Deficiencia de butirilcolinesterasa: Una revisión narrativa de la literatura / Butirilcholinesterase Deficiency: A Narrative Review of Literature

RESUMEN La butirilcolinesterasa es una enzima que metaboliza relajantes neuromusculares despolarizantes como la succinilcolina, fármaco de elección para procedimientos que requieran parálisis muscular a corto plazo como facilitar la intubación endotraqueal en pacientes sometidos a procedimientos de emergencia. La deficiencia de butirilcolinesterasa se define como la reducción cuantitativa de dicha enzima y su actividad para hidrolizar moléculas, constituyéndose en la principal causa de bloqueo neuromuscular prolongado tras la administración de relajantes neuromusculares como la succinilcolina. Es una condición patológica que puede ser de origen hereditario o adquirido; siendo más común la deficiencia enzimática de origen genético y de carácter autosómico recesivo, la cual se presenta aproximadamente en una de cada 3200 a 5000 personas en todo el mundo. Su manifestación clínica se caracteriza por relajación muscular persistente, la cual puede producir insuficiencia respiratoria aguda. El diagnóstico debe estar orientado a la identificación de sus características clínicas, la cuantificación serológica y el monitoreo neuromuscular. Debido a que no existe cura para esta deficiencia, el manejo debe estar orientado a realizar ventilación mecánica del paciente hasta que el medicamento empleado se metabolice por completo. Este artículo tiene como objetivo realizar una revisión del estado del arte, describiendo su epidemiología, etiología, fisiopatología, manifestaciones clínicas y actualidades en su diagnóstico y tratamiento.

ABSTRACT Butyrylcholinesterase is an enzyme that metabolizes depolarizing neuromuscular relaxants, such as succinylcholine, a chosen medication for procedures that require short-term muscular paralysis, to facilitate endotracheal intubation in patients undergoing emergency procedures, for example. Butyrylcholinesterase deficiency can be defined as a quantitative reduction of the enzyme and its activity to hydrolyze molecules, becoming the main cause of prolonged neuromuscular blockade after the administration of neuromuscular relaxants such as succinylcholine. It is a pathological condition that can be of either hereditary or acquired origin; being more common the enzymatic deficiency of genetic origin and of auto-somal recessive character, occurring in approximately one in 3,200 to 5,000 people worldwide. Its clinical manifestation is characterized by persistent muscle relaxation which can lead to acute respiratory failure. The diagnosis must be oriented to the identification of its clinical characteristics, serological quantification, and neuromuscular monitoring. Because a cure does not exist for this deficiency, management should be directed to mechanical ventilation of the patient, until the used drug is fully metabolized. This article aims to review the state of the art, describing its epidemiology, etiology, pathophysiology, clinical manifestations, and updates in its diagnosis and treatment.

Deficiencia de butirilcolinesterasa identificada después de la administración de succinilcolina. Reporte del caso / Butyrylcholinesterase deficiency identified after succinylcholine administration. Case report

RESUMEN La función principal de la enzima butirilcolinesterasa es hidrolizar ésteres exógenos como los que están presentes en el relajante neuromuscular succinilcolina, que se utiliza con frecuencia en procedimientos quirúrgicos de corta duración. Se considera que la herencia de butirilcolinesterasa atípica o deficiencia de butirilcolinesterasa es un rasgo autosómico recesivo que se presenta aproximadamente en una de cada 3200 a 5000 personas. Dicha deficiencia puede tener consecuencias graves en pacientes anestesiados con dicho relajante porque en ocasiones causa prolongación de la parálisis o apnea posoperatoria. Se presenta el caso de una paciente de 73 años admitida al servicio de cirugía para una tiroidectomía subtotal. Finalizada la intervención, no emergió espontáneamente del anestésico, presentó signos de relajación con mal esfuerzo inspiratorio y sin recuperar la respuesta neuromuscular; por ello se procedió a revertir con neostigmina, previa aplicación de atropina. La reversión falló por lo que fue trasladada a la unidad de cuidados intensivos. En los exámenes se halló reducido el nivel de colinesterasa sérica, lo que indicó una deficiencia de butirilcolinesterasa compatible con sus síntomas. Tal situación está descrita en la literatura médica.

SUMMARY The main function of the enzyme butyrylcholinesterase is to hydrolyze exogenous esters such as those present in the neuromuscular blocking agent succinylcholine, which is frequently used in short surgical procedures. Inheritance of atypical butyrylcholinesterase or butyrylcholinesterase deficiency is considered an autosomal recessive characteristic and occurs worldwide in approximately one out of 3200 to 5000 people. Such deficiency may have serious consequences for patients anesthetized with that relaxant because sometimes it causes an extension of paralysis or postoperative apnea. We report the case of a 73-year-old woman submitted to subtotal thyroidectomy. After surgery, she did not spontaneously emerge from anesthesia, had signs of relaxation with poor inspiratory effort, and no recovery of neuromuscular response. After application of atropine, reversal was attempted with neostigmine, but it failed, and she was transferred to the ICU. Laboratory results revealed a reduced level of serum cholinesterase indicating a deficiency in butyrylcholinesterase consistent with her symptoms. Such situation has been described in medical literature.

Actividad de butirilcolinesterasa y micronúcleos en trabajadores agrícolas expuestos a mezclas de plaguicidas / Butyrylcholinesterase activity and micronuclei in agricultural workers exposed to pesticide mixtures

Los plaguicidas son xenobióticos de gran utilidad para el control de las plagas y su uso es una realidad para obtener mayor rendimiento en los cultivos. Sin embargo, tienen el riesgo de producir toxicidad, por lo que es necesario el monitoreo biológico de los trabajadores expuestos a estas sustancias. El objetivo de este estudio fue evaluar la actividad de la butirilcolinesterasa (BCh) y la presencia de micronúcleos (MN) en trabajadores expuestos a mezclas de plaguicidas en el municipio Urdaneta, estado Lara. Participaron 82 individuos de sexo masculino, 41 expuestos (GE) y 41 no expuestos (GNE), la determinación de la butirilcolinesterasa se realizó en muestras de sangre, y la de micronúcleos en muestras epiteliales de la mucosa bucal. Los resultados fueron presentados empleando estadísticos descriptivos, frecuencias absolutas y porcentajes, utilizando el paquete libre PAST v.2.04. Los valores de actividad de BCh en el GE (3528,75+/- 1162,45U/L) mostraron diferencias estadísticamente significativas (P<0,001) en relación al GNE (5764,41+/-1641,43U/L). La frecuencia de MN presentó mayor mediana en el GE respecto al GNE (3,09 vs 0,73) con una diferencia significativa (P<0,001). Al asociar el tiempo de exposición con la actividad de BCh y la frecuencia de MN, se presentó una correlación negativa con la actividad de BCh y una correlación positiva con los MN, estadísticamente significativas P<0,001 y P<0,05. Los hallazgos obtenidos reflejan que los plaguicidas fueron utilizados en forma de mezclas siendo los más usados: organofosforados, carbamatos y piretroides produciendo modificaciones en los valores de actividad de BCh y la frecuencia de MN en individuos expuestos a plaguicidas(AU)

Pesticides are xenobiotics, useful in controlling pests and their use ileads to greater crop yields. However, they carry a risk of toxicity so biological monitoring of exposed workers is necessary. The aim of this study was to evaluate the cholinesterase activity and the presence of micronuclei in workers exposed to pesticide mixtures in the town of Urdaneta, Lara. Eighty-two workers participated, 41 exposed (EG) and 41 nonexposed (NEG), all of whome were male. Blood samples were obtained for the determination of butyrylcholinesterase (BCh); buccal mucosal epithelial samples were obtained for micronuclei (MN) sampline. The results were presented as descriptive statistics, absolute frequencies and percentages, using the PAST v.2.04 a free online software package. The BCh activity values in the EG (3528.75+/-1162.45U/L) showed statistically significant differences (P<0.001) in relation to the UEG (5764.41 +/- 1641.43U/L). Median MN frequency was highest in the EG compared to UEG (3.09vs 0.73), a significant difference (P<0.001). By associating exposure time with BCh activity and MN frequency, a negative correlation was found with BCh activity and a positive correlation with MN, both statistically significant (P<0.001 and P<0.05, respectively). The results suggested pesticide mixtures were the most often used: organophosphates, carbamates and pyrethroids produced changes in the activity values of BCh and the frequency of MN in individuals exposed to pesticides(AU)

Laboratory genetic-based reference values for cholinesterase activity in a Colombian population: A step forward in personalized diagnostics / Valores de referencia basados en el contexto genético de la actividad enzimática de la colinesterasa en una población colombiana: un paso hacia el diagnóstico personalizado

Introduction: The determination of cholinesterase (ChE) activity has been commonly applied in the biomonitoring of exposure to organophosphate and carbamate pesticides. However, ChE activity is influenced by genetic factors. Integrating genotype and phenotype information in clinical laboratory tests would increase the accuracy of the reference values in well-defined populations. Objective: To establish genetic-based reference values for acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE) activity in a Colombian population. Materials and methods: A total of 397 healthy adults from Bucaramanga were included in the study. AChE and BChE activities were measured in blood samples by potentiometry and spectrophotometry, respectively. Genotyping for ACHE rs17880573 and BCHE rs1803274 was performed using the TaqMan allelic discrimination assay. The statistical analyses to obtain the reference values were performed with the MedCalc® software. Results: Allele frequencies were 10.58% for rs17880573 A and 8.82% for rs1803274 A. People with genotypes rs1803274 AA and AG showed a reduction of 20.69% and 10.92% respectively in mean BChE activity compared to people with genotype GG. No significant differences were identified in AChE activity between rs17880573 alleles or genotypes. In the overall sample, the corresponding reference values were as follows: for AChE activity, 0.62-0.98 D pH/h and for BChE activity, 4796.3-10321.1 U/L for people carrying the allele rs1803274A and 5768.2-11180.4 U/L for people carrying the genotype rs1803274 GG. Conclusion: We strongly recommend using these genetic-based reference values for ChE enzymes in our well-defined population in daily clinical practice.

Introducción. La determinación de la actividad enzimática de la colinesterasa se utiliza comúnmente en la vigilancia biológica de la exposición a pesticidas organofosforados y carbamatos. Sin embargo, los factores genéticos afectan la actividad de la colinesterasa, por lo que la integración de la información sobre genotipos y fenotipos en las pruebas de laboratorio clínico, incrementaría la precisión de los valores de referencia. Objetivo. Establecer los valores de referencia basados en el contexto genético para la actividad enzimática de la acetilcolinesterasa (AChE) y la butirilcolinesterasa (BChE), en una población colombiana. Materiales y métodos. Se incluyeron 397 adultos sanos. La actividad de la acetilcolinesterasa y la de la butirilcolinesterasa, se determinaron en muestras de sangre por potenciometría y espectrofotometría, respectivamente. Los genotipos de los ACHE rs17880573 y BCHE rs1803274 se obtuvieron mediante el ensayo TaqMan y los valores de referencia se estimaron con el programa MedCalc®. Resultados. La frecuencia alélica fue de 10,58 % para rs17880573 A y de 8,82 % para rs1803274 A. Las personas con los genotipos rs1803274 AA y AG, mostraron una reducción en el promedio de la actividad de la butirilcolinesterasa de 20,69 % y de 10,92 %, respectivamente, comparados con aquellas con el genotipo GG. No se encontraron diferencias significativas en la actividad de la acetilcolinesterasa con respecto a los alelos y genotipos del rs17880573. Los valores de referencia determinados para esta población fueron de 0,62-0,98 D pH/h para acetilcolinesterasa y de 4796,3-10321,1 U/L para butirilcolinesterasa, en las personas portadoras del alelo rs1803274 A, y de 5768,2-11180,4 U/L, en las portadoras del genotipo rs1803274 GG. Conclusión. Se recomienda el uso de estos valores de referencia basados en el contexto genético para las colinesterasas, en la práctica clínica diaria en esta población.

Inhibición de butirilcolinesterasa por exposición a malatión: efectos sobre nocicepción y motricidad en ratas / Inhibition of butyrylcholinesterase induced by exposition to Malathion: effects on nociceptive and motor behavior in rats

Dada la presencia colinérgica en el sistema nociceptivo y la frecuente exposición al malatión, plaguicida organofosforado inhibidor de la Acetilcolinesterasa, se evaluó el impacto del aumento en el tono colinérgico inducido por la exposición a dosis bajas de malatión sobre la conducta nociceptiva y motora en ratas. Se estudiaron 20 ratas Sprague Dawley, machos (350-400g); en un grupo control (n=10) se inyectó 1mL NaCl 0,9% diario (i.p.) y a un grupo experimental (n=10) se inyectó 1mL de malatión (40mg.Kg-1.dia-1, en NaCl 0,9%, i.p) diario por 7 días. Se evaluó el primero, cuarto y séptimo día de tratamiento, el umbral nociceptivo (tiempo de reacción en la plancha caliente a 50ºC), la motricidad (distancia recorrida en 5 minutos) como evaluador de respuesta motora, y la actividad de la Butirilcolinesterasa plasmática (BuChE) como un marcador de actividad colinérgica. La actividad BuChE disminuyó progresivamente en 23,6%; 48,9% y 53,2%, el primero, cuarto y séptimo día, respectivamente, mostrando una cinética inhibitoria del tipo logarítmica: % Inhibición BuChE = 53,73 x (1+1,22-0,81xdía); r=0,93; P<0,05. Las dosis utilizadas corresponden a un nivel de exposición no letal con el fin de lograr cronicidad. La motricidad fue similar en ambos grupos (controles: 108,5 ± 30,1; malatión: 102,1 ± 43,9 cm; P>0,05; X ± DE) al igual que el umbral nociceptivo (controles:13,5 ± 5,4; malatión 15,2 ± 6,5s; P>0,05). Los datos obtenidos muestran que a pesar de la intensa inhibición de la BuChE inducida por bajas dosis de malatión, la participación funcional colinérgica en el proceso de la nocicepción es muy reducida o marginal, lo cual sugiere el predominio de otros neurotransmisores en el procesamiento nociceptivo espinal y supraespinal.

Due to cholinergic presence in the nociceptive system and the frequent exposition to Malathion, an organophosphorated pesticide with an Achetylcholinesterase inhibitory effect, the impact of the increased cholinergic tone induced by a low dose of malathion on the nociceptive and motor behavior of rats was tested. Male Sprague Dawley rats (350-400g) were divided into two groups: Control (n=10) injected with 1mL NaCl 0.9% daily (i.p.) and Malathion (n=10) injected with 1mL of malathion (40 mg.Kg-1.day-1, in NaCl 0.9%, i.p) daily for 7 days. At days 1, 4 and 7 of treatment the nociceptive threshold was evaluated by the hot-plate method at 50ºC, motor activity by total rat displacement in 5 min, and the plasmatic Butyrylcholinesterase (BuChE) activity as a cholinergic biomarker. BuChE activity progressively decreased by 23.6%; 48.9% and 53.2% at days 1, 4 and 7 of treatment, respectively, showing a logarithmic inhibitory kinetics: % of BuChE inhibition= 53.73 x (1+1,22-0,81xday); r=0,93; P<0,05. The tested exposition dose was non-lethal in order to simulate chronic toxicity. Despite the BuChE inhibition, no statistical differences between both groups were found, neither for the nociceptive threshold (Controls:13.5±5,4; Malathion 15.2±6.5s; P>0.05; Mean±SD) nor for motor activity (Controls:108.5±30,1; malathion:102.1±43.9cm; P>0.05). These results strongly suggest that despite the intense BuChE inhibition induced by exposition to a low dose of malathion, the contribution of the cholinergic system in nociception is reduced or even marginal, which reveals the action of other neurotransmitters in this process.

Correlación y conversión entre los valores de actividad de la colinesterasa plasmática medida por tres técnicas diferentes / Correlation and conversion of plasma cholinesterase activity values using three techniques

OBJETIVO: Determinar las relaciones matemáticas entre tres técnicas cuantitativas empleadas para medir la actividad de la colinesterasa plasmática, a partir de los valores de referencia ya establecidos para dos poblaciones de Antioquia, Colombia. MÉTODOS:Diseño descriptivo, transversal y prospectivo. Se conformaron dos muestras independientes representativas de la población laboral adulta (18-65 años), no expuesta a plaguicidas inhibidores de la colinesterasa y vinculada al Seguro Social, del valle de Aburrá (415 personas) y del cercano oriente antioqueño (412 personas), del departamento de Antioquia, Colombia. La colinesterasa plasmática (EC 3.1.1.8) se midió mediante tres técnicas cuantitativas: Michel, EQM® y Monotest®. Se elaboraron ecuaciones de regresión que relacionaran entre sí los resultados de las tres técnicas estudiadas. RESULTADOS: Se definieron seis ecuaciones de regresión lineal simple que permitieron relacionar los resultados de las tres técnicas de medición de colinesterasa plasmática analizadas. La correlación entre las técnicas fue moderada (r: de 0,686 a 0,771), pero aumentó (r: de 0,744 a 0,811) al eliminar 12 (1,5 por ciento) valores extremos. Las asociaciones entre las técnicas fueron altamente significativas (P < 0,001). Las ecuaciones Y = a + bX ajustadas son: EQM (U/mL) = 0,40773 + 1,8757 (Michel [delta pH/hora]); Michel (delta pH/hora) = 0,25799 + 0,33871 (EQM [U/mL]); Monotest (U/L) = 462,0 + 4 565,0 (Michel [delta pH/hora]); Michel (delta pH/hora) = 0,42956 + 0,00012125 (Monotest [U/L]); EQM (U/mL) = 0,75333 + 0,00031056 (Monotest [U/L]); y Monotest (U/L) = 262,0 + 2 118,0 (EQM [U/mL]). CONCLUSIONES: Los modelos propuestos permiten convertir los valores de actividad de la colinesterasa medida con las tres técnicas estudiadas.

OBJECTIVES: To determine mathematical correlations of three quantitative techniques to measure plasma cholinesterase, using reference values already established for two populations in the department of Antioquia, Colombia. METHODS: In this descriptive, cross-sectional, prospective study, two independent, representative samples of working adults (18 to 65 years old) were examined. In both samples the adults worked for businesses associated with ColombiaÆs Social Security system. Adults in the two samples had not been exposed to cholinesterase-inhibiting pesticides. The samples were from two neighboring regions of the department of Antioquia: one sample (415 adults) was from the Aburrá Valley, and the other (412 adults) was from Oriente Antioqueño (Eastern Antioquia). Plasma cholinesterase (EC 3.1.1.8) was measured using three quantitative methods: Michel, EQM, and Monotest. Linear regression equations were developed to correlate results of these three techniques. RESULTS: Six simple linear regression equations were defined to show the relationship of three measurement techniques for plasma cholinesterase. There was a moderate correlation of the three techniques (r = 0.686 to 0.771), but it increased (r = 0.744 to 0.811) when 12 (1.5 percent) outliers were eliminated. Associations among the three techniques were highly significant (P < 0.001). The adjusted equations for Y = a + bX are: EQM (U/mL) = 0.40773 + 1.8757 (Michel [delta pH/h]); Michel (delta pH/h) = 0.25799 + 0.33871 (EQM [U/mL]); Monotest (U/L) = 462.0 + 4 565.0 (Michel [delta pH/h]); Michel (delta pH/h) = 0.42956 + 0.00012125 (Monotest [U/L]); EQM (U/mL) = 0.75333 + 0.00031056 (Monotest [U/L]); and Monotest (U/L) = 262.0 + 2 118.0 (EQM [U/mL]). CONCLUSIONS: The proposed mathematical models allow conversion of cholinesterase activity values using the Michel, EQM, and Monotest techniques. These models can be of assistance in Colombia and other countries where a variety of measurement...