Homeostasis. Es la concentración de GLUCOSA en sangre

Elize van Lier

Fisiología y Reproducción Dpto. de Producción Animal y Pasturas

Facultad de Agronomía

Anatomía y Fisiología Animal Curso 2010

Regulación de

la Glucemia

3

Homeostasis

Es la conservación ‘constante’ de las

condiciones en el líquido extracelular o

en el ambiente interno mediante las

acciones integradas de los diferentes

órganos, aparatos o sistemas del animal

4

Glucemia

 

NO rumiantes: 80 a 120 mg/dl

 

RUMIANTES: 40 a 60 mg/dl medido en ayunas

Es la concentración de GLUCOSA en sangre

Es el resultado neto del equilibrio entre la entrada y salida de glucosa a la corriente

5

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 OH 6

Fuentes de glucosa

 

Aporte: • Absorción a nivel intestinal • Neoglucogénesis • Glucógenolisis

 

Depósito: • Glucógeno en hígado

 

Salida: •  Glucogenogénesis •  Anabolismo de lípidos y proteínas: precursor Aporte Salida GLU Sangre Depósito Hígado 7

Glucógeno

 Depósito energético de los carbohidratos

en el animal

 Hígado y los músculos

 Unidades α-D-glucosa unidas entre sí a

través de sus átomos de carbono 1–4 y 1–6

8

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

Hígado

Sistema Porta - Hepático

Vena Porta Vena Hepática Vena Cava Aorta Arteria Hepática

Estructura hepática

Vena Porta Arteria Hepática Conducto biliar Vena Central Sinusoide Canalículos Biliares Linfático Bloom Fawcett 1986 11

Músculo

 Glucosa es el sustrato energético para la

contracción

 Almacena glucosa en forma de glucógeno

 

No posee Glucosa-6-fosfatasa, por lo que

la degradación de glucógeno da piruvato

y lactato

 En presencia de oxígeno degrada glucosa

a CO

₂

y H

₂

O

12

El ciclo del Lactato o de Cori

SANGRE HIGADO MUSCULO Lactato Glucosa Glucógeno Glucosa Glucógeno Lactato Kaneko 1989 Anaerobiosis

13

Organos involucrados en la

regulación de la glucemia

 

SNC (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) 14

Páncreas

Ducto Vaso Islote de Langerhans Acinos 15

Páncreas: Islotes de Langerhans

 Representan el 1 a 3 % de la masa pancreática

 Drenan principalmente en la Vena Porta: van directamente al hígado (principal órgano blanco)

60% 30%

10%

Células A/α: Glucagón Células B/β: Insulina Células D/δ: Somatostatina Células F: Polipéptido pancreático

16

Insulina (1)

Hipoglucemiante

 

Polipéptido: Células B

 

Estimulada 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 β

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

Efectos de la Insulina

Grasa Hígado Músculo Páncreas Glucosa H2O + CO2 Glucógeno Glucógeno Glucosa Glucosa

Glicerol Acidos Grasos Triglicéridos

Glucosa Insulina

19

¿Qué células requieren de la Insulina

para la entrada de Glucosa?

Células en las cuales la

insulinaNO AFECTAla absorción de glucosa

 

Cerebro

 

Hígado

 

Epitelio Intestinal

 

Eritrocitos

 

Epitelio Tubular Renal

 

Leucocitos

Células en las cuales la

insulinaAUMENTAla absorción de glucosa

 

Células Musculares: •  Estriado •  Liso •  Cardíaco

 

Otras células periféricas

McDonald 1991 20

Glucagón

Hiperglucemiante Catabólica

 

Polipéptido: Células A

 

Estimulado 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%

21

Acciones parácrinas de las hormonas

pancreáticas

Flujo de Glucosa Flujo de Amino Acidos

Catabolismo de Amino Acidos Producción de Glucosa Síntesis de Amino Acidos

Almacenamiento y uso de glucosa

García-Sacristan 1995 = =

Insulina

Glucagón

Somatostatina

22

Estrés

23

Equilibrio y Homeostasis

Físico: Equilibrio Fisiológico: Homeostasis Fuerzas Desestabilizantes Respuesta Adaptativa Factores Estresantes Fuerzas Estabilizantes puede convertirse en ... 24

Estrés

 Una amenaza que compromete a la

homeostasis

 Situaciones reales o imaginarias

 Las expectativas versus las percepciones

reales o anticipadas del ambiente

 La respuesta biológica a la percepción de

una amenaza a la homeostasis

Factores de Estrés

 

Interacciones entre Animales:

• 

Jerarquía social

 

Interacciones Hombre – Animal:

• 

Actividades de manejo

 

Interacciones Animal – Ambiente:

• 

Factores climáticos

• 

Insuficiencia y exceso de estímulos

El estrés facilita la aparición de 4

categorías de trastornos:

 Producción, reproducción y calidad de

producto

 Sensibilidad a enfermedades infecciosas y

sintomatología sicosomática

 Modificaciones del comportamiento

 Estados de shock

27

Costo biológico

 

Estrés por si solo puede no ser malo

• es parte de la vida

• existen mecanismos sofisticados para manejar el estrés

 

Si el estrés resulta en algún costo biológico significativo para el animal, pone en peligro su bienestar

Moberg 2000

28

Energía disponible para el organismo

Energía Bruta Digestible Metabolizable Producción Neta Heces Incremento Térmico Orina y Metano Mantenimiento Producción total de calor del animal

29

Priorización del uso de nutrientes

Cerebro y SNC Grasa Músculo Hueso Placenta Feto Nutrien tes en la cir culación sanguínea Hammond 1944 30

Estrés y los recursos biológicos

Estrés Recupe-_ración

Moberg 2000 Respuesta al estrés sin costo biológico

Estrés Estrés Reserva F 1 F 2 F 3 F ‘n’ Función basal Función normal Reserva F 1 F 2 F 3 F ‘n’ Función basal R ecursos biológ ic os Reserva Función normal Función 1 Función 2 Función 3 Función ‘n’ Función basal 31

El estrés y los recursos biológicos

La amenaza de estrés subclínico La suma de un mismo estrés

La suma de multiple estrés Estrés con costo biológico

Moberg 2000 32 SNC Hipotálamo Adeno-Hipófisis Corteza Adrenal

Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal

CRH AVP ACTH Cortisol

 Respuestas biológicas:

•  gluconeogénesis: •   transportador de glucosa •  degradación de proteínas •  movilización de grasas

 Organos blanco:

• Hígado • Músculo • Tejido adiposo

GBM

Ejes Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal

y Simpático Adrenal

Adrenal Corteza Médula NT Estrés Homeostasis H ipotálamo Hipófisis CRH AVP ACTH Cortisol Catecolaminas Activación Sistema Simpático

Efecto de la Adrenalina

Grasa Páncreas Hígado Músculo Corazón Pulmones  Frecuencia Cardíaca   Dilatación Vías Respiratorias  Lipólisis  Lipogénesis  Acidos Grasos  Glucagón  Insulina  Glucosa  Gluconeogénesis  Glucogenolisis  Glucogenogénesis  Glucosa Estrés Adrenalina  Glucólisis  Glucogenolisis  Glucogenogénesis

Preparación para gran actividad:  disponibilidad de energía (ATP) y O2

Hiperglucemiante Catabólica

35

La Glándula Adrenal

2 glándulas

Peso 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 Fasciculata Reticularis Médula

36

(Δ5)

Esteroidogénesis Adrenal

(Glomerulosa) (Fasciculata) (Reticularis)

(Δ4) Desoxicortisol Cortisol P450c11 P450c21 3βHSD Colesterol Pregnenolona Progesterona Desoxicorticosterona Corticosterona Aldosterona P450aldo P450scc 3βHSD P450c21 P450aldo DHEA(S) 3βHSD S-Tferase 17OHP5 P450c17 DHEA P450c17 17OHP4 A4 P450c17 P450c17

37

Perfiles de Respuesta al Estrés

Tiempo

R

espuesta al Estr

és

Korte et al. 2007 Phys & Behav 92(3):422-428

a) Acostumbramiento b) Hipersensible c) Sin acostumbramiento d) Prolongada e) Hiposensible 38

Efectos de la activación de los sistemas que

intervienen en la respuesta al estrés

Sistema SNA

Simpático

Médula

Adrenal Corteza adrenal

Cardio-vascular

Frec. y fuerza contráctil, vasoconstricción periférica

Respuesta vasomotora y permeabilidad capilar

Respiratorio Broncodilatación Surfactante y fosfolípidos

Digestivo Peristaltismo y tono de _esfínteres Secreción de HCl y pepsina

Músculo Vasodilatación Movilización proteínas

Metabolismo Gluconeogénesis a partir de _{glucógeno, lípidos y AAs}

Gluconeogénesis: glucógeno, lípidos y AAs

Redistribución de grasa

39

Efectos del estrés sobre los ejes

endócrinos

 

Eje Somatotropa: aumenta la GH para

movilización energética y disminuye IGF-I

para disminuir el crecimiento

 

Eje Lactotropa: aumento de PRL,

posiblemente asociado a aumentar la

conducta de evasión activa

 

Eje Tirotropa: inhibición por subnutrición

y estimulación por estrés por frío

 

Eje Gonadotropa: inhibición de

40

Factores estresantes pueden alterar los

sistemas endócrinos de 3 maneras

1)  Respuesta estímulo-específico: p.e. liberación de hormonas que regulan los fluidos

corporales en caso de hemorragia

2)  Respuesta generalizada al estrés: activación del SNS y el eje HPA

3)  Alterar una hormona clave en un evento fisiológico: estrés puede alterar la señal hormonal (interferencia) y así prevenir la funión normal

Integración de señales de

diferentes sistemas

Endócrino

Inmuno

Estado

Nutricional

La función de cada uno de los sistemas depende de las condiciones internas creadas por los otros sistemas

Alto nivel de complejidad

Respuesta global al estrés

 Mantenimiento de la homeostasis

 Inhibición de las funciones no esenciales a

favor de mantenimiento y supervivencia

43

Eje H-H-Tiroides

44

Corte histológico de Tiroides

45 SNC Hipotálamo Adeno-Hipófisis Tiroides Tejidos Periféricos

Hipotálamo-Hipófisis-Tiroides

TRH TSH T3 T4

 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 46

Días relativos a la esquila (0)

60 65 70 75 80 85 90 95 Tir o xina (nmol/L) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 10 15 20 25 30 Temper atur a del air e (ºC ) Insulina ( μ UI/mL) 0 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Tiroxina e Insulina Post-Esquila

Van Lier, datos no publicados

Temperatura media (± Máx/Mín) Tiroxina Insulina Esquila 21/07/06 47

Hormona del

Crecimiento

48

Hormona del Crecimiento

SNC Hipotálamo Hígado Células Adeno-Hipófisis GIH GRH GH   Estimulada por GRH   Inhibida por GIH   Mediada por IGF-I   Respuestas biológicas: •   consumo glucosa,  glucemia •   síntesis de proteínas •   movilización de grasas y crecimiento   Organos blancos: •  Hígado •  Músculo •  Tejido Adiposo IGF-I

Efectos de la GH

Efecto Indirecto Hígado

IGF-I

Efecto Directo

GH

Grasa Movilización de Grasa Hueso Crecimiento

Insulin-Like Growth Factors

 

IGF-I e IGF-II: son muy parecidas a Insulina

 

IGF-I: polipéptido de 70 AA

 

IGF-II: polipéptido de 67 AA

 

Secretada por el hígado y otros tejidos

 

Estimulada por la GH

 

Están unidas a proteínas de unión (95-99%): hay 6 IGFBP

 

Estimula: la mitosis y la síntesis proteica

 

Inhibe: apoptosis

 

Vincula la nutrición con la reproducción

51

Control de secreción de GH

SNC Hipotálamo Hígado Adeno-Hipófisis GIH GRH GRH GH GIH IGF-I Sueño

Nutrición Estrés Ejercicio

52

GH: Hormona Teleoforética

Reorientación del metabolismo y del flujo de nutrientes entre los tejidos, en base a una reorganización hormonal, con el objetivo de

privilegiar una función fisiológica dada

53

Leptina

54

Leptina

 

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

Deficientes en leptina, obesos, hiperinsulinemia, hiperfagia, hipotermia, hipotiroidismo, hipogonadismo (infertilidad) Leptos = Delgado (Zhang et al., 1994) Gen Ob en ratón 55

Secreción de Leptina

 

Tejido Adiposo y Placenta

 

Leptina se expresa además en

hipotálamo, hipófisis, estómago, músculo esqueletico, glándula mamaria

 

Doble control:

• Nivel basal: NO es sensible a la ingesta y refleja la adiposidad del organismo (CONDICION CORPORAL)

• Nivel que es sensible a la ingesta (variación diurna)

Adipocitos

56

Acciones de la Leptina

 

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)

El tejido adiposo, además de recibir señales, también las emite…

Leptina como indicador de CC

Vacas lecheras primíparas en el periparto

Meikle et al. 2004 5 6 7 8 9 10 -50 -25 0 25 50 Leptina (ng/ml) Condición Corporal 1 2 3 4 -50 -25 0 25 50

Días relativos al parto