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    Aunque alguna vez supo ser considerado como la inevitable consecuencia de la falta de oxígeno en el músculo en contracción, este producto de la glucólisis, se forma y degrada continuamente en condiciones aeróbicas.

    Los conceptos de "shuttle, lanzadera o transporte de lactato intracelular" y "shuttle célula-célula", describen los roles del lactato en el transporte de sustratos oxidativos y gluconeogénicos, como así también su papel en la señalización intercelular.

    Algunos ejemplos de shuttles célula-célula incluyen los intercambios de lactato entre las fibras blancas (glucolíticas) y las rojas (oxidativas) en el músculo activo, entre el músculo esquelético en acción y el corazón, y entre los tejidos de liberación de lactato y la gluconeogénesis. El intercambio de lactato entre las neuronas y los astrocitos (células no neuronales del sistema nervioso), que está ligado a una señalización mediada por el neurotransmisor glutamato en el cerebro, es un ejemplo del shuttle de lactato como modulador de la señalización entre células.

    La captación de lactato por la mitocondria y el intercambio piruvato/lactato en el peroxisoma son ejemplos de shuttles de lactato intracelulares. El intercambio de lactato entre los sitios de producción y remoción se halla facilitado por proteínas de transporte monocarboxilado, de las cuales existen varias isoformas.

    El transportador mitocondrial de piruvato/lactato parece actuar en conjunción con la lactato deshidrogenasa mitocondrial (LDH), enzima que permite la oxidación del lactato en las células que se hallan respirando activamente. Por lo tanto, la mitocondria funciona estableciendo la concentración y los gradientes de protones necesarios para las células con altas densidades mitocondriales (por ej. los cardiocitos), puedan captar y oxidar lactato.

    Otros ejemplos de shuttles de lactato intracelulares incluyen la captación y oxidación de lactato en las mitocondrias de los espermatozoides y la facilitación de la ß-oxidación en los peroxisomas por el intercambio piruvato/lactato.

    La presencia de shuttles de lactato tanto intra como intercelulares, da lugar a la noción de que los caminos glucolítico y oxidativo pueden ser considerados como enlazados, en lugar de alternativos, ya que el lactato es el producto de uno de los caminos y el sustrato para el otro.

    Se sabe que junto con la glucosa sanguínea, también se movilizan las reservas de glucógeno de diversos tejidos, para proveer lactato, un producto glucolítico que es utilizado tanto en las células en las que se originó, o transportado a través del espacio intersticial hacia otras células adyacentes para su utilización. Por lo tanto el lactato es un sustrato oxidable cuantitativamente importante, como así también un medio por el cual se coordina el metabolismo en diversos tejidos. El ejercicio físico, es un ejemplo claro de esta última función, cuando la estimulación simpática de la glucogenólisis muscular y el reclutamiento de fibras musculares glucolíticas rápidas, causan un mayor flujo de lactato. Por otra parte el lactato funciona como regulador redox celular, vía el intercambio y la conversión a piruvato, su análogo más oxidado, a través de la acción de la lactato deshidrogenasa (LDH).

    Cuando el lactato es liberado a la circulación sistémica y capturado por tejidos distantes y órganos, también se ve afectado el estado redox de las células, tejidos y órganos que lo liberaron. Consecuentemente durante el ejercicio, el lactato se convierte en una pseudo-hormona, una lactormona.

    La aceptación de que existen tanto efectos intra como extracelulares originados por la producción y remoción de lactato, ha conducido a reformular la "hipótesis del shuttle de lactato". Por otra parte, el rápido progreso de las investigaciones al respecto, han propuesto una extensión de la hipótesis original, para permitir incluir un componente intracelular. La "hipótesis del shuttle de lactato intracelular", fue desarrollada cuando se comprobó que las mitocondrias aisladas de corazón, músculo esquelético o hígado de rata eran capaces de oxidar lactato directamente.

    A pesar de la controversia originada hace algunos años atrás, el concepto de los shuttles de lactato dentro y entre células ha sido confirmado por varios estudios que observaron intercambio de lactato entre diversas células y tejidos, incluyendo astrocitos y neuronas.

El shuttle de lactato célula-célula

    La hipótesis original del shuttle de lactato fue propuesta en 1984, y estaba basada en estudios llevados a cabo con sustancias trazadoras marcadas con isótopos radiactivos, y en el conocimiento de la liberación de lactato proveniente de tejidos metabólicamente activos. Resultados de investigaciones subsecuentes, como así también, la lectura más cuidadosa de resultados publicados previamente, apoyaron este concepto.

    La enzima lactato deshidrogenasa (LDH), la cual controla la formación y utilización de lactato, ha sido clasificada en cinco isoformas con distintas afinidades por el lactato. La isoforma H (isoforma cardíaca) es sensible a la inhibición por piruvato y se ha sugerido que cataliza la transición de lactato a piruvato, mientras que la isoforma M (isoforma muscular) posee una mayor afinidad por la conversión de piruvato a lactato.

    Las fibras glucolíticas poseen la mayor actividad total de LDH, y un alto porcentaje de la isoforma M (LDH4 y LDH5), mientras que las fibras oxidativas tiene una actividad total de LDH menor y un alto porcentaje de la isoforma H (LDH1 y LDH2).

Liberación y captación de lactato en la célula muscular

    Mediciones del flujo sanguíneo y de las concentraciones de lactato arterial y venoso en la sangre que baña al músculo, permiten la cuantificación de la liberación neta de lactato in situ e in vivo. La hipótesis de que la producción de lactato es causada por la limitación del suministro de oxígeno a la mitocondria fue estudiada por primera vez en el músculo esquelético de perros. En estos estudios se observó que la NAD+ /NADH se oxidaba más durante las contracciones, en forma suficiente como para iniciar una liberación neta significativa de lactato. Estudios posteriores, en los que se midieron los niveles de oxígeno en el músculo en contracción, demostraron que la producción de lactato ocurría en el músculo plenamente oxigenado. Estos resultados confirmaron las observaciones iniciales de que la producción de lactato ocurre en los músculos en contracción oxigenados en los que el transporte de electrones en la mitocondria no se encuentra limitado por la falta de O₂.

    También se realizaron estudios en humanos utilizando protocolos progresivos de ejercicio, resonancia magnética nuclear y espectroscopía para medir la saturación en la mioglobina y las diferencias de concentración arteriovenosa, el consumo de O₂ y el balance de lactato en el cuádriceps humano. Luego fue posible calcular la presión parcial de O₂ intramuscular (PO₂), y los resultados indicaron que la PO₂ intracelular es bastante alta en los músculos en reposo de sujetos sanos respirando aire atmosférico a nivel del mar. Sin embargo, al comienzo del ejercicio, se observó un descenso dramático en la PO₂ muscular (cerca de 533 pascales), un valor aún por encima de la PO₂ mitocondrial crítica. Además la PO₂ intracelular se mantuvo por encima de la PO₂ mitocondrial crítica, a medida que se incrementaba la respuesta muscular al esfuerzo. El músculo en contracción libera lactato a un valor equivalente aproximado al 50% del VO₂max a pesar de no haber signos de escasez de O₂ muscular.

Cinética del lactato sanguíneo en mamíferos durante el ejercicio

    Estudios realizados por el grupo del Dr. Depocas, fueron fundamentales para conocer el metabolismo integral del lactato en el cuerpo. Estos hallazgos muestran que 1) existe un recambio activo de lactato durante la condición de reposo; 2) una gran fracción (aprox. 50%) del lactato formado durante el reposo es removido por oxidación; 3) la tasa de recambio de lactato se incrementa durante el ejercicio en comparación con la de reposo, aún si sólo existe un pequeño cambio en la concentración sanguínea de lactato; 4) la fracción de lactato removida a través de la oxidación aumenta aproximadamente 75% durante el ejercicio; y 5) una fracción menor (10±25%) del lactato removido se convierte en glucosa vía el ciclo de Cori durante el ejercicio. En términos cuantitativos, cuando se miden los flujos de glucosa y lactato con trazadores radiactivos, y los valores se comparan en ratas en reposo y en ejercicio, se vuelve obvio que mucho del flujo glucolítico ocurre a través del lactato, especialmente cuando la tasa metabólica es alta. A pesar de que los valores están sujetos a diferencias de especies y variaciones experimentales, se hallaron resultados esencialmente similares en estudios con ratas, perros y caballos, y la observación de que el lactato se produce y remueve bajo condiciones de plena aerobiosis, ha sido demostrado muchas veces, en diferentes investigaciones.

    Un estudio realizado recientemente demostró que existe una significativa producción y oxidación de lactato en reposo y en ejercicio en hombres. Durante el ejercicio, la mayor parte (75±80%) del lactato fue removido vía oxidación, y gran parte del resto, convertido en glucosa.

Transporte de lactato facilitado a través de las membranas celulares

    El transporte de lactato es llevado a cabo por una familia de proteínas de transporte monocarboxiladas (MCTs), que se expresan diferencialmente en células y tejidos.

    En el músculo esquelético de rata, el transportador MCT1 ha sido encontrado predominantemente en músculos mayormente oxidativos, y sólo en pequeñas cantidades en los músculos con predominio glucolítico, mientras que el MCT2 parece estar ausente o presente en muy bajas concentraciones en ambos tipos. Recientemente se identificaron los MTC3 al MCT7, y la isoforma MCT4 (antes denominada MCT3) ha sido observada tanto en músculo de rata oxidativo como en el glucolítico.

    Algunos estudios han mostrado los efectos del entrenamiento en la expresión de estos transportadores. Estos cambios en la expresión del MCT1 de la membrana plasmática muscular (sarcolema) y en la expresión de proteínas mitocondriales, desembocan en un aumento del lavado (clearance) de lactato durante el ejercicio.

    Además es bien sabido que la mayor parte del flujo de lactato a través del sarcolema, es mediado por sistemas de transporte lactato/H+, tanto en músculo de animales como de humanos, y este tipo de transportadores son los que poseen mayor capacidad para remover los H+ en músculo de rata. Algunas investigaciones llevadas a cabo, muestran que el entrenamiento físico de alta intensidad, incrementa la capacidad de transporte de lactato/H+ en el músculo esquelético humano, como así también la habilidad del músculo para liberar lactato y H+ durante las contracciones, y el contenido de las proteína transportadoras MCT1 y MCT4.

    Es bien sabido que las fibras musculares oxidativas comienzan a captar lactato a una concentración sanguínea del mismo más baja y a velocidades mayores en comparación con las fibras musculares glucolíticas, y que las fibras oxidativas predominantemente oxidan lactato, mientras que las glucolíticas principalmente convierten lactato en glucógeno.

    También se ha demostrado que el transporte de lactato es significativamente más rápida (aproximadamente entre 37-109%) en las fibras oxidativas que en las glucolíticas. A primera vista este hecho contradice la idea de que las fibras musculares glucolíticas son proclives a velocidades de producción de lactato más altas durante las contracciones/ejercicio y que deberían estar preparadas para un transporte rápido del lactato hacia el espacio extracelular. Sin embargo, las fibras oxidativas producen lactato y usualmente son activas por períodos de tiempo mayores que las glucolíticas. Una mayor capacidad para transportar lactato (y H+ al mismo tiempo) fuera de las fibras oxidativas podría explicar parcialmente la mayor resistencia a la fatiga de estas fibras. Por otra parte, la velocidad de transporte mayor en las fibras oxidativas podría reflejar el rol del lactato como un sustrato energético para estas fibras, mientras que la velocidad de transporte menor en estas últimas, podría contribuir a una retención mayor de lactato durante la recuperación del ejercicio intenso, haciendo mucho más probable que el lactato postejercicio retenido en las fibras glucolíticas sea resintetizado en glucógeno.

El shuttle de lactato intracelular

    En los estudios llevados a cabo en los últimos años de la década del 80, Brandt, Kline y colegas demostraron que las mitocondrias asiladas del hígado eran capaces de oxidar lactato, al menos tan rápidamente como piruvato. Ellos interpretaron sus resultados postulando un shuttle de lactato. Seguidamente se confirmó la capacidad de oxidar lactato de las mitocondrias aisladas del músculo, y se identificó al MCT1, como el transportador mitocondrial de lactato/piruvato.

    Como los protones y los gradientes de concentración son necesarios para el flujo de lactato vía difusión y transporte facilitado, y como la remoción de lactato ocurre vía oxidación y gluconeogénesis (ambos, procesos mitocondriales), son esenciales las mitocondrias respirando activamente para que el shuttle de lactato opere.

    En la actualidad se sabe que algunos tipos de células facultativas pueden ser cultivadas con lactato como combustible de preferencia, porque sus mitocondrias poseen los medios para consumir y oxidar lactato directamente, sin la conversión a piruvato en el citosol, (por ejemplo las células de la levadura Saccharomyces cerevisiae contienen un flavocitocromo, que acopla la deshidrogenación del lactato a la reducción del citocromo c)

    Además del shuttle de lactato citosol-mitocondria, parecen existir otros shuttles intracelulares, por ejemplo entre el citosol y los peroxisomas, donde se sabe que un sistema para la re-oxidación del NADH es esencial para el funcionamiento de la ß-oxidación. De hecho la LDH es la única enzima glucolítica localizada en los peroxisomas. Para que haya un balance redox peroxisomal, se debe llevar a cabo el intercambio lactato/piruvato a través de la membrana peroxisomal, y estudios preliminares del grupo del Dr. Brooks, sugieren que un MCT está involucrado en dicho mecanismo.

    Aunque resultados de estudios realizados con resonancia magnética nuclear (RMN), apoyan el concepto de los shuttles de lactato in vivo, los datos sugieren que el conocimiento del intercambio de lactato intra y célula-célula, se encuentra en sus inicios.

    De hecho, un estudio realizado por Rasmussen y colegas en el año 2002, utilizando un cuidadoso método de fraccionamiento subcelular y de aislamiento mitocondrial, no pudieron hallar actividad de la enzima LDH (la enzima que cataliza la formación de piruvato a partir de lactato), en la fracción correspondiente a las mitocondrias, proponiendo que la LDH no es una enzima mitocondrial en el músculo vasto lateral de humanos y ratones, con lo cual esta organela sería incapaz de metabolizar lactato, y por lo tanto también puso en dudas la noción del shuttle intracelular de lactato, el cual involucra el transporte de lactato hacia la matriz mitocondrial, seguido de oxidación a piruvato.

    En síntesis se puede decir que el entendimiento actual acerca del rol del metabolismo del lactato ha cambiado dramáticamente desde aquella visión clásica que lo mostraba como una consecuencia inevitable de la falta de oxígeno en el músculo esquelético en contracción. Se sabe ahora que el lactato se produce y se utiliza continuamente bajo condiciones plenamente aeróbicas.

    Se oxida activamente en todo momento, especialmente durante el ejercicio, cuando la oxidación se hace cargo del 70±75% de la remoción, ocupándose la gluconeogénesis de la mayor parte de lo que resta de lactato. El músculo en contracción produce y utiliza lactato como combustible, mucho del cual es formado en la fibras glucolíticas y luego captado y oxidado en fibras oxidativas adyacentes. Como se encuentra en un estado más reducido que su ceto-ácido análogo (el piruvato), el secuestro y la oxidación de lactato a piruvato afecta el estado redox de la célula, promoviendo tanto el flujo de energía como eventos de señalización celular.

    El transportador mitocondrial lactato/piruvato parece trabajar en conjunto con la LDH mitocondrial, permitiendo que el lactato se oxide en las células que están respirando activamente, estableciendo los gradientes que conducen al flujo de lactato.

    A la luz de un nuevo siglo, podemos afirmar que aún sigue siendo correcto que la hipoxia tisular conduce a un aumento en la concentración de ácido láctico, pero que no necesariamente la elevada producción y acumulación del mismo, indica una condición de hipoxia.

Bibliografía

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revista digital · Año 8 · N° 58 | Buenos Aires, Marzo 2003   © 1997-2003 Derechos reservados