciclo
celular (p53). Otro mecanismo indirecto consiste en la inhibición directa del
mTORC1 mediado por la activación de las Rag GTPasas (REDD1).
Fuente: Tomado y
modificado de Shaw RJ. Acta Physiol (Oxf). 2009;196(1):65-80 y
Dowling RJ, Cancer Res. 2007;67(22):10804-12.
Los efectos fisiológicos descritos
anteriormente podrían explicar la protección cardiaca ante eventos isquémicos
con posterior mejoría de la función ventricular en población con DM2 o con
síndrome metabólico; sin embargo, en pacientes con DM2, estudios han arrojado
datos no satisfactorios. Mientras que en modelos animales tal beneficio parece
estar presente(88),(93),(94),(95) mediante un mecanismo
antiapoptótico selectivo(96).
El estudio The Glycometabolic Intervention as Adjunct to Primary Coronary
Intervention in ST-Segment Elevation Myocardial Infarction(97)
no encontró mejoría de la función ventricular a cuatro meses en pacientes con
infarto agudo con ST sometidos a intervención percutánea, lo anterior, dado que
no se encontró diferencia en el propéptido natriurético cerebral N-terminal
(NT-proBNP) ni en la fracción de eyección ventricular izquierda medida por
resonancia magnética. Sin embargo, otros autores(98),(99) reportaron
una reducción en la incidencia y
gravedad de isquemia miocárdica periprocedimiento en pacientes con síndrome
metabólico sometidos a Intervención Coronaria Percutánea (PCI), lo anterior
dado que los pacientes con metformina presentaron menor elevación de enzimas
cardiacas, CK-MB (14,5 vs. 32,9%, p = 0.008) y Troponina I (14,5 vs. 34,2%, p =
0.005). Además, el uso de metformina proporcionó estos efectos beneficiosos sin
inducir acidosis láctica por lo que su uso podría no ser suspendido antes de la
PCI, y por el contrario, suspendelas podría conducir a efectos deletéreos sobre
el control glucémico y aumentar el riesgo cardiovascular, generando así un
mayor riesgo en la PCI(98),(99).
Análisis observacionales
retrospectivos han develado la asociación entre la diabetes mellitus y cáncer
de los sistemas genitourinario, tejido mamario, hepatobiliar, gastrointestinal,
entre otros(100); así como mayor morbimortalidad, riesgo de
complicaciones y menor respuesta al tratamiento dirigido al cáncer(101).
Las hipótesis plantean un efecto secundario del hiperinsulinismo y la
resistencia a la insulina, dado por la actividad mitogénica directa de esta,
así como, por el aumento del Factor de Crecimiento Similar a la Insulina- tipo
1 y tipo 2 al aumentar la expresión del receptor de hormona de crecimiento en
células malignas de tejido hepático, mamario, próstata y líneas celulares
hemáticas(102),(103), a su vez, como marcador del potencial invasivo
y antiapoptótico. Además, la hiperglucemia, si bien, bajo la “hipótesis de
Warburg”(104), es el principal sustrato metabólico para la
generación de energía en las células cancerígenas(105),(106).
Se ha demostrado una reducción de
la incidencia a largo plazo de la aparición de neoplasias en los pacientes que
tenían tratamiento con metformina, sin correlación con otras terapias como
insulina, sulfonilureas, análogos GLP-1 e inclusive, aumento de la incidencia
con algunas de estas(107),(108),(109),(110); por lo cual abrió el
panorama del estudio ante el posible efecto anti-neoplásico de la metformina sin
correlación con otras terapias como insulina, sulfonilureas, análogos GLP-1 e
inclusive, aumento de la incidencia con algunas de estas(107-110); por
lo cual abrió el panorama del estudio ante el posible efecto anti-neoplásico de
la metformina
La primera evidencia del potencial
efecto antineoplásico de la metformina fue reportado por Evans et al., en el
2005, en una cohorte de más de 10 000 pacientes con DM2, en la cual la terapia
con metformina se asoció con una reducción del riesgo global de cáncer (OR
0,79; IC 95% 0,67 a 0,93)(111). Posteriores análisis observacionales
retrospectivos mostraron una similar asociación con el cáncer colorrectal,
gástrico, esofágico, hepático, pancreático, de próstata y de mama en pacientes
con DM2(112); ensayos in vitro
con dosis terapéuticas de metformina (5 a 20 mmol/L rango celular), demuestran,
a corto plazo, cambios histopatológicos y moleculares reversibles de células
neoplásicas en modelos tanto en humanos como murinos y primates(113).
De los mecanismos previamente
comentados, los efectos antineoplásicos comparten una vía común con las vías
moleculares anti-hiperglucemiantes, divisibles en aquellas dependientes o
independientes de la insulina (Ver Figura 4); respecto a las primeras, se ha
evidenciado reducción de los niveles circulantes del factor de crecimiento
similar a la insulina- tipo 1 e insulina, a través de la modulación de la
actividad intracelular de sus receptores, a través de la vía de señalización de
la Proteína cinasa B(114). Por otro lado, y de forma no dependiente
de insulina, la activación de la AMPK, como principal determinante en la vía
anticancerígena, produce la inhibición de
la señalización Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate
3-kinase, AKT y R Mammalian Target of
Rapamycin, fundamental en la patogenia de la carcinogénesis(115),(116),(117).
Adicional a los efectos
antineoplásicos, también han sido reportadas propiedades anti-metastásicas, al
inhibir la angiogénesis, mecanismo pilar del fenómeno de metástasis, al reducir
los niveles del factor de crecimiento endotelial vascular tipo 1, Inhibidor
Plasmático del Factor activador Plasminógeno 1 (PAI1) , Metalopreinasas de
Matriz tipo 2 y tipo 9(118),(119),(120),(121), así como el bloqueo
del potencial invasivo celular, tras la inversión de la transición
mesénquima-epitelio mediado por la inhibición del TGFβ(122),(123).
De estos efectos independientes
previamente referidos, el determinante molecular, como se postula en los
efectos insulino-sensibilizantes, es la activación de la LKB1/AMPK; no
obstante, se han descrito efectos directos independientes de dicha vía de
señalización. A nivel nuclear, se ha demostrado un efecto modulador del ciclo
celular a través de la disminución en la expresión de la proteína Ciclina D1, evitando
la transición de la fase G1 a la fase S(124), evitando la síntesis
de ADN y proliferación celular anormal; asimismo, el p53, como principal
regulador del ciclo celular es potenciado a través del incremento en el
regulador en respuesta al desarrollo y daño de ADN(125) y de la
expresión de la cinasa dependiente de ciclina 2
favoreciendo la detención de ciclo celular(126); a su vez,
facilita la apoptosis celular por mecanismos dependientes e independientes de
caspasas(127),(128). Por todo lo anterior, la metformina tiene un
efecto antineoplásico y antimetastásico al bloquear el ciclo celular, favorecer
la apoptosis y tener efecto antiangiogénico, cuyo efecto final es la
disminución en la sobrevida de la célula cancerosa.
También se han descrito propiedades
inmunomoduladoras por parte de la metformina, al disminuir el desgaste
inmunológico de los Linfocitos T CD8+ que infiltran los tumores al regular la
producción de citoquinas pro-inflamatorias Iinterleucina-2, Factor de Necrosis
Tumoral alfa (TNFα) e Interferón Gamma (IFNγ)(129).
Otro de los mecanismos en
estudio de la metfomina, es su capacidad de aumentar la expresión de
micro-ácidos ribonucleicos, genes reguladores endógenos pos-transcripcionales
que pueden tener propiedades principalmente como supresores tumorales; la
reducción de este, se ha demostrado en el desarrollo de cáncer pancreático,
pulmón, próstata y especialmente en mama(130); de igual forma, se ha
evidenciado resensibilización a quimioterapéuticos tras la exposición a la
metformina con doxorrubicina(131),(132), letrozole(133) y
placitaxel(134), mejorando así la respuesta a la quimioterapia.
Metformina en las distintas neoplasias
En vista de los descubrimientos
moleculares, se ha buscado la correlación clínica de dichos hallazgos en
múltiples ensayos clínicos. Tres meta-análisis(135),(136),(137), en
pacientes con y sin DM2, con alrededor de un millón de pacientes, reportaron
reducción del riesgo de cáncer de próstata y de su recurrencia bioquímica, sin
efecto en la mortalidad relacionada con cáncer de próstata, ni de metástasis.
Otro meta-análisis(138) reporta la reducción del riesgo de cáncer de
mama entre pacientes con DM2; más recientemente, el estudio METEOR(133), ensayo clínico
fase dos demostró la mejor respuesta de la terapia neo-adyuvante en pacientes
con cáncer de mama posmenopáusicas con positividad para receptores
estrogénicos.
Respecto al carcinoma
escamo-celular de cabeza y cuello con el uso de metformina, una revisión
sistemática encontró una disminución de
la tasa de la recurrencia loco-regional y de metástasis, y aumento de la
supervivencia libre de enfermedad tras el uso de metformina(139). En
relación al cáncer de pulmón, aunque con efecto nulo en los expuestos a tabaco,
se encontró una reducción del riesgo de cáncer de pulmón, tras el consumo mayor
a cinco años de metformina, en relación al adenocarcinoma de pulmón(140),(141);
también, efectos benéficos de reducción del riesgo de cáncer de páncreas entre
los pacientes diabéticos tratados con metformina a corto y largo plazo(142).
De este modo, se abre un panorama
de la relación en la reducción del riesgo de cáncer asociado al uso de
metformina. Si bien, existe gran evidencia que soporta tal hipótesis, hay
diversos estudios en controversia a tales hallazgos; lo que puede explicarse
por el desconocimiento del verdadero perfil farmacodinámico de la metformina e
inclusive, de la fisiopatología de algunos tipos de cáncer, como del
medicamento en sí. Sin embargo, quedarán por esclarecer, a través de los
estudios clínicos y moleculares, las verdaderas asociaciones fuertes, que a
futuro, promuevan el uso de la metformina, no solo en el ámbito del control
metabólico y cardiovascular, sino también, en la prevención primaria, y como
adyuvante al tratamiento contra el cáncer.
Pese al largo tiempo desde el
descubrimiento de la metformina, el conocimiento de sus efectos
farmacodinámicos aún son inciertos y los avances en estos esclarecerán los
múltiples efectos benéficos de esta molécula. Si bien, continúa siendo un pilar
fundamental en el tratamiento de la DM2, la evidencia muestra un beneficio
adicional en esta y otras enfermedades de gran importancia en el ámbito clínico
y de salud pública, como el riesgo
cardiovascular, al mostrar impacto en la función endotelial, la protección
vascular por la antiaterogénesis, el metabolismo lipídico y la función
cardiaca; todos estos factores están implicados en los eventos cardiovasculares
mayores que generan impacto de morbimortalidad en la era actual. No menos
importante y, quizás, con una gran relación con el ambiente proinflamatorio, se
muestra la reciente evidencia a favor de la reducción en la incidencia de
neoplasias de distinto origen, aún ad
portas de conocerse a cabalidad, efecto de gran interés, por la carga en la
morbimortalidad, en lo psicosocial y lo familiar si se impactará en la
incidencia de estas patologías.
Finalmente, es de gran importancia
que el profesional de la salud reconozca las indicaciones y contraindicaciones
para insertar su pronto inicio dentro de la terapéutica médica, no sólo con el
fin de lograr metas glucémicas sino también reducir la morbimortalidad a través
de los múltiples beneficios adicionales otorgados por esta; todo lo anterior,
dentro de un tratamiento integral e interdiciplinario de cada paciente y el
fortalecimiento de la relación médico-paciente(143),(144).
CONFLICTO DE INTERÉS
Ninguno declarado por los autores.
FINANCIACIÓN
Ninguna declarada por los autores.
Agradecemos a la Dra. Análida
Elizabeth Pinilla Roa, por su labor como docente e investigadora que inspira a
la constante búsqueda del conocimiento, con el fin de encontrar la verdad bajo
el método científico; esperamos que continúe fomentando este espíritu
investigativo en sus estudiantes.
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¿Cómo citar este artículo?:
Morantes-Caballero JA, Londoño-Zapata GA, Rubio-Rivera M, PinillaRoa
AE. Metformina: más allá del control glucémico. MÉD.UIS. 2017;30(1):57-71.