RITMO DE SECRECIÓN

La producción de melatonina sigue un ritmo circadiano de secreción con concentraciones elevadas durante la noche y basales durante el día. En la especie caprina, las concentraciones plasmáticas diurnas son bajas (<5pg/ml), mientras que los niveles nocturnos son elevados, variando desde 20 hasta 135 pg/ml (Zarazaga et al., 2010). En ovino, utilizando ovejas canuladas, en donde la recogida puede hacerse a intervalos más frecuentes, se mostró que la secreción es pulsátil, aunque no se ha encontrado su importancia fisiológica (English et al., 1987). También se ha indicado que este modelo de secreción sufre variaciones a lo largo del año, con unos bajos niveles en verano y mayores, pero posiblemente de menor amplitud, en el invierno (Arendt et al., 1981; Chemineau et al., 1992b; Malpaux et al., 1996; Chemineau et al., 2010; Zarazaga et al., 2011). Por lo tanto, la información fotoperiódica también es un reflejo de los cambios a lo largo del año, y el animal lo interpreta a través de la señal de la melatonina.

La definición de la duración del patrón de secreción de melatonina no es absoluta, ya que depende de la historia fotoperiódica del animal. La duración del periodo de secreción de melatonina refleja la duración de la noche, proporcionando al organismo la información necesaria para regular las funciones fisiológicas, no sólo las reproductivas, sino también las de la muda (Lincoln et al., 1980), variaciones en el peso corporal (Plotka et al., 1982), sistema inmune (Maestroni y Conti, 1993), actividad de la glándula tiroides (Vriend, 1983), el crecimiento neoplásico (Blask, 1993), actividad locomotriz (Dollins et al., 1994) y los ritmos circadianos (Armstrong y Redman, 1993). Este ritmo circadiano es endógeno y está circunscrito a un periodo de 24 horas, siguiendo el ciclo luz/oscuridad, y en efecto, si los animales son mantenidos en oscuridad constante, la secreción de melatonina sigue siendo rítmica pero el periodo del ciclo es diferente a 24 horas y no está sincronizado entre individuos (Ebling et al., 1988; Kumar y Lincoln, 1995).

La respuesta de este ritmo endógeno a los cambios en la duración del día, requiere un complejo conjunto de mecanismos que permita detectar tres tipos de modificaciones en la secreción de melatonina: (1) detección de la presencia de melatonina por encima de un umbral mínimo (día vs. noche); (2) detección de la

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duración de la presencia de melatonina por encima de ese umbral mínimo (días largos vs. días cortos); y (3) detección de cambios en la duración de la presencia de melatonina en relación a la exposición de melatonina anterior (días decreciente vs. días crecientes).

Karsch et al. (1985) y Malpaux et al. (1988) han mostrado que los niveles plasmáticos de melatonina se elevan a los 10 minutos de desaparecer el estímulo luminoso, tanto en animales en fotoperiodo natural como en artificial. En otro estudio, realizado por Ravault y Chesneau (1999), se mostró la existencia de variaciones sobre el comienzo de secreción de melatonina tras el comienzo del periodo de oscuridad en función del fotoperiodo. Así, en animales sometidos a días largos, la secreción de melatonina empezó antes (a los 11 minutos) que cuando los animales estuvieron sometidos a días cortos (la secreción empezó a los 20 minutos).). En la oveja (Malpaux

et al., 1988) y en la cabra (Delgadillo et al., 2001), la secreción de melatonina se

caracteriza por aumentar rápidamente apenas se apagan las luces, en animales sometidos a fotoperiodo artificial, y poco después del atardecer, en animales que están en fotoperiodo natural. Cabe resaltar que también la duración de las horas de oscuridad afecta el momento de finalización de la secreción de melatonina, ya que en el caso de los días cortos, los niveles de melatonina descienden a valores basales poco antes de terminar la noche, mientras que durante los días largos, las concentraciones disminuyen incluso después del inicio de las primeras horas de luz del día (Zarazaga et al., 2000; Chemineau et al., 2010).

La característica principal del ritmo de secreción de melatonina, que transmite la información fotoperiódica, parece ser el tiempo y la duración de la secreción (elevados niveles a lo largo del tiempo). Así, inyectando a ovejas pinealectomizadas con infusiones de melatonina, en diferentes momentos del ciclo nocturno, la respuesta varía sólo en la duración de la infusión, y no en el momento del día (Bartness et al., 1993). El rol crítico de la duración está relacionado con el hecho de que la duración de la secreción se correlaciona en forma positiva con la duración de la noche en todas las especies, sin tener en cuenta exactamente el perfil de melatonina.

También parece ser que, más que la duración de todo el fotoperiodo, un cambio en cierto momento es más importante para determinar una respuesta fisiológica. Así, al someter a los animales a un flash de luz durante la noche se inhibe la secreción de melatonina y ésta sólo se restablece cuando el flash se produce al comienzo o a mitad del periodo de oscuridad, pero no lo hace si se produce al final. Por lo tanto, estos impulsos de luz nocturnos pueden modificar la curva de secreción de melatonina, y

Revisión bibliográfica

87 como consecuencia, alterar la interpretación del fotoperiodo (Kumar y Lincoln, 1995). Esto indica que la luz dirige el ritmo circadiano de secreción influenciando el comienzo y el final de la secreción de melatonina, y controlando la duración de su secreción.

Tras el aumento inicial de las concentraciones plasmáticas de melatonina, éstas varían ampliamente a lo largo de la noche con valores medios que pueden oscilar entre 50 y 1.000 pg/ml en la oveja (Malpaux et al., 1987; Zarazaga et al., 1998b) y de 20 hasta 135 pg/ml en las cabras (Zarazaga et al., 2010). A pesar de esta enorme variabilidad en las concentraciones plasmáticas de melatonina en ambas especies, la repetibilidad en la amplitud de su secreción, así como en la duración de secreción para cada individuo son muy elevadas (0,7 y 0,5, respectivamente) (Chemineau et al., 1996). Esto indica que la secreción de esta hormona se encuentra bajo un fuerte control genético como así lo demuestra la heredabilidad del carácter (0,45 ± 0,07), observado en ovino (Zarazaga et al., 1998b), pudiendo estar relacionado con el tamaño de la glándula pineal y el número de pinealocitos contenidos en ella (Coon et al., 1999; Gómez-Brunet

et al., 2002). Según Zarazaga et al. (1998a), trabajando con ovejas que presentaban

diferencias en cuanto a concentraciones de melatonina, el origen de estas diferencias se debían más a la tasa de síntesis y en consecuencia al tamaño de la glándula pineal que a la cinética del catabolismo de la hormona tales como la vida media o la velocidad de desaparición en la sangre. Parece probable que esta diferencia en el tamaño de la glándula pineal viene desde el nacimiento (Gómez-Brunet et al., 2002). Esto nos sugiere que los genes o alelos que afectan al tamaño de la pineal y, en consecuencia, a sus concentraciones plasmáticas, probablemente actúan incluso desde el desarrollo embrionario (Gómez-Brunet et al., 2000).

Por otra parte, en diferentes experimentos realizados por Zarazaga et al. (1997; 1999; 2010), en ovino y caprino, se ha comprobado que las concentraciones de melatonina varían muchísimo en un mismo animal entre cada una de las venas yugulares que es muestreada. Sin embargo, la media de las concentraciones plasmáticas de melatonina diurnas o nocturnas aparentemente no varió en la población en general. Las diferencias de concentraciones de melatonina entre ambas venas pueden deberse a factores como: diámetro de la vena, flujo de sangre o la conexión con las venas de donde procede la melatonina liberada por la glándula pineal, sin embargo esto no ocurre con otras hormonas secretadas por la hipófisis como la prolactina y la oxitocina (Zarazaga et al., 2010).

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La explicación más plausible sería la forma de paso de la melatonina hacia las venas yugulares. Las hormonas secretadas por la pituitaria son liberadas a la circulación sanguínea en paralelo, desembocando sucesivamente en las venas pituitarias laterales, senos petrosos, senos cavernosos y los senos sigmoideos, antes de alcanzar la vena interna yugular (Page, 2006). En el caso de la melatonina, esta liberación no es pareada hacia la vena de Galeno, es decir, al alcanzar el seno sagital superior, se divide en dos ramas en los senos transversos conectadas con los senos sigmoideos, para finalmente alcanzar las venas yugulares internas. Los resultados de Tricoire (2002) sugieren que la distribución de la sangre en el seno sagital, que transporta la melatonina, no es igual entre los dos senos transversos lo que podría explicar las diferencias de las concentraciones entre ambas venas yugulares. Estas diferencias pueden significar un problema en cuanto a la metodología a usar en el muestreo, sobre todo en trabajos en los que se buscara estudiar y determinar las concentraciones de melatonina y correlacionarlas con algún parámetro reproductivo, siendo entonces necesario tomar muestras de ambas venas y mezclarlas para obtener un valor más homogéneo en las concentraciones (Zarazaga et al., 2010). También, en cuanto a la amplitud del ritmo de secreción de melatonina, van a existir variaciones importantes entre los individuos de una misma población, aunque si se toma en cuenta un solo individuo, son bastante estables en el tiempo (Chemineau et al., 1996).

Respecto al inicio de la secreción de melatonina, se han realizado estudios, tanto en ovino como en caprino, que demuestran que la glándula pineal del feto es capaz de sintetizar melatonina incluso antes del nacimiento y cuyas secreciones aumentan a medida que lo hace la misma glándula pineal (Kennaway et al., 1977; McMillen et al., 1989; Gómez-Brunet et al., 2000). Sin embargo, es posible que estas secreciones sean debidas a que la melatonina secretada sea un reflejo de la secreción pineal de la madre que atraviesa la barrera placentaria por vía sanguínea (Yellon y Longo, 1988; Zendegs

et al., 1988). Eso ha podido confirmarse mediante trabajos de pinealectomia en ovejas

gestantes, en las que los ritmos de secreción desaparecieron (Zemdegs et al., 1988). Sin embargo, esta señal es importante, puesto que los tratamientos fotoperiódicos pueden afectar a la vida reproductora posterior de la cría. En este sentido, en caprino, Devenson

et al. (1992) demostraron que cuando a las hembras que iban a parir en otoño, se les

sometió a un fotoperiodo artificial de días largos en los 2 meses previos al parto, las chivas nacidas iniciaron su actividad reproductiva mucho más tarde que aquellas que no habían sido sometidas a tratamiento fotoperiódico, lo que parece indicar que el feto es

Revisión bibliográfica

89 capaz de detectar el fotoperiodo antes del nacimiento, posiblemente debido a la señal de la melatonina materna. Después del nacimiento, las crías comienzan a generar su propio ritmo de secreción, si bien la relación entre las concentraciones de melatonina y el fotoperiodo prevalente no se establece hasta las 3-4 semanas de vida, por lo que las concentraciones que se puedan detectar antes de ese tiempo, es muy probable que sean debido a la melatonina presente en la leche materna (Malpaux et al., 1993; Gómez- Brunet et al., 1999; Santiago-Moreno et al., 2003).

2.3.5.2. VÍAS DE SECRECIÓN

Una vez sintetizada, a diferencia de otras hormonas que son almacenadas, la melatonina se libera directamente a la circulación. Esto significa que las concentraciones plasmáticas de melatonina son un indicativo de su tasa de síntesis y por lo tanto un reflejo de la actividad fisiológica de la glándula pineal. Así, cualquier factor que limite la síntesis de melatonina en la glándula, conllevará niveles más bajos en sangre.

La melatonina puede usar dos posibles rutas para alcanzar sus sitios de acción: la primera es por la circulación general, a través del circuito de redes periféricas (pineal - yugular - carótidas - órgano diana) a partir de la vena de Galeno. La melatonina que va por la sangre venosa, finalmente, es transportada al cerebro mediante las arterias carótidas y se supone que son éstas concentraciones de melatonina las encargadas de actuar a nivel de los receptores de esta hormona en el SNC y controlar, la actividad reproductora. La segunda vía de secreción de la melatonina está en relación con el líquido cefalorraquídeo (LCR) a nivel de los ventrículos laterales, donde la melatonina accede al hipotálamo más concretamente a través del 3erV siguiendo su propio circuito (pineal - 3erV - órgano diana), en donde se han detectado concentraciones más altas que las observadas a nivel periférico (Shaw et al., 1989; Tricoire et al., 2002), además mostrando un ritmo diario a la par que el observado en la vena yugular (Rollag et al., 1978; Tricoire et al., 2002).

Existen evidencias que apuntan a favor de esta última hipótesis, ya que la localización de los sitios de acción de la melatonina se localizan en el hipotálamo pre- mamilar (HPM) que está adyacente al 3erV, lo que permite la difusión de esta hormona del LCR hacia los puntos de acción (Malpaux et al., 1998); y otra razón es que los niveles de melatonina son más altos en el LCR que en la sangre. Sin embargo, la

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cantidad total de melatonina que hay en el LCR es muy pequeña, representando sólo el 0,1% de la que se libera en la sangre sintetizada por la pineal (Shaw et al., 1989; Tricoire et al., 2002). De todos modos, Skinner y Malpaux (1999), trabajando con ovejas, revelaron por primera vez que las concentraciones de melatonina en la base del 3erV, cerca del hipotálamo pre-mamilar, son 7 veces más elevadas que las de los ventrículos laterales, entre 5 y 18 veces más que los encontrados en la vena yugular y 100 veces más altas que las que están en la sangre de la carótida (Figura 14). Esto indicaría que la mayor parte de la melatonina que se encuentra en el LCR proviene de la glándula pineal, y no por un flujo retrógrado desde la vena de Galeno al plexo coroideo y de allí a los ventrículos cerebrales. Todo ello, llevaría a pensar que la cantidad presente en dichos ventrículos sería muy superior al 0,1% propuesta anteriormente sobre la cantidad total sintetizada por la glándula pineal.

Figura 14. Concentraciones de melatonina en el líquido cefalorraquídeo (LCR) del 3er ventrículo y en el

plasma sanguíneo (Izquierda, A), y en el LCR del ventrículo lateral (Derecha, B). La duración de la noche representa el área gris (adaptado de Skinner y Malpaux, 1999).

La melatonina alcanza el LCR del 3erV a través del receso pineal (RP), y de él difunde hacia todo el 3erV. Este hecho se ha demostrado ya que se ha visto que las concentraciones de melatonina son mucho mayores en el receso pineal que en el 3erV, a pesar de la corta distancia entre ambos sitios (10 mm). Además, la extracción de LCR en el RP provoca una disminución de las concentraciones de melatonina en el 3erV,

Revisión bibliográfica

91 dependiente de la tasa de extracción de LCR y, finalmente, el cierre quirúrgico del receso pineal provoca una disminución de las concentraciones nocturnas de melatonina en el LCR de casi un 80% (Tricoire et al., 2002).

Además, como ya se ha mencionado, el aumento de las concentraciones de melatonina en el crepúsculo y su disminución al amanecer son igual de claras tanto en el LCR como en la sangre, por lo tanto las concentraciones en en el LCR reflejan también la duración del número de horas de luz, un prerrequisito crítico si lo que se quiere es jugar un rol en la transmisión de la información fotoperiódica (Skinner y Malpaux, 1999).

2.3.5.3. FACTORES HORMONALES QUE AFECTAN SU