Fisiologia Endocrina

Objetivos

1. Definir: hormonas, célula diana, retroacción ne¬gativa, metabolismo, tiroxina, hormona estimu¬lante de la tiroides (TSH), hormona liberadora de tirotropina (TRH), hipotálamo, sistema porta hi¬potálamo-hipofisario, vena porta,.

2. Dar ejemplos de cómo los bucles de retroacción negativa regulan la liberación hormonal.

3. Explicar el papel de la tiroxina en el manteni¬miento del metabolismo basal de un animal.

4. Explicar los efectos de la hormona estimulante de la tiroides (TSH) sobre el metabolismo basal de un animal.

5. Comprender el papel del hipotálamo en la regula¬ción de la producción de tiroxina y de TSH.

6. Explicar por qué es importante la insulina y cómo puede utilizarse para tratar la diabetes.

7. Entender como los alteraciones en los niveles de cortisol y ACTH están asociados a patologías del sistema endocrino

El sistema endocrino regula el funcionamiento de cada célula, tejido y órgano del cuerpo. Actúa para mantener un ambiente corporal interno estable, a pesar de los cambios que se producen en el interior o en el exterior del organismo. Las células endocrinas tienen la capacidad de percibir y responder a esos cambios a través de la secreción de compuestos químicos específicos denominados hormonas. Las hormonas son transportadas por la sangre, generalmente unidas a proteínas plasmáticas específicas, y circulan por todo el organismo. Cuando el complejo hormona-proteína alcanza una célula diana (la célula a la cual se dirige un mensaje químico), la hormona se separa de la proteína y penetra en la célula para inducir una reacción específica.

Las hormonas actúan de diferentes maneras, dependiendo de su estructura química. Por ejemplo, las hormonas polipeptídicas, compuestas por cadenas de aminoácidos, primero se acoplan a una proteína receptora de la membrana celular, iniciando una serie de reacciones en la membrana con el resultado de la penetración en la célula del monofosfato cíclico de adenosina (AMPc). La entrada de este producto químico induce que la célula trabaje más y más rápidamente. Las hormonas esteroides y la tiroxina (una hormona secretada por la tiroides y que examinaremos con detalle más adelante) entran en la célula para unirse a un receptor citoplasmático. El complejo hormona-receptor penetra entonces en el núcleo celular para unirse a puntos específicos sobre el ADN. Cada unión produce un ARNm específico que se traslada entonces al citoplasma para ser traducido en una proteína específica.

La mayor parte de la regulación de los niveles hormonales en el organismo se lleva a cabo mediante un mecanismo de retroalimentación negativa: si se necesita una hormona particular, se estimulará su producción; si hay suficiente cantidad de hor¬mona, se inhibirá su producción. En muy pocos casos la pro¬ducción hormonal está controlada por mecanismos de retroalimentación positiva. Uno de tales ejemplos es la producción de la hormona de la hipófisis posterior oxitocina. Esta hormona pro¬duce la contracción de la capa muscular del útero, el miome¬trio, durante el parto. La contracción del miometrio causa una liberación adicional de oxitocina para ayudar a la contracción, independientemente de la cantidad de hormonas ya presente.

El estudio de los efectos de las hormonas sobre el orga¬nismo es difícil realizarlo en el laboratorio, ya que, a menu¬do, los experimentos pueden durar días, semanas o incluso meses, y son bastante caros. Además, puede ser necesario el sacrificio de animales, y algunas veces se precisan téc¬nicas quirúrgicas complejas. Las simulaciones de PhysioEx que se utilizarán en este ejercicio permiten estudiar los efec¬tos de determinadas hormonas sobre el organismo, usando animales «virtuales» en lugar de animales vivos. Serás capaz de llevar a cabo delicadas técnicas quirúrgicas pulsando un botón. También serás capaz de completar experimentos en una fracción del tiempo que utilizarías en un laboratorio real.

Hormonas y metabolismo

Metabolismo es un término amplio utilizado para designar todas las reacciones bioquímicas que tienen lugar en el orga¬nismo. Incluye el catabolismo, un proceso por el cual los materiales complejos se descomponen en sustancias más simples, generalmente con la ayuda de enzimas presentes en las células. El metabolismo también incluye el anabolismo, en el cual los materiales más pequeños, por la acción de enzi¬mas, crean moléculas más grandes y complejas. Cuando se rompen los enlaces durante el catabolismo, la energía que estaba almacenada en ellos se libera para ser utilizada por las células. Cuando se forman moléculas más grandes, la energía es almacenada en los diferentes enlaces que se forman. Una parte de la energía liberada puede dirigirse hacia la for¬mación de ATP, el material rico en energía utilizado por el organismo para su funcionamiento. Sin embargo, no toda la energía liberada sigue este camino. Una parte de ella se emite en forma de calor corporal. Los humanos somos animales homeotermos, lo que significa que tenemos una temperatura corporal fija. El mantenimiento de esta temperatura es muy importante para sostener las vías metabólicas que existen en el organismo.

La hormona más importante en el mantenimiento del metabolismo y la temperatura corporal es la tiroxina. También conocida como tetrayodotironina, o T4, la tiroxina es secretada por la glándula tiroides, localizada en el cuello. Sin embargo, la producción de tiroxina realmente está con¬trolada por la hipófisis, que segrega la hormona estimulante de la tiroides (TSH). TSH es transportada hasta la glán¬dula tiroides (su tejido diana) por la sangre, ocasionando una mayor producción de tiroxina.

También es importante comprender el papel del hipotá¬lamo en la producción de tiroxina y de TSH. El hipotálamo, localizado en el cerebro, es una glándula endocrina primaria que segrega varias hormonas que afectan a la hipófisis (tam¬bién localizada en el cerebro). Entre éstas se encuentra la hormona liberadora de tirotropina (TRH), que estimula la producción de TSH en la hipófisis. Si el hipotálamo determi¬na que no hay suficiente tiroxina circulando para mantener el metabolismo corporal, secretará TRH para estimular la pro¬ducción de TSH por la hipófisis, la cual, a su vez, estimulará la producción de tiroxina por la glándula tiroidea (un ejem¬plo clásico de un bucle de retroalimentación negativa). La TRH es transportada desde el hipotálamo hasta la hipófisis vía el sistema porta hipotálamo-hipofisario, una organización de vasos sanguíneos especializados que consiste en una simple vena porta que conecta dos lechos capilares. El sistema porta hipotálamo-hipofisario transporta otras muchas hormonas desde el hipotálamo hasta la hipófisis. Ante todo, las hormo¬nas secretadas por el hipotálamo son trópicas (o tróficas), es decir, hormonas que estimulan o inhiben la secreción de otras hormonas. La TRH es un ejemplo de una hormona trópica, ya que estimula la liberación de TSH (que, a su vez, es una hormona trópica, pues estimula la liberación de tiroxina).

En los siguientes experimentos investigarás los efectos de la tiroxina y de la TSH sobre el metabolismo de un ani¬mal. Del menú principal selecciona Fisiología del Sistema Endocrino (Endocrine System Physiology). La pantalla de inicio aparecerá en pocos segundos (Figura 1).

A la izquierda verás una cámara en forma de bote conectada a un manómetro-respirómetro (con¬siste de un tubo en forma de U, una jeringuilla y unos tubos asociados). Colocarás los animales —en este caso ratas— en la cámara, con el fin de recopilar información sobre el efecto de la tiroxina y de la TSH sobre sus metabolismos basales. Observa que la cámara también incluye una balanza y que, junto a ella, hay un temporizador (min) (Timer) para fijar y calcular la duración de un determinado experimento. Bajo el temporizador hay un indicador de peso (Weight).

En la parte superior de la cámara hay conectados dos tubos. El de la izquierda tiene una abrazadera que puede abrirse o cerrarse. Manteniéndola abierta (Clamp open) per¬mitirás que el aire exterior entre en la cámara; cerrando la abrazadera (Clamp closed) se creará un sistema cerrado, her¬mético. El otro tubo conduce a un conector en forma de T. Uno de sus brazos está conectado a un tubo en forma de U, denominado manómetro, que contiene un líquido. A medida que un animal consume el aire del sistema cerrado, este flui¬do ascenderá en la parte izquierda del tubo en forma de U y descenderá en la derecha.

El otro brazo del conector en forma de T conduce a una jeringuilla llena de aire. Al utilizar la jeringuilla para inyec¬tar aire en el tubo, medirás la cantidad de aire necesario para que la columna de fluido vuelva a su nivel original. Esta medida será igual a la cantidad de oxígeno utilizada por el animal durante el transcurso del experimento. La sosa, situa¬da en la parte inferior de la cámara, absorbe el dióxido de carbono producido por el animal, de forma que se puede medir¬ fácilmente la cantidad de oxígeno consumido. Este dato, junto con el peso del animal, se utilizará para calcular su metabolismo basal.

También aparecen en la pantalla tres ratas blancas en sus jaulas individuales. Son los PRACTICA 3

Fisiología del sistema endocrino

ejemplares que utilizarás en los siguientes experimentos. Una rata es normal; la segunda está tiroidectomizada (abreviado en la pantalla como Tx) - lo que significa que se le ha eliminado la tiroides-, y la tercera está hipofisectomizada (abreviado en la pantalla como Hypox) es decir, se le ha extraído la hipófisis.

En la parte superior izquierda de la pantalla

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