1 Bases biológicas para la producción animalEndocrinología Bases biológicas para la producción animal Daniel Salamone M.V. Gambini, Andrés Dr. Fernandez Martín Fisiología Animal Facultad de Agronomía
2 Hipotólamo e Hipófisis: localización
3 Sistema Porta-HipofisarioCélulas Neurosecretoras Hipotálamo Eminencia Media Arteria Hipofisaria anterior En los años 30 del siglo pasado se describió por primera vez el sistema vascular que une al Hipotálamo e Hipófisis (Pope y Fielding, Budapest). En los años 50, Geoffrey Harris determinó que la sangre fluía desde el hipotálamo hacia la hipófisis. Adenohipófisis Neurohipófisis Se conecta por vasos sanguíneos Se conecta por fibras nerviosas
4 Hipotálamo Conexión vascular (sitema porta) Conexión nerviosaFactores liberadores Conexión nerviosa Nucleo supraóptico y paraventricular Oxitocina, hormona antidiurética
5 Hipotálamo-NeurohipófisisOX = Oxitocina ADH = Hormona Antidiurética Neuro-Hipófisis SNC ADH OX Hipotálamo ADH OX ADH o vasopresina (9 AA): acción observada por primera vez por Oliver y Schafer en 1895: inyectando extracto de neurohipófisis aumentaron la presión sanguínea. Se discute en la clase de balance hídrico. Controlado por la osmolalidad del plasma. Osmorreceptores en hipotálamo, esófago y estómago. Oxitocina 9 AA ADH OX OX Riñón Utero G. Mamaria
6 Oxitocina: Eyección de LecheReflejo Neuro-Endócrino Células Mioepiteliales Sin Oxitocina Con Oxitocina Alvéolos Mamarios La presencia de Oxitocina fue observado por Gaines en 1915, cuando una inyección de extracto de neurohipófisis causó eyección de leche. Esquema GB Martin
7 Eje Hipotálamo-HipofisarioInformación externa Información interna SNC Hipotálamo Hormona 3 Hormona liberadora Hipófisis Hormona trófica Organo Blanco
8 Hormonas HipofisariasLH H Luteinizante FSH H Folículo Estimulante TSH H Estimulante de Tiroides (Tirotrofina) ACTH H Adrenocorticotrofa (Corticotrofina) GH H del Crecimiento (Somatotrofina) PRL Prolactina TROPISMO: Movimiento de orientación en respuesta a un estímulo TROFO: ‘que se alimenta’
9 Hormonas Hipotálamo y AdenohipófisisGnRH: H Liberadora de Gonadotrofinas FSH: H Folículo Estimulante LH: H Luteinizante TRH: H Liberadora de Tirotrofina TSH: H Estimulante de Tiroides (Tirotrofina) CRH: H Liberadora de Corticotrofina ACTH: H Adrenocorticotrofa (Corticotrofina) GRH: H Liberadora de H de Crecimiento GIH: H Inhibidora de H de Crecimiento (Somatostatina) GH: H de Crecimiento (Somatotrofina, STH) CRH fue la primera en ser identificada (años 60). Grupo de Guillemin en la U. de Houston usó cientos de miles de cerebros de ovinos. CRH = 41 AA; GnRH = 10 AA; TRH = 3 AA; GIH = 40 AA; GRH = 44 AA: son todos PEPTIDOS. PIH (dopamina) es la única H que no es un péptido. Hormonas TROPICAS (tróficas) estimulan otras glándulas para secretar otras hormonas que luego ejercen feedback negativo. Unica excepción es PRL. Hoy se sabe que el hígado produce SOMATOMEDINAS en respuesta a la GH que tienen feedback negativo en el hipotálamo. SOMATOMEDINA C = IGF-1 PRH: H Liberadora de Prolactina PIH: H Inhibidora de Prolactina (Dopamina) PRL: Prolactina
10 Hipotálamo-AdenohipófisisSNC Hipotálamo Adeno-Hipófisis Tiroides Adrenal Gónadas SNC Hipotálamo G. Mamaria Hígado Células Hueso Adeno-Hipófisis PRH GRH TRH CRH GnRH PIH GIH TSH ACTH LH FSH PRL GH GH y PRL son muy similares y comparten funciones (aprox 50% de homología entre AA) TSH, LH y FSH: son glucoproteínas. Tienen unidades alfa y beta. Alfa es común para las tres. Hormonas no hipofisarias relacionadas: eCG y hCG
11 Prolactina SNC Estimulada por PRH Inhibida por PIHHipotálamo G. Mamaria Células Adeno-Hipófisis Estimulada por PRH Inhibida por PIH Proteína de AA Funciones: Desarrollo glándula mamaria Lactogénesis Organos blanco: Glándula Mamaria Casi todas los tejidos del organismo tienen receptores a PRL PRH PIH Sus funciones fuera de la Glándula Mamaria no son bien conocidas aún. Se verá en la clase de GM. PRL
12 Hormona del CrecimientoSNC Hipotálamo G. Mamaria Hígado Células Hueso Adeno-Hipófisis Estimulada por GRH Inhibida por GIH Mediada por IGF-I Respuestas biológicas: consumo glucosa, glucemia síntesis de proteínas movilización de grasas crecimiento Organos blanco: Hígado Músculo Tejido adiposo GRH GIH GH
13 GH Efectos de GH IGF-I Efecto Directo Efecto Indirecto Hígado HuesoCrecimiento Grasa Movilización de Grasa
14 IGF-I: mediador de la GHSecretada por el hígado y otros tejidos Estimulada por la GH La mayoría de las acciones de la GH son mediadas por la IGF-I Estimula: Mitosis Síntesis proteica Vincula la nutrición con la reproducción
15 Control de secreción de GHSueño Nutrición Estrés Ejercicio SNC Hipotálamo Hígado Adeno-Hipófisis GRH GIH GRH GIH IGF-I GH: aumenta por hipoglucemia (insulina), ejercicio, estrés, ayuno y sueño. GH: disminuye por hiperglucemia (GC), Acidos Grasos, agentes Beta adrenérgicos GH
16 Hipotálamo-Hipófisis-AdrenalSNC Hipotálamo Adeno-Hipófisis Corteza Adrenal Hígado, Músculo y Grasa Respuestas biológicas: gluconeogénesis: transportador de glucosa degradación de proteínas movilización de grasas Organos blanco: Hígado Músculo Tejido adiposo Hormonas no controladas por Hipófisis: Aldosterona Adrenalina CRH ACTH Aldosterona: actúa en riñón para retener sodio. Cuando sodio baja en sangre, en el riñón se estimula la enzima renina (aparato yuxtaglomerular) que pasa angiotensinógeno (en sangre, pero producido en hígado) a angiotensina 1 (decapéptido) que pasa a angiotensina 2 (octapéptido) que estimula la glomerulosa para secretar aldosterona. CORTISOL: actividad es facilitar las acciones de glucagón y adrenalina. Induce catabolismo proteico, menos en cerebro y corazón. Ritmo circadiano de feedback negativo. Cortisol
17 Tiroides
18 Ubicación de Tiroides y ParatiroidesLaringe Localizada sobre los dos primeros anillos de la Tráquea. Dos lóbulos unidos por un istmo. Tráquea Esófago
19 FOLÍCULOS DE COLOIDE (TIROGLOBULINA)+ CÉLULAS C (PARAFOLICULARES)FOLÍCULOS DE COLOIDE (TIROGLOBULINA)+ CÉLULAS C (PARAFOLICULARES) CALCITONINA.
20 Coloide con tiroglobulinaHormonas Tiroidea I- Sangre T3 T4 Núcleo Coloide con tiroglobulina
21 Hormona tiroidea
22 Hipotálamo-Hipófisis-TiroidesSNC Hipotálamo Adeno-Hipófisis Tiroides Tejidos Periféricos Hormonas: Tetra-iodo-tironina o Tiroxina (T4) Tri-iodo-tironina (T3) Respuestas biológicas: Metabolismo basal: consumo de O2 síntesis de enzimas metabólicas síntesis de proteínas Organos blanco: Todos Hormona no controlada por Hipófisis: Calcitonina TRH TSH Calcitonina se verá en la clase sobre CALCEMIA, junto con Parathormona de la Paratiroides. T3 T4
23 Efectos metabólicos Termogenesis y consumo de O2 hipertiroidismo : thermofobia. hipotiroidismo : sensibilidad al frío Síntesis proteica:efecto en el desarrollo Lipidos: hipertiroidismo : hipocolesterolemia. hipotiroidismo : hipercolesterolemia. Síntesis de glucidos : glucemia Metabolismo del Agua y electrolitos: hipotiroidismo: edema
24 Hormonas tiroidea Efecto en el crecimiento –potencia la GH, esencial para la osificación y la maduración de órganos Efectos en el sistema nervioso – SNC:maduración y conecciones nerviosas SNAutonomo: potencia el efecto de las catecolaminas, Ej frecuenciua cardiaca etc.
25 Funciones que escapan al Eje H-HCalcemia: Parathormona (Paratiroides) Calcitonina (Tiroides) Vitamina D3 (Riñón) Glucemia (e.o.): Insulina (Páncreas) Glucagón (Páncreas) Niveles de sodio: Aldosterona (Corteza Adrenal) Angiotensina I y II (Riñón) Digestión (e.o.): Secretina Gastrina Colecistoquinina Producción de eritrocitos: Eritropoyetina (Riñón) Detección de fotoperíodo: Melatonina (Pineal) Otros…
26 Paratiroides
27 PARATIROIDES
28 Control de la Calcemia
29 Calcemia Es la concentración de CALCIO en sangre Mamíferos: 10 mg/dlEs el resultado neto del equilibrio entre la entrada y salida de calcio a la corriente sanguínea Mamíferos: 10 mg/dl Rango de ajuste: 5%
30 Calcio en el organismo 1.5 % del Peso Vivo Esqueleto: 99%Plasma y LEC: menos del 1% Se pierde por: Leche Feto Cáscara de huevos Orina Heces 99% en forma de cristales de hidroxiapatita (Ca, P y agua). Ca en LEC es el más importante para la regulación fisiológica de calcemia ---- comprende too un pool de calcio del hueso que está en forma de cristales amorfos o en solución. Esto permite acceso a la gran reserva de calcio del hueso ---- LECHE 0.12% = 1.2 g/L (7000 L = 8.4 kg Ca)
31 Funciones del calcio Componente estructural del esqueleto y los dientes Excitabilidad neuronal y contracción muscular Membranas celulares Adhesión y comunicación entre células Proliferación celular Actividad enzimática Coagulación de la sangre Liberación de hormonas/exocitosis
32 Distribución de Calcio en plasma
33 Entrada, salida y depósitoIntestino Ca++ y HPO4-- Heces Ca++ HPO4-- Hueso LEC Riñón Orina
34 Compartimentos corporales y CalcioDieta Hueso Epitelio Intestinal Osteoclasto Líquido Extracelular Osteoblastos Osteocitos Luz Intestinal Intercambio con hueso es más lento y puede ser limitante en situaciones críticas. Líquido Oseo Epitelio Renal Heces Líquido Tubular Renal Orina McDonald 1991
35 Control hormonal de calcemiaParathormona (PTH) Calcitonina (CT) Colecalciferol (Vitamina D3) Otras hormonas de acciones indirectas: Estrógenos Hormona de crecimiento (GH) Prolactina (PRL) Lactógeno placentario (LP) GC, T4, Glucagón, etc...
36 Parathormona (PTH) HipercalcemianteSecretada por la Paratiroides cuando hay hipocalcemia Aumenta Ca y disminuye P en plasma Hueso: aumenta la reorganización esquelética ( Nº de osteoclastos y la osteólisis) Riñón: reabsorción de Ca y P acelera la formación de los metabolitos activos de la Vit D en el riñón Intestino: estimula indirectamente la absorción de Ca Vida media PTH 5 a 10 min (84 AA). HUESO: primero moviliza Ca entre osteocitos y osteoblastos (no afecta P), luego activa osteoclastos que remueven hueso estable (resorción) y ahí afecta también P. Los niveles de PTH son máx inmediatamente después de despertar.
37 Calcitonina (CT) HipocalcemianteSecretada por las células C de la Tiroides cuando hay hipercalcemia Evita la hipercalcemia postprandial Disminuye Ca y P en plasma Hueso: estimula el depósito de Ca Riñón: promueve la excreción de Ca y P Intestino: inhibe indirectamente la absorción de Ca Células C o parafoliculares. 32 AA. Su acción principalmente sobre hueso. Disminuye el movimiento de Ca desde el pool detrás de la barrera osteocito-osteoblasto. Disminuye resorción ósea por osteoclastos al inhibir estos. POSTPRANDIAL: efecto GASTRINA, cck, secretina y glucagón estimulan la secreción de CT para evitar hipercalcemia postprandial.
38 Vitamina D3 (Colecalciferol)Hipercalcemiante En la dieta hay pequeñas cantidades En piel: se sintetiza como previtamina D3 En hígado: se transforma en Vit D3 inactiva (25-hidroxicolecalciferol) En riñón: se convierte en 1,25-dihidroxicolecalciferol (Vit D3 activada) La PTH estimula esta conversión La CT inhibe esta conversión PIEL: exposición a luz ultravioleta resulta en clivaje de la mólecula. HIGADO: hidroxilación en posición 25. RIÑON: hidroxilación en posición 1. Se transporta por TRANSCALCIFERINA.
39 Regulación hormonal del calcioCa++ y HPO4-- + PTH - CT CT Ca++ Vit D3 Mineral Oseo Ca++ HPO4-- Ca se reabsorbe +++ en Túbulo Proximal y ++ en Túbulo Distal. El sitio de regulación hormonal el TD. CT ) (PTH PTH Ca++ PTH PTH Vit D3 CT Heces Orina McDonald 1991
40 Efectos de las hormonasSangre Ca++ PTH CT Intestino Absorción de Ca++ 1,25(OH)2D3 Hueso Resorción de Ca++ 25(OH)D3 Riñón Retención de Ca++ Excreción de HPO4-- Swenson 1984
41 Resumen La PTH y la CT ejercen un control de retroalimen-tación negativa dual, manteniendo las concentra-ciones de Ca++ en el LEC dentro de límites estrechos Sus principales órganos blancos son hueso y riñón, lo que permite redistribuir pero no incrementar la cantidad total de calcio Los efectos de la PTH y CT se complementan por la vitamina D y sus metabolitos, que son los únicos que permiten incrementar, a través de la absorción intestinal, la cantidad total de Ca++ en el organismo
42 Adrenal
43 La Glándula Adrenal Adrenalina Aldosterona Cortisol 2 glándulasPeso total: 3.9 ± SEM 0.2 g (ovinos) Al lado de los riñones y cerca de la Aorta Recibe el 25% del gasto cardíaco Capsula Glomerulosa Reticularis Fasciculata Médula Médula adrenal está inervada por nervio del sistema simpático. Aldosterona Adrenalina Cortisol
44 Esteroidogénesis AdrenalColesterol Pregnenolona Progesterona Desoxicorticosterona Corticosterona Aldosterona P450aldo P450scc 3HSD P450c21 DHEA(S) 3HSD S-Tferase (5) 17OHP5 DHEA P450c17 Desoxicortisol Cortisol P450c11 P450c21 3HSD (4) 17OHP4 A4 P450c17 (Glomerulosa) (Fasciculata) (Reticularis) Conley & Bird 1997
45 Ejes Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal y Simpático AdrenalGBM NT Estrés Activación Sistema Simpático Hipotálamo Hipófisis GBM CRH AVP Adrenal Corteza Médula Adrenalina: 1894 Oliver y Schafer efecto cardíaco de extracto de medula adrenal Abel aísla la hormona Takamina y Aldrich lo cristaliza essintetizada por Stolz. Células en la médula son postganglionares: secreta andrenalina y noradrenalina (derivados de tirosina > dihidroxifenilalanina[DOPA] > dopamina > noradrenalina > adrenalina) Explicar AVP ACTH Cortisol Catecolaminas Homeostasis
46 Glucocorticoides Catabolismo de proteinasDesaminación de aminoacidos: - gluconeogenesis - elevación de los niveles de glucosa e insulina - de grasas y colesterol sanguineos Resosorción de calcio oseo y unrinario Antiinflamatorio y antialérgico
47 Mineralocorticoides Hormonas que regulan los electrolitos del cuerpo - mantiene niveles de Na + y de agua - incrementa perdidas de K+ e H + - incrmenta la volemia
48 Regulación mineralocorticoides
49 Catecolaminas
50 Pancreas endócrino: islótes de Langerhan
51 Páncreas: Islotes de Langerhans60% 30% 10% Células A/: Glucagón Células B/: Insulina Células D/: Somatostatina Células F: Polipéptido pancreático PP = 36 AA. SS = 14 AA. Representan el 1 a 3 % de la masa pancreática Drenan principalmente en la Vena Porta: van directamente al hígado (principal órgano blanco)
52 Páncreas Islote de Langerhans Ducto Acinos Vaso
53 _________ __ __ _______
54 Es la concentración de GLUCOSA en sangreGlucemia Es la concentración de GLUCOSA en sangre Es el resultado neto del equilibrio entre la entrada y salida de glucosa a la corriente sanguínea NO rumiantes: 80 a 120 mg/dl RUMIANTES: 40 a 60 mg/dl medida en ayunas
55 Glucosa Es el carbohidrato de mayor importancia como fuente energético para las células en animales NO rumiantes Es la única fuente de energía para el SNC HO CH2OH OH HOH
56 Fuentes de glucosa Aporte: Depósito: Salida: Aporte Salida GLU SangreHígado Aporte: Absorción a nivel intestinal Neoglucogénesis Glucógenolisis Depósito: Glucógeno en hígado Salida: Glucogenogénesis Anabolismo de lípidos y proteínas: precursor
57 Glucógeno Depósito energético de los carbohidratos en el animalHígado y los músculos Unidades -D-glucosa unidas entre sí a través de sus átomos de carbono 1–4 y 1–6
58 Rol del Hígado Nutrientes llegan directamente al hígado vía la Vena Porta Principal reservorio de glucosa: glucoGENOgénesis Es el único órgano con capacidad de glucoNEOgénesis porque tiene glucosa-6-fosfatasa
59 Sistema Porta - HepáticoVena Hepática Vena Cava Aorta Arteria Hepática Hígado Vena Porta
60 Músculo Glucosa es el sustrato energético para la contracciónAlmancena glucosa en forma de glucógeno No posee Glucosa-6-fosfatasa, por lo que la degradación de glucógeno da piruvato y lactato
61 El ciclo del Lactato o de CoriSANGRE HIGADO MUSCULO Glucosa Glucógeno Glucosa Glucógeno Lactato Anaerobiosis Lactato Kaneko 1989
62 Organos involucrados en la regulación de la glucemiaSNC (Sistema Simpático y Parasimpático) Hipotálamo (CRH) Adenohipófisis (ACTH) Glándula Adrenal: Corteza (Glucocorticoides) Médula (Adrenalina) Páncreas (Insulina, Glucagón y Somatostatina, Polipéptido Pancreático) Tracto Gastrointestinal (Hormonas gastrointestinales)
63 Insulina (1) Hipoglucemiante Polipéptido: Células BEstimulada por: hiperglucemia, AA, AG, cuerpos cetónicos, glucagón, péptido inhibidor gástrico (PIG), gastrina, secretina, CCK Inhibida por: hipoglucemia, somatostatina Vida media en la circulación: 5 a 10 minutos, y está unida a una globulina 2 cadenas: A = 21 AA, B = 30 AA. Muy similar entre especies, por lo que la actividad biológica no es altamente específica de especie. Metabolizado en hígado y riñón. HORMONAS DIG: para preparar animal para el aumento prostprandial de GLUCOSA. INHIBIDA también por E y NE. SOMATOSTATINA: 14 AA, vida media 5 min.
64 Insulina (2) Anabólica Organos blancos principales: Hígado, tejido adiposo y tejido muscular (no son los únicos) Función DUAL: Permeabilidad de las membranas Utilización de la glucosa intracelular: induce reacciones enzimáticas (energía, glucogeno-génesis, síntesis de proteínas y grasa) Estimula la: síntesis de proteínas a partir de los AA síntesis de grasa a partir de AG y glicerol la entrada de los precursores a las células Inhibe la degradación de proteínas y grasas Ver como cambiar el T hablado de efectos inmediatos y efectos más tardíos de la insulina.
65 Efectos de la Insulina Páncreas Músculo Grasa Hígado InsulinaGlucosa Glucógeno H2O + CO2 Músculo Glicerol Acidos Grasos Triglicéridos Grasa Hígado
66 ¿Qué células requieren de la Insulina para la entrada de Glucosa?Células en las cuales la insulina NO AFECTA la absorción de glucosa Cerebro Hígado Epitelio Intestinal Eritrocitos Epitelio Tubular Renal Leucocitos Células en las cuales la insulina AUMENTA la absorción de glucosa Células Musculares: Estriado Liso Cardíaco Otras células periféricas McDonald 1991
67 Glucagón Hiperglucemiante Catabólica Polipéptido: Células AEstimulado por: hipoglucemia, AGL bajos, AA, CCK, gastrina, PIG, catecolaminas, GH, glucocorticoides Inhibida por: hiperglucemia, insulina, somatostatina, AGL altos Vida media en sangre: 5 minutos, al pasar por el hígado se inactiva el 30-40% Actúa principalmente en el Hígado Cadena simple de 29 AA. Metabolizado en Hígado y Riñón. Somatostatina: 14 AA, vida media 5 min.
68 Diabetes Coma Músculo Grasa Hígado Cetoacidosis Cerebro RiñónProteínas Glucógeno Amino Acidos Músculo Grasa Hígado Glucosa Acidos Grasos Triglicéridos Diabetes Riñón Urea Acetona Cerebro Coma Cetoacidosis Falta poner las hormonas que inducen el consumo de proteínas y grasas Na Acetona NaHCO3 + H H2O + CO2 McDonald 1991
69 La regulación de Calcemia y GlucemiaOsteólisis osteocítica Reabsorción renal de Calcio Reservorio inmediato para mantener niveles sanguíneos Glucógenolisis Rápido, intensidad limitada y sensible a cambios pequeños Osteólisis osteoclástica Absorción intestinal de Calcio Gluconeogénesis Mantenimiento de un abastecimiento sostenido Respuesta más lenta, intensidad de gran potencial y menos sensible a pequeños cambios McDonald 1991
70 Leptina
71 Leptina Leptos = Delgado Gen Ob en ratón(Zhang et al., 1994) Gen Ob en ratón Deficientes en leptina, obesos, hiperinsulinemia, hiperfagia, hipotermia, hipotiroidismo, hipogonadismo (infertilidad) La administración del producto del gen (Leptina) revierte los síntomas de los ratones obesos (1995) Identificado en rumiantes en 1997 Leptina determinada en plasma en rumiantes en 2000
72 Secreción de Leptina Tejido Adiposo y PlacentaLeptina se expresa además en hipotálamo, hipófisis, estómago, músculo esqueletico, glándula mamaria Doble control: Nivel basal que NO es sensible a la ingesta que refleja la adiposidad del organismo (CONDICION CORPORAL) Nivel que es sensible a la ingesta (variación diurna) Adipocitos Receptor de leptina: Hipotálamo, páncreas, ovarios, testículos, útero, riñón, corazón, pulmón, hígado, músculos
73 El tejido adiposo, además de recibir señales, también las emite…Acciones de la Leptina El tejido adiposo, además de recibir señales, también las emite… Inhibe el apetito: inhibe al Neuropéptido Y (del hipotálamo) que estimula el apetito e inhibe la secreción de LH Aumenta el metabolismo basal Modula el sistema neuroendócrino (GH, LH) Acciones periféricos sobre el sistema reproductivo (ovario, útero)
74 Pineal
75 Detección de FotoperíodoHipófisis Ovario Retina Nervio Pineal Luz Detección de Fotoperíodo Días Largos Melatonina Pulsos de GnRH Pulsos de LH Días Cortos Baja Frecuencia Alta Frecuencia Baja Frecuencia La Pineal convierte información neuronal de los ojos acerca de la ausencia de luz en una señal endócrina que es la Melatonina. Oscuridad promueve la secreción de M y la luz inhibe su síntesis. Alta Frecuencia Estradiol Estradiol Karsch et al. 1984