1

2

Regulación de la Glucemia Anatomía y Fisiología Animal Curso 2010 Elize van Lier Fisiología y Reproducción Dpto. de Producción Animal y Pasturas Facultad de Agronomía

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 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

medido en ayunas

1

5

6

Fuentes de glucosa

Glucosa

Sangre

  Es el carbohidrato de mayor importancia

Salida

como fuente energético para las células en animales NO rumiantes   Es la única fuente de energía para el SNC

Aporte

Depósito

  Aporte: • 

CH2OH

HO

HOH

OH

GLU Hígado

•  • 

Absorción a nivel intestinal Neoglucogénesis Glucógenolisis

• 

Glucógeno en hígado

  Depósito: OH

  Salida: •  • 

Glucogenogénesis Anabolismo de lípidos y proteínas: precursor

7

8

Glucógeno

Rol del Hígado

  Depósito energético de los carbohidratos

  Nutrientes llegan directamente al hígado

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

vía la Vena Porta

  Principal reservorio de glucosa: glucoGENOgénesis

  Es el único órgano con capacidad de glucoNEOgénesis porque tiene glucosa-6-fosfatasa

2

9

10

Estructura hepática

Sistema Porta - Hepático Linfático

Vena Cava

Arteria Hepática

Vena Porta Conducto biliar

Aorta

Canalículos Biliares

Arteria Hepática

Vena Hepática

Vena Porta Vena Central

Hígado

Sinusoide Bloom Fawcett 1986

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Músculo

  Glucosa es el sustrato energético para la

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El ciclo del Lactato o de Cori SANGRE HIGADO

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

MUSCULO Glucosa

Glucosa

Glucógeno

Glucógeno

Lactato Lactato

Anaerobiosis

a CO2 y H2O Kaneko 1989

3

Organos involucrados en la regulación de la glucemia

13

14

Páncreas

  SNC (Sistema Simpático y Parasimpático)   Hipotálamo (CRH)   Adenohipófisis (ACTH)   Glándula Adrenal: •  • 

Corteza (Glucocorticoides) Médula (Adrenalina)

Ducto

  Páncreas (Insulina, Glucagón y Somatostatina,

Islote de Langerhans

Polipéptido Pancreático)   Tracto Gastrointestinal (Hormonas gastrointestinales)

Acinos Vaso

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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) 30% 60% 10%

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

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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

4

17

18

Efectos de la Insulina

Insulina (2) Anabólica

Páncreas Músculo

 

Organos blancos principales: hígado, tejido adiposo y tejido muscular (no son los únicos)

 

Función DUAL: enzimáticas (energía, glucogeno-génesis, síntesis de proteínas y grasa)

Glucosa

Estimula la:

Glucógeno

•  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

 

Triglicéridos

H2O + CO2

•  Permeabilidad de las membranas •  Utilización de la glucosa intracelular: induce reacciones

 

Grasa

Insulina

Glicerol

Glucosa

Acidos Grasos

Glucosa

Glucosa Glucógeno

Hígado

Inhibe la degradación de proteínas y grasas

¿Qué células requieren de la Insulina para la entrada de Glucosa?

19

20

Glucagón Hiperglucemiante

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

Catabólica

   

Polipéptido: Células A

 

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

Estimulado por: hipoglucemia, AGL bajos, AA, CCK, gastrina, PIG, catecolaminas, GH, glucocorticoides

McDonald 1991

5

21

Acciones parácrinas de las hormonas pancreáticas Flujo de Glucosa Flujo de Amino Acidos

= =

Estrés

Somatostatina

Insulina

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Glucagón

Síntesis de Amino Acidos Almacenamiento y uso de glucosa

Catabolismo de Amino Acidos Producción de Glucosa García-Sacristan 1995

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24

Equilibrio y Homeostasis

  Una amenaza que compromete a la

Físico: Fuerzas Desestabilizantes

Equilibrio

Fuerzas Estabilizantes

Fisiológico: Factores Estresantes

Homeostasis puede convertirse en ...

Estrés homeostasis

  Situaciones reales o imaginarias   Las expectativas versus las percepciones reales o anticipadas del ambiente

Respuesta Adaptativa

  La respuesta biológica a la percepción de una amenaza a la homeostasis

  La incapacidad de hacer frente al ambiente

6

25

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

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Costo biológico

28

Energía disponible para el organismo

Moberg 2000

  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

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Energía Bruta Heces

Digestible

Orina y Metano

Metabolizable

Incremento Térmico Mantenimiento

Neta Producción

Producción total de calor del animal

7

29

30

Priorización del uso de nutrientes

Estrés y los recursos biológicos

Hammond 1944

Moberg 2000

Respuesta al estrés sin costo biológico

Grasa Recursos biológicos

Músculo Hueso Cerebro y SNC

ne guí

a

n n sa

ó

n

es e ent i r t u

N

laci rcu i c la

Placenta Feto

Reserva

Estrés Reserva

Reserva

Función 1

F1

F1

Función 2

F2

F2

Función 3

Estrés

F3

Recuperación

F3

Función ‘n’

F ‘n’

F ‘n’

Función basal

Función basal

Función basal

Función normal

Estrés

Función normal

31

El estrés y los recursos biológicos

32

Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal

Moberg 2000

SNC Estrés con costo biológico

La suma de un mismo estrés

Hipotálamo CRH AVP

Adeno-Hipófisis ACTH La suma de multiple estrés

La amenaza de estrés subclínico

Corteza Adrenal Cortisol

 Respuestas biológicas: •   gluconeogénesis: •   transportador de glucosa

•   degradación de proteínas

•   movilización de grasas

 Organos blanco: •  Hígado •  Músculo •  Tejido adiposo

Hígado, Músculo y Grasa

8

Ejes Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal y Simpático Adrenal

33

NT

Estrés

Corazón

GBM

AVP

 Lipólisis  Lipogénesis  Acidos Grasos

Pulmones   Dilatación Vías Respiratorias Hiperglucemiante Catabólica

Hipófisis

Hígado

Médula

ACTH Cortisol

Grasa

Adrenalina Activación Sistema Simpático

Homeostasis

Estrés

 Frecuencia Cardíaca

Hipotálamo

CRH

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Efecto de la Adrenalina

Corteza

Adrenal

Catecolaminas

 Gluconeogénesis  Glucogenolisis  Glucogenogénesis  Glucosa

Páncreas

 Glucagón  Insulina  Glucosa

 Glucólisis  Glucogenolisis  Glucogenogénesis

Músculo

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

35

36

Esteroidogénesis Adrenal

La Glándula Adrenal

Colesterol

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

P450scc

Pregnenolona

S-Tferase P450c17

3βHSD

Médula

Progesterona

P450c17

Desoxicorticosterona Corticosterona

P450c17

DHEA

3βHSD

P450c21

P450aldo

17OHP5 17OHP4

DHEA(S) (Δ5)

3βHSD P450c17

A4

(Δ4)

P450c21

Desoxicortisol P450c11

Cortisol

P450aldo

Aldosterona (Glomerulosa)

(Fasciculata)

(Reticularis) Conley & Bird 1997

9

37

Perfiles de Respuesta al Estrés

Respuesta al Estrés

a) Acostumbramiento

Efectos de la activación de los sistemas que intervienen en la respuesta al estrés Sistema Cardiovascular

b) Hipersensible

Respiratorio c) Sin acostumbramiento

d) Prolongada

Tiempo

Médula Adrenal

Corteza adrenal

Frec. y fuerza contráctil, vasoconstricción periférica

Respuesta vasomotora y permeabilidad capilar

Broncodilatación

Surfactante y fosfolípidos

Digestivo

Peristaltismo y tono de esfínteres

Secreción de HCl y pepsina

Músculo

Vasodilatación

Movilización proteínas

Gluconeogénesis a partir de glucógeno, lípidos y AAs

Gluconeogénesis: glucógeno, lípidos y AAs Redistribución de grasa

Metabolismo

e) Hiposensible

SNA Simpático

38

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

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 gonadotropinas

39

Factores estresantes pueden alterar los sistemas endócrinos de 3 maneras

40

Smith y Dobson 2002

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

10

Integración de señales de diferentes sistemas

41

42

Respuesta global al estrés

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

Endócrino

  Mantenimiento de la homeostasis

Inmuno

  Inhibición de las funciones no esenciales a

Alto nivel de complejidad

favor de mantenimiento y supervivencia

Estado Nutricional

43

44

Corte histológico de Tiroides

Eje H-H-Tiroides http-//www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/thyroid/anatomy.html.jpg

11

45

46

Hipotálamo-Hipófisis-Tiroides

TRH

 Hormonas:

Temperatura media (± Máx/Mín)

•  Tetra-iodo-tironina o Tiroxina (T4) •  Tri-iodo-tironina (T3)

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Adeno-Hipófisis TSH

Tiroides T3 T4

Insulina (μUI/mL)

 Respuestas biológicas: •   Metabolismo basal: •   consumo de O2

•   síntesis de enzimas metabólicas •   síntesis de proteínas

 Organos blanco:

Tiroxina

Esquila 21/07/06

Insulina

30

95 90

25

85

20

80

15

75

10

70

Tiroxina (nmol/L)

Hipotálamo

Temperatura del aire (ºC)

SNC

Tiroxina e Insulina Post-Esquila

65

5

60 0 -2

•  Todos

-1

0

1

2

3

4

5

6

Días relativos a la esquila (0)

Tejidos Periféricos

Van Lier, datos no publicados

47

48

Hormona del Crecimiento

Hormona del Crecimiento

       

SNC Hipotálamo GRH

•  GIH

•  • 

Adeno-Hipófisis GH Células G. Mamaria

Estimulada por GRH Inhibida por GIH Mediada por IGF-I Respuestas biológicas:

Hígado

IGF-I

 

 consumo glucosa,  glucemia  síntesis de proteínas  movilización de grasas y crecimiento

Organos blancos:

•  •  • 

Hígado Músculo Tejido Adiposo

Hueso

12

49

Efectos de la GH

50

Insulin-Like Growth Factors

Efecto Directo

Efecto Indirecto

GH

Hígado

  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

IGF-I

6 IGFBP

  Estimula: la mitosis y la síntesis proteica   Inhibe: apoptosis   Vincula la nutrición con la reproducción

Grasa

Movilización de Grasa Crecimiento

Hueso

51

Control de secreción de GH Nutrición

Estrés

Ejercicio

52

GH: Hormona Teleoforética

Sueño

Teleoforesis SNC GRH

Hipotálamo GRH

GIH

GIH

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

Adeno-Hipófisis GH

Hígado

IGF-I

13

53

54

Leptina (Zhang et al., 1994)

Leptos = Delgado Gen Ob en ratón

Leptina

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

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Secreción de Leptina

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

  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)

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Acciones de la Leptina

Adipocitos

  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)

14

57

58

Leptina como indicador de CC Vacas lecheras primíparas en el periparto Condición Corporal 4

Leptina (ng/ml) 10 9

3

8 7

2

6 1 -50

5 -25

0

25

50

-50

-25

0

25

50

Días relativos al parto CC al parto > 3

CC al parto < 3 Meikle et al. 2004

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