1 Capítulo 48 Regulación endocrina Dr. Robert J. Mayer

2 El sistema endocrino – trabaja junto al sistema nervioso manteniendo la homeostasisGlándulas endocrinas, células, tejidos que secretan hormonas (e.g. corazón) Las hormonas son un tipo importante de señal química mediante las cuales las células se comunican Son secretadas en el sistema intersticial y típicamente transportadas en el torrente sanguineo Se unen a receptores en las células “target”

3 Glándulas endocrinas – no tienen ductos –secretan sustancias directamente al torrente sanguineo o al fluido intersticial Los “target organs” podrían ser: a. otras glándulas b. otros órganos (e.g. riñones, estómago)

4 Glándulas endocrinas

5 Comunicación entre célulasLas células se comunican - unas con las otras - mediante neurotransmisores, hormonas, y reguladores locales La misma substancia podría ser producida por una neurona, una glándula endocrina o cualquier otro tipo de célula – el mismo mensaje puede tener significados diferentes para diferentes células.

6 Glándulas exocrinas – (e.g. glándulas sudoríparas,glándulas gástricas) - Liberan sus secreciones en ductos.

7 Glándulas endocrinas – No tienen ductos; secretansubstancias al fluído intersticial, luego de ahí se difunde a los capilares y luego al torrente sanguineo

8 Células - parte de algunos órganos – Tambiénpueden secretar hormonas (e.g. corazón y riñones)

9 Células neuroendocrinas – un enlace entreel sistema nervioso y el endocrino. Estas producen neurohormonas que son transportadas por las axonas de estas células y secretadas al fluido intersticial. Se difunden a los capilares y son transportadas en el torrente sanguineo En los vertebrados el hipotálamo produce varias neurohormonas que enlazan el sistema nervioso con la glándula pituitaria – una glándula endocrina que secreta varias hormonas

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11 Regulador local – son moléculas que se difundenpor el fluido intersticial y actúan en células cercanas

12 Algunos tipos de señales endocrinas

13 Hormonas Cuatro grupos químicos principales Derivados de ácidos grasosProstaglandinas y la hormona juvenil de los insectos Esteroides Secretados por la corteza adrenal, ovarios y testículos además de la hormona de la ecdisis de los insectos

14 Cuatro grupos químicos principales cont.Derivados de amino ácidos (son simples) Hormonas producidas por la tiroide. También la hormona epinefrina (adrenalina) Péptidos y proteínas ADH (hormona antidiurética) y hormonas peptídicas Insulina (proteína pequeña)

15 Neuropéptidos Producidos por las células neuroendocrinas (neuronas) en el hipotálamo E.g. oxitocina y la hormona antidiurética producidos en el hipotálamo

16 Principales grupos químicos de hormonas

17 Secreción de hormonas Casi siempre presentes en bajas concentraciones (approx. > 50 hormonas diferentes circulan a la vez en el torrente sanguineo) Tipicamente regulada por mecanismos de retroalimentación negativa La hormona es liberada como respuesta a algún cambio en el estado estable del organismo Causa una respuesta que contrarresta la condición de cambio Este proceso restaura la homeostasis

18 Regulación por retroalimentación negativaConcentraciones bajas de Ca+ = espasmos musculares = muchas fibras musculares contraídas a la vez

19 ¿Cómo funcionan las hormonas?Las hormonas solamente funcionan cuando se unen a los receptores (proteínas o glucoproteínas) de los “target cells” Llave y cerradura Receptores – se construyen y destruyen constantemente; son proteínas o glicoproteínas

20 ¿Cómo funcionan las hormonas?“receptor up-regulation” = respuesta a concentraciones bajas de una hormona / se sintetizan mas receptores como respuesta a bajas concentraciones de hormonas “receptor down-regulation” = respuesta a concentraciones altas de una hormona. Los receptores para las hormonas son constantemente sintetizados y degradados / se degradan receptores como resultado a altas concentraciones / cambios en señales a genes que codifican para estos receptores Alta concentración de insulina en la sangre resulta en bajo número de receptores de insulina Esto es causado por la activación de genes que codifican para los receptores además de otros mecanismos

21 Hormonas esteroides y tiroidesMoléculas pequeñas hidrofóbicas – Transportadas en proteínas plasmáticas Pasan a través de la membrana plasmática Se combinan con receptores dentro de los “target cells” Se forma el complejo hormona-receptor el cual puede activar o reprimir la transcripción del ARN mensajero que codifica para proteínas específicas Sintetizadas del colesterol

22 Mechanism of action of steroid hormonesTambén posee “ membrane receptors” Receptors Hormone receptor complex Switches genes “on” or “off”

23 Hormonas peptídicas Las hormonas peptídicas son hidrofílicas y no entran a los “target cells” Son transportadas disueltas en el plasma Se mueven hacia dentro y hacia afuera del torrente sanguineo y se unen a los “target cells” Removidas de la sangre por el hígado (inactivación) y por los riñones (excreción)

24 Generalmente no cruzan la membrana celular o plasmática porque no son solubles en la mismaSe combinan con receptores en la membrana plasmática de los “target cells” 1. Muchas de las hormonas se unen a los receptores de proteínas G Estas hormonas actúan vía transducción de señales – convierten una señal hormonal extracelular en una señal intracelular que afecta algún proceso intracelular

25 Acción de las hormonas peptídicas

26 Señales mediadas por receptores ligados a proteinas GEl mecanismo de acción de las hormonas que utilizan receptores ligados a proteínas G y a segundos mensajeros Cientos de receptores “Signaling cascade”

27 Existen dos tipos de proteinas GUna activa la adenil ciclasa (Gs) Otra la inactiva (Gi)

28 El aumento en cAMP es temporeroEl cAMP es degradado por phosphodiesterasas que lo convierten a AMP La actividad de esta substancia depende de la adenil ciclasa y la fosfodiesterasa

29 Los productos de fosfolipidos y los iones de calcio actuan como mensajeros secundarios La mayoría de las hormonas son mensajeros primarios Llevan a cabo sus acciones mediante mensajeros secundarios Cyclic AMP (cAMP) Iones de calcio

30 mensajeros secundariosLos productos como mensajeros secundarios PIP2 = phosptidylinositol 4,5 biphosphate; DAG = diacylglycerol

31 Inositol trisphosphate (IP3) y diacylglycerol (DAG)Segundos mensajeros que: Aumentan la concentración de calcio Activan enzimas

32 La concentración de calcio tiene efectosimportantes en un organismo: a. contracción muscular b. señales neurales c. destrucción de microtúbulos d. coagulación de la sangre e. activación de enzimas

33 2. Receptores ligados a enzimas

34 “Receptor tyrosine kinases” Receptores – enzimas transmebranales Se unen a factores de crecimiento incluyendo insulina y factores de crecimiento nerviosos Funcionan como enzimas o estan unidas a enzimas receptor sitio enzimático En esto no hay una molécula G envuelta

35 Amplificación de la señal hormonalLa mayor parte de las hormonas encuentran en el cuerpo en bajas concentraciones = pueden regular diversos procesos debido a la amplificación de las señales Ocurre cuando el complejo hormona-receptor estimula la producción de moleculas mensajeras secundarias Los mensajeros secundarios activan las moléculas de “protein kinase” que activan las proteinas dentro de la célula

36 Una molécula de hormona puede activar cientos demoléculas G, las cuales activan varias moléculas de adenil ciclasa que a su vez producen una gran cantidad de cAMP Cada cAMP activan una “protein kinase” que a su vez fosforila muchas proteínas Mediante una cascada de señales y reacciones una sola molécula de hormona puede activar varias proteínas

37 Sistemas neuroendocrinos de los invertebradosCuatro funciones de las hormonas en los invertebrados Hay grupos de organismos que producen neurohormonas producidas por las neuronas en vez de las glándulas endocrinas

38 Ayudan a regular Metabolismo Crecimiento y desarrollo RegeneraciónEcdisis (muda) Metamorfosis Reproducción y comportamiento

39 Tendencias evolutivas en invertebradosMayor número de neurohormonas y hormonas secretadas por las glándulas endocrinas Insectos – glándulas endocrinas regulan metabolismo, crecimiento, desarrollo y ecdisis

40 Regulación del metabolismo,crecimiento y la ecdisis en insectosLos insectos poseen glándulas endocrinas y neuroendocrinas Regulación del metabolismo,crecimiento y la ecdisis en insectos

41 El sistema endocrino de los vertebradosProducen hormonas reguladoras de: 1. crecimiento y desarrollo 2. reproducción 3. metabolismo 4. balance osmótico 5. homeostasis de la sangre 6. respuesta al “stress” Muchas de las hormonas son reguladas por el hipotálamo y la pituitaria

42 Glándulas endocrinas humanas

43 Some endocrine glands and their hormones

44 Homeostasis – concentración normal de hormonasProblemas con la concentración de las hormonas (se pierde la homeostasis): 1. hiposecreción – no ocurre suficiente estimulación 2. hipersecreción – sobre-estímulo 3. receptores defectuosos – las células blanco” no responden a concentraciones normales de la hormona

45 Consequences of endocrine malfunction

46 Regulación nerviosa y endocrinaIntegrada por el hipotálamo el cual regula el funcionamiento de la glándula pituitaria El hipotálamo une al sistema nervioso con el endocrino – anatómica y fisiológicamente

47 La glándula pituitaria (“master gland”)La glándula principal del cuerpo humano Sus secreciones controlan las funciones de otras glándulas endocrinas Secreta al menos 7 hormonas peptídicas Tiene parte anterior y posterior (intermedia en algunos vertebrados) Conectada al hipotálamo por el “pituitary stalk”

48 Actividad del lóbulo posterior(derivada de tejido cerebral) Oxitocina y ADH (antidiuretic hormone o vasopressina) Producidas por el hipotálamo Son liberadas por el lóbulo posterior de la pituitaria

49 Anterior lobe of pituitary glandNeuroendocrine cells Brain Skull Hypothalamus Anterior lobe of pituitary gland Pituitary stalk Posterior lobe of pituitary gland Axons Posterior lobe of pituitary gland Capillary The relationship between the hypothalamus and posterior lobe of the pituitary gland. Vesicles containing hormones Hormones Antidiuretic hormone (ADH) Oxytocin Anterior lobe of pituitary gland Mammary glands Kidney tubules Uterus Increases permeability Stimulates contraction Stimulates milk release Increased water reabsorption

50 El hipotálamo Secreta “Releasing hormones” “Inhibiting hormones”Estas substancias regulan la producción de hormonas por el lóbulo anterior de la glándula pituitaria

51 Lóbulo anterior de la pituitaria (desarrollada de células epiteliales)Secreta la hormona del crecimiento, prolactina, hormonas estimuladoras de melanocitos (tienen funciones diferentes en otros organismos). También produce varias hormonas trópicas que estimulan otras glándulas endocrinas Funciona como una glándula endocrina clásica ya que recibe señales disueltas en el torrente sanguineo y libera sus secreciones al mismo.

52 The hypothalamus regulates the anterior lobe of the pituitary glandACTH – adrenocorticotropic hormone

53 Portal vein (connects two capillary beds)Hypothalamus Brain The hypothalamus regulates the anterior lobe of the pituitary gland Skull Anterior lobe of pituitary gland Posterior lobe of pituitary gland Releasing hormones Hormones Portal vein (connects two capillary beds) Posterior lobe of pituitary gland Releasing hormones Capillaries Hormones Anterior lobe of pituitary gland See next slide

54 The hypothalamus regulates the anterior lobe of the pituitary gland (continued)Capillaries Hormones Anterior lobe of pituitary gland Thyroid stimulating hormone Gonadotropic hormones Growth hormone Prolactin ACTH Mammary glands Ovary Thyroid gland Adrenal cortex Muscle, bone, and other tissues Produce milk Produce gametes and hormones Increases rate of metabolism Helps regulate fluid balance; helps body cope with stress Promotes growth

55 Hormona del crecimiento (GH) (somadotropina)Hormona anabólica que estimula el crecimiento del cuerpo Estimula al hígado para que produzca insulin-like growth factors (IGFs) los cuales promueven el crecimiento de los huesos y de los otros tejidos y órganos (efecto indirecto)

56 El hipotálamo controla la producción de GH mediante:La producción de GHRH y GHIH Esta hormona controla otros factores tales como: niveles de azucar en la sangre, contenido de amino ácidos Es un “feedback mechanism” El estrés, cantidad de sueño, ejercicio, apoyo emocional afectan la producción de GH Las hormonas de la tiroide y las sexuales son necesarias para que la GH funcione

57 “Growth factors” GHRH Pituitary Hipotálamo GHIH GH Liver IGFPresencia de otras hormonas (sexuales, tiroides) GHRH Pituitary Hipotálamo GHIH GH Concentración de la hormona en un momento dado Nivel de azúcar en la sangre Concentración de amino ácidos Sueño “Stress” Aspecto emocional importante Liver IGF

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60 Dwarfism Most forms of dwarfism are a result of decreased production of hormones from the anterior half of the pituitary gland. The most common form is due to decreases of growth hormone. These decreases during childhood cause the individual's arms, legs, and other structures to develop normal proportions for their bodies, but at a decreased rate.

61 Achondroplasia is a result of an autosomal dominant mutation in the fibroblast growth factor receptor gene 3 (FGFR3), which causes an abnormality of cartilage formation. FGFR3 normally has a negative regulatory effect on bone growth. In achondroplasia, the mutated form of the receptor is constitutively active and this leads to severely shortened bones.

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64 Enanismo pituitario Deficiencia en la producción de GH durante la niñez Producción insuficiente de “insulin like-growth factor” – producidas por el hígado – crecimiento de los huesos Cuando los “target tissues” no responden a la hormona

65 Los enanos pituitarios tienen inteligencia normal Bien proporcionados

66 Si los centros de crecimiento de loshuesos estan activos todavía cuando diagnostica se puede tratar con inyecciones de GH

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68 Gigantismo Pituitaria anterior produce cantidades excesivas de GH durante la niñez

69 Acromegalia Ocurre cuando la pituitaria anteriorsecreta cantidades excesivas de GH durante la adultez Richard Kiel

70 La persona no puede crecer mas pero seagranda el diámetro de los huesos

71 La glándula tiroide aumenta el metabolismoSecreta: Tiroxina (T4) Tri-iodothyronina (T3) Se sintetizan del amino ácido tirosina y el iodo Estimula la razón del metabolismo de la mayor parte de los tejidos corporales Estimula la síntesis de proteínas necesarias para la diferenciación celular

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73 Regulación de las secreciones de la tiroideDepende principalmente de mecanismos de retroalimentación negativa Pituitaria anterior Glándula tiroide

74 Tiroide alta – pituitaria anterior produce menos“thyroid stimulating hormone” – la tiroide secreta menos hormona - homeostasis Tiroide baja – pituitaria anterior produce mas “thyroid stimulating hormone” – la tiroide secreta mas hormona – homeostasis El frío estimula el hipotálamo para producir mas TRH

75 Regulation of thyroid secretion by negative feedbackWeather component Iodine !

76 Problemas con la tiroide

77 Hiposecreción extrema de la tiroide Cretinismo infantil – retardo mental y físico / se trata con hormonas Myxedema adulta (retardo mental y letargo / hormona oralmente) Hipersecreción de la tiroide Enfermedad de Grave’s (autoinmune) Anticuerpos anormales se unen a los receptores de TSH activándolos y causando una mayor producción de hormonas de la tiroide La condición conocida como “goiter” esta asociada al crecimiento anormal de la tiroide por una deficiencia de iodo (sobreproducción de TSH) por la pituitaria

78 Cretinismo

79 Myxedema

80 Hipertiroidismo (aumento del metabolismo por 60%)Condición autoinmune Anticuerpos anormales se unen a los receptores de TSH y los activan = aumento en la producción de hormonas tiroides Puede ocasionar “goiter” o bocio (esto puede también ser causado por hipotiroidismo) Grave’s disease (forma más común de hipertiroidismo)

81 Hipotiroidismo Deficiencia de iodo (precursor de la hormona) La pituitaria anterior responde secretando una cantidad mayor de TSH y la glándula se recrece pero como quiera no puede producir la hormona

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83 Glándulas paratiroides (tejido que rodea la tiroide)Secretan hormona paratiroide (PTH) Regula los niveles de calcio en la sangre y fluido intersticial Estimula la extracción de calcio de los huesos y aumenta la absorción del mismo por los riñones Actua mediante una proteína G activa la vitamina D que aumenta la absorción de calcio por los intestinos La calcitonina (secretada por la tiroide) actúa antagonisticamente al PTH – evita que se remueva calcio de los huesos

84 Regulation of calcium homeostasis by PTH and calcitonin

85 Islets of Langerhans

86 “Islets of Langerhans” (pancreas – glándula digestiva yendocrina) Secretan insulina (células beta) – hormona anabólica Estimula las células a tomar glucosa y de esa forma reduce los niveles de glucosa en la sangre Inhibe la producción de glucosa por las células del hígado Aumenta la síntesis de proteínas en la sangre Promueve la transcripción y traducción Promueve el almacenamiento de los ácidos grasos en el tejido adiposo Ayuda a regular el metabolismo de grasas y proteinas (promueve su almacenaje) Secretan glucagon (células alpha) Aumenta la concentración de azúcar en la sangre Estimula las células del hígado a convertir glucógeno en glucosa Estimula la producción de glucosa LA GLUCOSA ES ESCENCIAL COMO COMBUSTIBLE DE LAS NEURONAS – Es el único que pueden utilizar Diabetes mellitus Resulta en la disminución del uso de la glucosa = conc. altas de glucosa en la sangre

87 La concentración de glucosa en la sangre la controla directamente la secreción de insulina y glucagón Alta concentración de glucosa – células b – liberan insulina – baja concentración de glucosa - homeostasis Baja concentración de glucosa – células a – secretan glucagón – alta concentración de glucosa - homeostasis

88 Adrenal gland

89 Glándulas adrenales Secreta hormonas que ayudan al cuerpo a lidear con el estrés La médula adrenal secreta (neuroendocrino): Epinefrina Norepinefrina La corteza adrenal secreta: Hormonas sexuales Miberalocorticoides (Aldosterona) glucocorticoides

90 Aldosterona Hace que los rinoñes absorban sodio y liberen potasioAumenta el volumen del fluido extra celular = mayor volumen sanguíneo = mayor presión arterial

91 Bajos niveles de aldosteronaSe secretan grandes cantidades de sodio en la orina Se pierde agua = bajo volumen de sangre = baja presión arterial

92 Cortisol Ayuda a asegurar que la cantidad decombustible sea suficiente en momentos de estres

93 Fig. 48-13, p. 1044 Figure 48.13: Regulation of glucose concentration.Insulin and glucagon work antagonistically to regulate the concentration of glucose in the blood. Fig , p. 1044

94 Response to stress La corteza adrenal sintetiza precursoresde las hormonas sexuales Response to stress Adrenocortitrophic Estrés crónico Hidrocortisona