UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA

LA HORMONA LIBERADORA DE GONADOTROPINAS (GnRH) Y SU PAPEL EN LA REPRODUCCIÓN BOVINA

MONOGRAFÍA PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: MÉDICO VETERINARIO ZOOTECNISTA

PRESENTA: ERIC LÓPEZ LANDA

ASESOR: DR. FELIPE MONTIEL PALACIOS

H. VERACRUZ, VER.

JULIO DE 2009

ÍNDICE Página RESUMEN ………………………………………………………………………….. INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………... OBJETIVO ………………………………………………………………………….. JUSTIFICACIÓN ………………………………………………………………....... METODOLOGÍA ……………………………………………………………………. REVISIÓN DE LITERATURA 1. EJE HIPOTÁLAMO-HIPÓFISIS………………………………………………... 1.1. Hipotálamo …………………………………………………………………….. 1.2. Hipófisis ………………………………………………………………………… 1.3. Funcionamiento del eje hipotálamo-hipófisis …………………………........ 1.4. Eje hipotálamo-hipófisis-gónadas …………………………………………… 2. HORMONA LIBERADORA DE GONADOTROPINAS (GnRH) ………........ 2.1. Secreción de GnRH …………………………………………………………... 2.1.1. Secreción de GnRH durante el ciclo estrual de la hembra bovina ........ 2.1.2. La oleada de GnRH y la ovulación ……………………………………….. 3. ANÁLOGOS DE LA GnRH …………………………………………………….. 3.1. Agonistas de la GnRH ………………………………………………………... 3.2. Antagonistas de GnRH ……………………………………………………..... 4. APLICACIONES DE LA GnRH PARA EL MANEJO REPRODUCTIVO ….. 4.1. Inmunización activa contra GnRH ………………………………………….. 4.1.1. Aplicación de vacunas contra GnRH …………………………………….. 4.1.2. Reversibilidad de los efectos de la inmunización contra GnRH ………. 4.2. Inmunización pasiva contra GnRH ………………………………………..... 4.3. Manipulación de la fertilidad de la hembra utilizando GnRH …………….. 4.3.1. Empleo de la GnRH en programas de inducción y sincronización del celo y la ovulación ………………………………………………………………..... 4.3.2. Protocolos de tratamiento con GnRH más PGF2α para inducir y/o sincronizar el estro y/o la ovulación …………………………………………....... 4.3.2.1. Ovsynch ………………………………………………………………….... 4.3.2.2. CO-Synch …………………………………………………………………. 4.3.2.3. Select Synch ………………………………………………………………. 4.3.2.4. Pre-Synch …………………………………………………………………. 4.3.2.5. Heat-Synch ………………………………………………………………... 4.3.3. Protocolos de tratamiento que combinan GnRH con progesterona o progestágenos para inducir y/o sincronizar el estro y/o la ovulación ………… 4.3.3.1. Adición de un CIDR a los sistemas basados en GnRH ……………… 4.3.3.2. Protocolos con GnRH + PGF2α + MGA ………………………………… 4.3.4. Empleo de la GnRH para el tratamiento de quistes ováricos …………. CONCLUSIONES ………………………………………………………………….. LITERATURA CITADA ………………………………………………………….....

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RESUMEN Eric López Landa. La hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) y su papel en la reproducción bovina. Monografía profesional. Asesor: Dr. Felipe Montiel Palacios. Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Veracruzana. Veracruz, Ver., 2009. La actividad reproductiva hormonal está regulada por el eje hipotálamo-hipófisis, que funciona mediante la interacción de los sistemas nervioso y endocrino. Una de las hormonas producidas en el hipotálamo es la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), que estimula la síntesis y secreción de gonadotropinas producidas en la hipófisis anterior o adenohipófisis. Estas gonadotropinas son la hormona folículoestimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH). Cuando la GnRH es liberada del hipotálamo, difunde a los capilares del sistema porta hipofisiario y de ahí a las células de la adenohipófisis, en donde estimula la síntesis y secreción de FSH y LH al torrente sanguíneo. La LH y FSH actúan sobre las gónadas. En el macho, la LH induce la secreción de andrógenos, y la FSH inicia la espermatogénesis, mantiene la producción espermática e induce la producción de inhibina. En la hembra, la FSH induce el crecimiento y desarrollo folicular, y la LH induce la ovulación y la formación del cuerpo lúteo. La GnRH es secretada de manera pulsátil. Cuando los pulsos son de baja frecuencia y alta amplitud se libera FSH, y cuando son de alta frecuencia y baja amplitud se libera LH. En machos la GnRH es secretada en pulsos a una frecuencia constante, mientras que en hembras la frecuencia varía durante el ciclo estrual. En la hembra bovina, las principales aplicaciones clínicas del uso de la GnRH son el tratamiento de quistes ováricos, y la inducción y sincronización del estro y/o de la ovulación. Los protocolos de tratamiento usados para este último fin y que incluyen la aplicación de GnRH e inseminación artificial a tiempo fijo, han sido usados de manera exitosa en vacas lecheras y productoras de carne en el posparto, obteniendo tasas de gestación comparables a otros tratamientos. Palabras clave: GnRH, inducción de la ovulación, sincronización, gonadotropinas.

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INTRODUCCIÓN El cerebro del bovino contiene tres glándulas esenciales para la reproducción: la epífisis o pineal, el hipotálamo, y la hipófisis o pituitaria. La glándula pineal capta información del exterior, y mediante la secreción de hormonas (melatonina y arginina vasotocina), controla el funcionamiento del hipotálamo, que a su vez regula procesos tales como la temperatura corporal, el hambre, la sed y la reproducción. El hipotálamo es una glándula neuroendocrina que envía y recibe señales nerviosas a través del sistema nervioso, y mensajes hormonales mediante el sistema endocrino. Por su parte, la hipófisis se localiza en la base del cerebro, y fisiológicamente se divide en dos regiones: anterior y posterior, cada una de las cuales secreta varias hormonas que regulan procesos corporales como la reproducción, el crecimiento, el metabolismo y el balance electrolítico (Asprón, 2004). Entre las funciones reproductivas del hipotálamo está la de monitorear los niveles de estrógenos y progesterona en la sangre de la hembra. El cambio en los niveles de estas hormonas estimula al hipotálamo para aumentar o disminuir la producción de hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), que a su vez estimula a la hipófisis anterior o adenohipófisis. Ésta juega un papel vital en el ciclo estrual al secretar hormonas llamadas gonadotropinas, las cuales viajan en la sangre hasta su sitio de acción, que es el ovario, y en el macho, el testículo. Dichas gonadotropinas son la hormona folículoestimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH) (Gietema, 2005). Por tanto, el bovino posee un sistema hipotalámico-hipofisiario en el que participan la GnRH y sus receptores, que están involucrados en la regulación de la secreción de gonadotropinas desde la adenohipófisis (Morgan et al., 2006). La GnRH, conocida como GnRH de mamíferos o GnRH I, es una hormona proteica producida por una red de neuronas en el hipotálamo y tiene un papel

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fundamental en la regulación del control neurohormonal de la reproducción, ya que es la principal señal cerebral responsable de la síntesis y liberación de LH y FSH desde la adenohipófisis (Gore et al., 2000; Smith y Jennes, 2001; Pawson et al., 2003; Anjum et al., 2009). En el macho, la LH estimula la síntesis y secreción de andrógenos en las células de Leydig en los testículos, mientras que la FSH es responsable del inicio de la espermatogénesis, y en adultos participa, junto con la testosterona, en el mantenimiento de la producción espermática. En la hembra, la FSH induce el crecimiento de los folículos ováricos, y la LH participa en la ovulación, desarrollo y función del cuerpo lúteo, secreción de progesterona por éste y producción de estrógenos por las células foliculares (Gietema, 2005; Turkstra y Meloen, 2006). Así, la acción combinada de la LH y la FSH regula el desarrollo folicular, la ovulación y la función del cuerpo lúteo (Asprón, 2004; Anjum et al., 2009), y junto con las hormonas ováricas, regulan el ciclo estrual (Gietema, 2005). La descarga neuronal pulsátil de GnRH, regulada en amplitud y frecuencia, es esencial para el mantenimiento de los perfiles séricos de gonadotropinas requeridos para la esteroidogénesis y gametogénesis normales (Conn y Crowley, 1994). El estradiol, la hormona esteroidal ovárica, ejerce un efecto de retroalimentación sobre el sistema nervioso central y sobre la adenohipófisis para regular los patrones de liberación de GnRH, y por tanto, de gonadotropinas (Smith y Jennes, 2001). Mientras las fluctuaciones fisiológicas en la GnRH se encargan de la reproducción normal, altos niveles de esta hormona o una prolongada estimulación, llevan a la supresión de la secreción de gonadotropinas. Esta doble respuesta ha hecho que el receptor de la GnRH sea un blanco para tratamientos a corto o largo plazo con análogos de la GnRH, para resolver principalmente problemas reproductivos (Conn y Crowley, 1994; Counis et al., 2005).

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Durante más de 30 años, se ha estudiado la respuesta fisiológica a la GnRH exógena en diferentes especies, con el fin de desarrollar tratamientos para resolver condiciones patológicas y mejorar la reproducción (D’Occhio et al., 2000; Sato et al., 2005). Así, se han desarrollado análogos sintéticos o agonistas de la GnRH, que han sido utilizados para manipular la reproducción en ganado lechero (Douglas, 1998). Diferentes agonistas de la GnRH han sido usados con resultados variables para aumentar las tasas de gestación y disminuir el intervalo a la primera ovulación posparto en ganado lechero (Anjum et al., 2009). También han sido empleados para manipular el estro y para el tratamiento de patologías ováricas en bovinos productores de carne y de leche (D’Occhio et al., 2000; Pawson et al., 2003; Peters, 2005; Sato et al., 2005). Esta revisión presenta los aspectos más importantes sobre la GnRH y su aplicación en la reproducción bovina, y permite conocer con más detalle el funcionamiento y utilidad de esta hormona en medicina veterinaria.

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OBJETIVO Recopilar información sobre la GnRH, para generar un documento que contenga los aspectos más importantes sobre esta hormona y sus aplicaciones en la reproducción bovina.

JUSTIFICACIÓN La GnRH es una hormona esencial para la reproducción normal del bovino, tanto en la hembra como en el macho, y ha sido utilizada para mejorar diferentes aspectos reproductivos de ambos. Por lo tanto, el conocimiento con mayor detalle del origen y función de la GnRH, así como de su utilidad en la medicina veterinaria, permitirá entender la importancia del uso de esta hormona para la manipulación reproductiva del ganado bovino.

METODOLOGÍA Se revisaron artículos publicados en revistas de arbitraje internacional y nacional conteniendo información sobre la GnRH y su aplicación en reproducción veterinaria, publicados en los últimos 10 años, y cuando se consideró necesario o pertinente,

se

utilizaron

publicaciones

anteriores.

Se

realizaron

también

búsquedas relacionadas con el tema, en bancos de datos electrónicos provenientes de bibliotecas y/o centros de investigación. La revisión de literatura contiene los siguientes temas: 1) Eje hipotálamohipófisis; 2) Hormona liberadora de gonadotropinas; 3) Análogos de la GnRH; y 4) Aplicaciones de la GnRH para el manejo reproductivo.

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REVISIÓN DE LITERATURA El sistema endocrino tiene como actividad principal controlar diversas funciones corporales, incluida la reproducción. Los productos del sistema endocrino son las hormonas, que ayudan a enviar mensajes a diferentes células. Las hormonas son substancias químicas que actúan a nivel celular y cuyo origen puede ser externo o interno a la célula blanco, a la cual pueden llegar por cualquier vía, llevando un mensaje de iniciar, detener o regular un proceso celular. La célula blanco es aquélla que presenta una sensibilidad específica hacia una hormona determinada, debida a la presencia de receptores específicos en su membrana o en su citoplasma (Redondo, 2003). La actividad hormonal reproductiva está regulada por el hipotálamo y la hipófisis, que son dos estructuras anatómicas con una relación fisiológica entre sí, es decir, son una unidad de funcionamiento, y ambos forman el eje hipotálamohipófisis (Redondo, 2003).

1. EJE HIPOTÁLAMO-HIPÓFISIS El eje hipotálamo-hipófisis es la unidad formada por el hipotálamo y la hipófisis, que tiene un papel esencial en el desarrollo y regulación de muchos sistemas corporales, como el reproductivo. Esta unidad funciona mediante la interacción de los sistemas nervioso y endocrino, pues el sistema nervioso regula al sistema endocrino, y la actividad endocrina modula la actividad del sistema nervioso central (Sainsbury, 2000; Tanriverdi et al., 20003).

1.1. Hipotálamo El hipotálamo es una glándula situada en la parte inferior del cerebro llamada diencéfalo, debajo de los dos lóbulos del tálamo, que contribuye a la formación de

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las paredes inferior y lateral del tercer ventrículo, y se proyecta hacia la zona ventral terminando en un tallo. Limita ventralmente con la hipófisis, con la que establece íntimas relaciones nerviosas y endocrinas, y de la cual está separado por un tejido denominado pars intermedia (Sainsbury, 2000; Redondo, 2003; Ramírez, 2006). El hipotálamo mide 2 cm y pesa 4 g; está formado por neuronas con características nerviosas y endocrinas, por lo que son capaces de sintetizar hormonas (Redondo, 2003). Las hormonas hipotalámicas se denominan liberadoras o inhibidoras, dependiendo de si estimulan o inhiben la liberación o secreción de hormonas producidas por la hipófisis. Las hormonas hipotalámicas liberadoras son: CRH: liberadora de adrenocorticotropina; TRH: liberadora de tirotropina; GnRH: liberadora

de

gonadotropinas;

y

STH:

liberadora

de

somatotropina. Por otro lado, las hormonas hipotalámicas inhibidoras son: Somatostatina: inhibidora de la somatotropina; PIF o Dopamina: inhibidora de la prolactina; y MIH: inhibidora de la hormona estimulante de los melanocitos. En el caso de la GnRH, ésta difunde a los capilares del sistema porta hipofisiario y de ahí a las células de la adenohipófisis, en donde su función es estimular la síntesis y secreción de FSH y LH (Ramírez, 2006). El hipotálamo es asiento de núcleos de neuronas que reciben estímulos viscerales y somáticos de los órganos de los sentidos. Esta información viaja vía la médula oblonga y llega al hipotálamo a través de fibras nerviosas que producen dopamina, adrenalina, noradrenalina, serotonina y acetilcolina, así como fibras que liberan neuropéptidos como las encefalinas, neurotensina, neuropéptido Y, dinorfinas y endorfinas. El hipotálamo integra la información recibida mediante dichos estímulos y conecta respuestas ante estímulos provenientes del ambiente. En los mamíferos, todas las funciones orgánicas están influidas directa o indirectamente por el hipotálamo, que es uno de los principales reguladores de la homeostasis. En animales domésticos, como los bovinos, el hipotálamo controla el sistema nervioso autónomo, y actúa con el sistema límbico para regular los

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patrones emocionales y de comportamiento, el apetito y la sed, la temperatura corporal, los ritmos circadianos, la conducta reproductora, el balance hídrico, el metabolismo, y la actividad cardiaca y circulatoria, entre otros (Sainsbury, 2000; Redondo, 2003; Ramírez, 2006). Por tanto, la liberación de hormonas desde la hipófisis está sujeta a diferentes estímulos provenientes de centros superiores que actúan sobre el hipotálamo. En respuesta a estímulos tales como el estrés, dolor y emociones, el hipotálamo puede ejercer sus efectos en la hipófisis anterior o posterior, con el fin de responder rápidamente al cambio ambiental y de tener un efecto de retroalimentación negativa de los sistemas internos (Sainsbury, 2000). Un punto clave para entender la relación endocrina entre el hipotálamo y la adenohipófisis es observar las conexiones vasculares entre ambos (Bowen, 2003).

1.2. Hipófisis La glándula hipófisis o pituitaria se encuentra en la base del cerebro inmediatamente debajo del hipotálamo, en una depresión del hueso esfenoides en la base del cráneo conocida como “silla turca”. La hipófisis mide 1 a 1.5 cm de diámetro, pesa aproximadamente 0.5 g y tiene la forma y tamaño de un garbanzo (Bowen, 2003; Redondo, 2003). El hipotálamo y la hipófisis se conectan vía el infundíbulo o tallo hipofisiario, que tiene axones y vasos sanguíneos. La parte superior de la silla turca está cubierta por un diafragma, que es una reflexión de la duramadre, y que tiene un foramen en el centro, por donde pasa el tallo hipofisiario (Sainsbury, 2000). La hipófisis se divide en dos partes distintas embriológica y funcionalmente: la hipófisis anterior, o adenohipófisis, y la hipófisis posterior, o neurohipófisis. La adenohipófisis está formada por tejido glandular especializado en la producción de hormonas proteicas, y se relaciona con el hipotálamo mediante un sistema venoso

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denominado sistema porta. La adenohipófisis representa el 75% del total del peso de la glándula y está compuesta por tres partes: pars distalis, pars intermedia y pars tuberalis. La pars distalis forma la mayor parte de la glándula; es generalmente conocida como lóbulo anterior o pars glandularis. La pars intermedia es rudimentaria. La pars tuberalis rodea la porción inferior del tallo hipofisiario. Por otro lado, la neurohipófisis es más bien una extensión del hipotálamo; está formada por axones de neuronas hipotalámicas neurosecretoras mezclados con células gliales, que se extienden hacia abajo detrás de la adenohipófisis; los cuerpos de los axones que forman a la neurohipófisis se encuentran en el hipotálamo. Su parte más grande es la pars distalis, que yace detrás de la adenohipófisis en la silla turca. Forma el tallo hipofisiario, que parece suspender a la adenohipófisis desde el hipotálamo (Sainsbury, 2000; Bowen, 2003; Redondo, 2003). La adenohipófisis produce seis hormonas principales, que se agrupan según su estructura. La LH, FSH y hormona estimulante de la tiroides son glicoproteínas con 204 aminoácidos, y con dos subunidades, α y β. La subunidad α es común a todas estas hormonas en una especie, mientras que la subunidad β da la especificidad de la unión a los receptores y del sitio de acción. Por su parte, la hormona del crecimiento (GH) y la prolactina son hormonas polipéptidas que comparten elementos de su estructura y difieren sólo por ocho aminoácidos: la GH tiene 191 aminoácidos y la prolactina tiene 199 aminoácidos. Por otro lado, la hormona adrenocorticotropa es un polipéptido de 39 aminoácidos, derivado de la molécula precursora pro-opiomelanocortina (POMC), que también origina a la hormona estimuladora de los melanocitos, hormona lipotrópica y β-endorfina (Sainsbury, 2000). Con respecto a la neurohipófisis, ésta almacena a las hormonas oxitocina y vasopresina, también conocida como arginina vasopresina (AVP) u hormona antidiurética (ADH), que son sintetizadas en el hipotálamo. Ambas hormonas son péptidos con estructuras similares compuestas por nueve aminoácidos. Sus

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propiedades son determinadas por el residuo en la posición 8 (Sainsbury, 2000; Redondo, 2003).

1.3. Funcionamiento del eje hipotálamo-hipófisis El hipotálamo es un puente de unión entre el sistema nervioso y endocrino. El control del hipotálamo sobre la hipófisis se realiza mediante dos sistemas: 1) Los núcleos hipotalámicos paraventricular y supraóptico producen gotas secretoras, que son la primera etapa en la formación de la oxitocina y la ADH. Estas hormonas son empaquetadas con la proteína neurofisina dentro de gránulos que se mueven hacia abajo por el axón y se almacenan en la neurohipófisis. Después de la estimulación del hipotálamo, estas hormonas son liberadas al torrente sanguíneo (Redondo, 2003; Ramírez, 2006; Sainsbury, 2000). 2) Sistema porta hipotalámico-hipofisario: las hormonas producidas en el hipotálamo son liberadas por exocitosis desde los gránulos de almacenamiento en el núcleo hipotalámico-hipofiseotrópico hacia los capilares del plexo primario, formado por una ramificación de la arteria hipofisiaria. Estos capilares drenan dentro de las venas porta hipofisiarias, que se ramifican nuevamente en otra serie de capilares para formar el plexo secundario de la adenohipófisis. Ahí actúan sobre las células de la adenohipófisis, las cuales responden liberando hormonas dentro del plexo secundario; los capilares del plexo secundario se unen en venas que drenan a la sangre del sistema venoso, aunque estas venas también colectan sangre capilar de la neurohipófisis. La ventaja de este sistema vascular es que permite que cantidades minúsculas de hormonas hipotalámicas sean llevadas en forma concentrada directamente a sus células blanco en la adenohipófisis, sin ser diluídas en la circulación general (Sainsbury, 2000; Ramírez, 2006).

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1.4. Eje hipotálamo-hipófisis-gónadas Las neuronas GnRH (productoras de GnRH) representan la ruta de salida final de la red neural que integra diversas señales internas y ambientales que regulan la secreción de LH y FSH desde la adenohipófisis (Smith y Jennes, 2001). La función del eje hipotálamo-hipófisis-gónadas inicia con la secreción pulsátil de GnRH desde las neuronas parvicelulares neurosecretoras localizadas en el núcleo arcuato, el núcleo periventricular, el paraventricular y el área preóptica del hipotálamo. La GnRH es transportada a la eminencia media y liberada al sistema porta hipotalámico-hipofisiario, por donde viaja hasta alcanzar a la adenohipófisis, donde actúa sobre los gonadotropos para liberar LH y FSH al torrente sanguíneo. La LH y FSH actúan sobre las gónadas para producir diferentes efectos, incluyendo la liberación de hormonas sexuales y el mantenimiento de la integridad gonadal (Tanriverdi et al., 20003). La liberación de hormonas en el eje hipotálamo-hipófisis-gónadas es regulada por mecanismos de retroalimentación negativa y positiva sobre el hipotálamo y la adenohipófisis. En este sentido, la GnRH estimula a los gonadotropos de la adenohipófisis para liberar LH o FSH. A su vez, la LH estimula a las gónadas para secretar esteroides gonadales, como testosterona o estrógenos, mientras que la FSH estimula a las gónadas para liberar inhibina. Tanto los estrógenos como la testosterona ejercen retroalimentación negativa sobre los gonadotropos e inhiben la liberación de gonadotropinas (Sainsbury, 2000; Prieto-Gómez y Velázquez-Paniagua, 2002; Tanriverdi et al., 20003). La regulación de hormonas por el eje hipotálamo-hipófisis-gónadas en el macho y en la hembra es la siguiente.

Macho En el macho, la FSH y la LH liberadas de la adenohipófisis en respuesta a la estimulación con GnRH juegan un papel fundamental en la espermatogénesis. La

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LH induce a las células de Leydig, que rodean los túbulos seminíferos de los testículos, a secretar andrógenos (p. ej., testosterona), mientras que la FSH es responsable del inicio de la espermatogénesis, y en adultos puede participar, junto con la testosterona producida por las células de Leydig, en el mantenimiento de la producción espermática. La FSH induce a las células de Sertoli, que recubren los túbulos seminíferos, a producir inhibina B, espermatozoides inmaduros, y factores de crecimiento tales como la proteína ligadora de andrógenos (ABP), la cual es necesaria para mantener una alta concentración de testosterona en los túbulos seminíferos. Altos niveles de testosterona inhiben la secreción de LH por un mecanismo de retroalimentación negativa que actúa sobre el hipotálamo, inhibiendo la liberación de GnRH. Por su parte, la inhibina es el principal regulador de la liberación de FSH, ya que tiene un efecto de retroalimentación negativa sobre la adenohipófisis; cuando hay suficiente inhibina presente, la adenohipófisis deja de producir FSH (Haughian y Wiltbank, 2002; Turkstra y Meloen, 2006).

Hembra En la hembra, la FSH actúa sobre el ovario e induce el crecimiento folicular y el desarrollo de un folículo maduro que produce estradiol. Los estrógenos actúan a dos niveles: hipotalámico, estimulándolo y aumentando la descarga de GnRH, y a nivel de adenohipófisis, aumentando la sensibilidad de los gonadotropos a la GnRH, lo que resulta en un aumento importante en la descarga de LH. Así, el aumento en el nivel sanguíneo de estradiol proveniente del folículo maduro tiene un efecto de retroalimentación positiva sobre las neuronas GnRH en el hipotálamo y sobre los gonadotropos adenohipofisiarios, induciendo la liberación de GnRH y en consecuencia, la oleada preovulatoria de LH (Smith y Jennes, 2001; Turkstra y Meloen, 2006). Durante el proestro, las células de la granulosa del ovario secretan inhibina, misma que inhibe la liberación de FSH. Después de la ovulación, bajo el estímulo de la LH las células de la granulosa y de la teca se luteinizan formando el cuerpo

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lúteo que produce progesterona, la cual a su vez inhibe la secreción de GnRH y en consecuencia de LH y FSH. Si no hay gestación, el cuerpo lúteo alcanza su máxima talla alrededor del día 13 después del estro, e inicia su regresión como resultado de la producción de substancias luteolíticas (prostaglandinas) en el útero. El nivel de progesterona en la sangre disminuye, estimulando al hipotálamo para que produzca GnRH, que actúa sobre la adenohipófisis y causa nuevamente secreción de FSH y LH, reiniciando el ciclo. Si la hembra queda gestante, el cuerpo lúteo permanece, crece y se convierte en el cuerpo lúteo de la gestación, y continúa secretando progesterona hasta el final de la preñez (Prieto-Gómez y Velázquez-Paniagua, 2002; Redondo, 2003; Turkstra y Meloen, 2006).

2. HORMONA LIBERADORA DE GONADOTROPINAS (GnRH) La GnRH es el regulador central de la cascada reproductiva hormonal. Es un decapéptido (pGlu-His-Trp-Ser-Tir-Gli-Leu-Arg-Pro-Gli CONH2) con estructura similar en todos los animales. En mamíferos, es sintetizada principalmente en el área preóptica del hipotálamo a partir de una preprohormona de 92 aminoácidos. La GnRH es considerada una neurohormona, ya que es una hormona producida en una célula neuronal específica y liberada en su terminal neural. El gen GNRH1, para el precursor de la GnRH, se localiza en el cromosoma 8 (Herbison, 1997; Turkstra y Meloen, 2006). La GnRH fue aislada por primera vez, y de manera simultánea e independiente, en el ovino (Amoss et al., 1971) y el cerdo (Schally et al., 1971). Después se descubrió la presencia de pulsos de GnRH en la circulación portal (Knobil, 1974), y se demostró que esta pulsatibilidad es esencial para preservar la síntesis y secreción de gonadotropinas, y por tanto, la función reproductiva (Knobil, 1980). La actividad de la GnRH es muy baja antes de la pubertad, y se activa al llegar a ésta. Durante la vida reproductiva, la actividad pulsátil es crítica para

la

función

reproductora

exitosa

y

es

controlada

por

bucles

de

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retroalimentación. Sin embargo, una vez que se establece la gestación, la actividad de la GnRH no se requiere (Herbison, 1997).

2.1. Secreción de GnRH En el hipotálamo, la GnRH es almacenada en vesículas secretoras. La GnRH es secretada cuando un potencial de acción, originado en el cuerpo de la neurona GnRH, se propaga mediante el axón y estimula la movilización y exocitosis de vesículas secretoras conteniendo GnRH en la terminal sináptica. Una vez liberada de la neurona, la GnRH entra directamente en la sangre de la vasculatura portal, que es una red de vasos en la que la sangre drena desde un plexo capilar en la eminencia media y pasa directamente a un segundo plexo capilar vertiéndose en la adenohipófisis, a donde la GnRH llega en altas concentraciones, y donde es metabolizada casi en su totalidad, por lo que las concentraciones resultantes de GnRH en la circulación periférica son muy bajas (Haughian y Wiltbank, 2002). Una vez en la adenohipófisis, la GnRH se une a su receptor (GNRHR) encontrado en las células gonadotropas de la glándula, activando la síntesis de LH y FSH y su secreción a la circulación. La interacción de la GnRH con su receptor estimula el sistema efector intracelular libre de Ca2+/proteina-quinasa C en dos fases. La primera es un incremento agudo en el Ca2+ intracelular libre que induce exocitosis de gránulos secretores que contienen LH y/o FSH. Estos episodios de secreción gonadotrópica son llamados pulsos de gonadotropinas. La unión de la GnRH y la activación de la proteina-quinasa C promueven la expresión de los genes que codifican a la LH y a las subunidades β de la FSH, permitiendo un nivel de secreción gonadotrópica tónico (no pulsátil) (Conn et al., 1995). Después de la secreción desde los gonadotropos, la LH y FSH son dispersadas en la circulación general donde son metabolizadas o se unen a sus respectivos receptores dentro de las gónadas (Herbison, 1997; Haughian y Wiltbank, 2002; Turkstra y Meloen, 2006).

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La secreción pulsátil de GnRH indica que hay períodos de poca o ninguna secreción, intermitentemente interrumpidos por pulsos de secreción. La liberación pulsátil de GnRH se da desde las terminaciones nerviosas de las neuronas GnRH hacia el sistema porta hipofisiario cada 30 a 120 min. La amplitud y frecuencia de los pulsos de GnRH, junto con la retroalimentación por parte de los andrógenos y estrógenos, controlan los procesos de síntesis y secreción de LH y FSH desde los gonadotropos de la adenohipófisis (Fink, 1988). Una baja frecuencia y alta amplitud de pulsos de GnRH lleva a liberación de FSH, mientras que los pulsos de alta frecuencia y baja amplitud estimulan la liberación de LH. No obstante, hay diferencias en la secreción de GnRH entre hembras y machos. En éstos, la GnRH es secretada en pulsos a una frecuencia constante, mientras que en hembras la frecuencia de los pulsos varía durante el ciclo estrual, siendo más alta durante la oleada pre-ovulatoria de LH y más baja durante la fase luteal del ciclo estrual (Herbison, 1997; Haughian y Wiltbank, 2002; Turkstra y Meloen, 2006). Dado que el estrés agudo afecta de manera negativa la función del hipotálamo (Dobson et al., 2001), los patrones pulsátiles de liberación de GnRH, y por tanto la frecuencia y amplitud de pulsos de LH desde la adenohipófisis, disminuyen cuando el animal es expuesto a estrés agudo, como durante el transporte (Dobson y Smith, 2000; Dobson et al., 2001).

2.1.1. Secreción de GnRH durante el ciclo estrual de la hembra bovina Las neuronas GnRH tienen la capacidad de iniciar y propagar potenciales de acción, y de ahí secretar GnRH en ausencia de sinapsis externas (Terasawa, 2001). Sin embargo, no se considera a las neuronas GnRH como el único elemento regulador de la pulsatibilidad de la GnRH, sino que hay un sistema de control de mayor nivel, conocido como el “generador de pulsos de GnRH”, que modula la secreción de GnRH desde las neuronas GnRH (Lincoln et al., 1984).

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En el ciclo estrual, el factor que más influye en la actividad del generador de pulsos de GnRH son los esteroides gonadales estrógenos y progesterona (Haughian y Wiltbank, 2002). Cuando la progesterona es la hormona predominante en la circulación, como durante la fase luteal, la secreción de LH se caracteriza por pulsos de baja frecuencia y alta amplitud. Cuando las concentraciones de estradiol de la fase folicular se mantienen, los pulsos de LH ocurren a una mayor frecuencia y menor amplitud (Goodman y Karsch, 1980). Estos efectos de la progesterona y el estradiol sobre la pulsatibilidad de la GnRH y LH son críticos para el desarrollo folicular. Cuando la progesterona disminuye debido a la lisis del cuerpo lúteo, el generador de pulsos de GnRH es preparado para producir los pulsos de alta frecuencia de LH requeridos para estimular la producción de estradiol que resultará en la ovulación del folículo dominante (Wiltbank et al., 2002).

2.1.2. La oleada de GnRH y ovulación Además de influir en la pulsatibilidad de la GnRH, el estradiol ejerce un efecto de retroalimentación positiva sobre la secreción de GnRH que induce la oleada preovulatoria de GnRH y LH. La presencia de progesterona bloquea el efecto de retroalimentación positiva del estradiol sobre la secreción de GnRH y evita que la oleada de ésta ocurra. En ausencia de progesterona, el estradiol de un folículo dominante provoca una oleada de GnRH diferente a la secreción pulsátil típica. Durante esta oleada, las concentraciones de GnRH son 20 a 40 veces mayores que las observadas durante otros períodos del ciclo estrual. Esto sugiere que tal vez existe algo diferente al generador de pulsos de GnRH, que organiza y estimula repetidamente la activación sincrónica de gran proporción de las neuronas GnRH (Goodman, 1994). En rumiantes, la oleada de GnRH juega un papel determinante en la inducción de la oleada de LH, lo que significa que debe darse un repentino incremento de GnRH para provocar la liberación de la oleada de LH (Karsch et al.,

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1997). En contraste, en primates y humanos la GnRH juega un papel sólo permisivo, no requiriéndose de una oleada de GnRH para inducir la oleada de LH (Hotchkiss y Knobil, 1994). En rumiantes, la oleada de LH inicia inmediatamente después del inicio de la oleada de GnRH (o inyección de GnRH), y existe una significativa relación dosis-respuesta entre el tamaño de la oleada de GnRH y la magnitud de la oleada de LH (Karsch et al., 1997). El patrón de la oleada de LH resultante de una oleada endógena de GnRH, o de una sola inyección de 100 μg de GnRH (dosis estándar para ganado), es diferente. Cuando se administran 100 μg de GnRH en una sola inyección, las concentraciones máximas de LH resultantes son mayores que con una oleada endógena de GnRH, pero la duración de la oleada de LH es más corta que con la oleada endógena de GnRH. A pesar de estas diferencias en el patrón de la oleada de LH, ambos son suficientes para inducir la ovulación de un folículo dominante (Haughian y Wiltbank, 2002). Si el folículo no es dominante, no expresa receptores para LH y por tanto no ovula en respuesta a una oleada de LH (Sartori et al., 2001). Si se administra una inyección de GnRH cuando no hay folículos dominantes presentes en el ovario, como durante la emergencia de la oleada folicular (Ginther et al., 1996), los folículos continuarán su desarrollo, pero si está presente un folículo dominante, éste ovulará dentro de las 29 h después del inicio de la oleada de LH (Haughian y Wiltbank, 2002). La ovulación del folículo dominante y la emergencia de una nueva onda folicular están íntimamente relacionadas. La oleada de LH causa una importante reducción en la secreción de estradiol (Komar et al., 2001) y de inhibina (Bleach et al., 2001) desde el folículo dominante preovulatorio. Tanto el estradiol como la inhibina son potentes represores de la síntesis y secreción de FSH. Como resultado de la ovulación, el efecto inhibidor del estradiol y la inhibina sobre la secreción de FSH desaparece y surge una oleada de FSH (Bergfelt et al., 1997), que es responsable de la emergencia y desarrollo de una nueva oleada folicular, de donde después de 2½ a 3 días, un nuevo folículo dominante con capacidad de ovular será seleccionado (Ginther et al., 1996). Es importante tener en cuenta que

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una inyección de GnRH producirá la emergencia de una oleada folicular sólo si primero se induce la ovulación de un folículo dominante (Haughian y Wiltbank, 2002).

3. ANÁLOGOS DE LA GnRH Los análogos de la GnRH son compuestos químicos con estructura similar a la GnRH, pero que difieren de ella con respecto a cierto componente, y pueden ser agonistas, si tienen una acción metabólica similar a la GnRH, o antagonistas, si la acción es opuesta. Los agonistas son potentes estimuladores de la secreción de gonadotropinas, y los antagonistas son supresores de la función gonadotrópica de la hipófisis (Schally, 1999; Weissman y Shoham, 1999). La administración crónica de análogos de GnRH (agonistas y antagonistas) produce la supresión del eje hipófisis-gónadas, con la consiguiente inhibición en la secreción de LH, FSH, y esteroides sexuales. Es por ello que estos fármacos están indicados cuando se desea suprimir la secreción de gonadotropinas (pubertad), o de esteroides sexuales (estro) (Schally, 1999; Ludwig et al., 2000).

3.1. Agonistas de la GnRH Los agonistas de la GnRH son substancias con mayor afinidad que la GnRH endógena por sus propios receptores en la adenohipófisis, y a los cuales permanecen unidos más tiempo, estimulando su actividad fisiológica; tienen una vida media prolongada, lo que los hace más potentes que la GnRH endógena (Weissman y Shoham, 1999). El diseño de los GnRH-agonistas ha tenido la finalidad de estabilizar la molécula contra el ataque enzimático, aumentar su unión a proteínas plasmáticas y membranas, y aumentar la afinidad del agonista por el receptor de la GnRH

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(Conn y Crowley, 1994). Las modificaciones de la molécula de GnRH responsables de la acción agonista de los análogos están a nivel de los aminoácidos ubicados en las posiciones 6 y 10. Estas modificaciones producen substancias de acción más potente, con mayor afinidad por el receptor del gonadotropo, con mayor resistencia a la degradación enzimática y con una vida media más prolongada (Schally, 1999; Weissman y Shoham, 1999). Entre los GnRH-agonistas que se encuentran disponibles actualmente en el mercado están la gonadorelina (GnRH natural), la buserelina y el fertirelin (Taponen, 2003). Debido a alteraciones en la estructura química, existen marcadas diferencias entre los diferentes GnRH-agonistas en su capacidad para liberar LH y FSH en el bovino (Chenault et al., 1990). De acuerdo con Chenault et al. (1990), el acetato de fertirelin demostró ser aproximadamente cuatro a diez veces más potente que la gonadorelina, medido por la liberación de LH y FSH durante la fase luteal del ciclo estrual bovino, mientras que la buserelina fue 50 veces más potente que la gonadorelina. Con base en el efecto de reserva de una dosis moderada seguida por una dosis baja de estos productos, los gonadotropos hipofisiarios aparentemente se volvieron refractarios a la GnRH por hasta 48 h después de la inyección de dosis mayores o iguales a 50 µg de acetato de fertirelin, 500 µg de gonadorelina y 10 µg de buserelina. Una sola inyección i.m. de GnRH y GnRH-agonistas proporciona una liberación predecible de LH y FSH dentro de la circulación periférica en un período de 3 h (Thatcher et al., 1993). Luego de su administración inicial en dosis bajas, los GnRH-agonistas se unen al receptor y estimulan el eje hipófisis-gónadas de manera similar a la GnRH endógena, e inducen la liberación de gonadotropinas. Sin embargo, su administración a dosis más elevadas de manera continua (1 a 2 semanas), hace que el gonadotropo se agote, y como el agonista permanece unido al receptor, inhibe el eje hipófisis-gónadas, evitando la acción de la GnRH endógena, lo que resulta en hiposecreción gonadotrópica y, por tanto, en una caída en los niveles de FSH y de LH. Esto sucede por un mecanismo de regulación a la baja y

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desensibilización de los receptores de la GnRH. El efecto es reversible y desaparece una vez que desaparece el fármaco (Weissman y Shoham, 1999; Kraus et al., 2001; Neill, 2002; Turkstra y Meloen, 2006). En el bovino, los GnRH-agonistas pueden ser usados para prevenir la ovulación en la hembra, mientras que en machos tienen un efecto estimulante de la actividad gonadal (Turkstra, 2005).

3.2. Antagonistas de GnRH Los GnRH-antagonistas son substancias que tienen un efecto inhibitorio directo sobre la secreción de gonadotropinas debido a que anulan la acción de la GnRH, al unirse a su receptor sin provocar una respuesta biológica. Los antagonistas se unen al receptor de la GnRH en la adenohipófisis y lo ocupan, evitando que la GnRH endógena se una a su receptor y lo estimule, lo que lleva a hiposecreción de FSH y LH, sin la liberación inicial de gonadotropinas observada con los agonistas. Es decir, los antagonistas actúan por competencia con la GnRH endógena por unirse a su receptor, y a diferencia de los agonistas, no inducen un efecto estimulante inicial, sino que inhiben directamente la secreción de LH y FSH (Ludwig et al., 2000; Huirne y Lambalk, 2001; Turkstra, 2005). La acción inhibitoria de los antagonistas es inmediata, y para mantenerla es necesario que los receptores se mantengan ocupados, es decir, que siempre exista presencia del antagonista. Por esta razón, la dosis de antagonistas necesaria para lograr y mantener su acción es mucho mayor que la de los agonistas. El efecto supresor puede ser revertido con la administración de GnRH endógena. El tratamiento prolongado con GnRH-antagonistas lleva a regulación a la baja de los receptores de GnRH. Al igual que la mayoría de los agonistas, los antagonistas presentan modificaciones en la posición 6 y 10, y además en las posiciones 1, 2, 3 (los aminoácidos ubicados en estas posiciones son los

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responsables de la activación del receptor) y 8. Esto les confiere una larga vida media debido a su resistencia a la proteólisis (Ludwig et al., 2000). Las aplicaciones terapéuticas de los GnRH-antagonistas son las mismas que para los agonistas. En la hembra bovina, reducen los niveles de gonadotropinas y causan retraso en la ovulación. Sin embargo, el uso de estos fármacos en el ganado es limitado debido a su alto costo y a los resultados inconsistentes (Turkstra, 2005).

4. APLICACIONES DE LA GnRH PARA EL MANEJO REPRODUCTIVO En mamíferos, la manipulación de la fertilidad utilizando GnRH tiene como objetivo bloquear la secreción de esteroides gonadales en hembras y machos, con el fin de retrasar la pubertad, evitar comportamiento sexual y agresivo y olores sexuales, establecer infertilidad, tratar enfermedades reproductivas y mejorar la fertilidad (Turkstra y Meloen, 2006).

4.1. Inmunización activa contra GnRH Los anticuerpos que surgen en respuesta a la vacunación con GnRH sintética, neutralizan a la GnRH endógena, ya que esta vacuna bloquea el eje hipotálamo-hipófisis-gónadas, lo que resulta en infertilidad tanto en hembras como en machos, por lo que puede ser usada como una alternativa para la castración y el control de la fertilidad en el bovino (Bonneau y Enright, 1995; Turkstra, 2005). En machos, la inhibición de la secreción hipofisiaria de LH y en menor grado de la FSH, resulta en privación de testosterona, que lleva a alteraciones en la espermatogénesis, menor talla testicular y afectaciones en el comportamiento sexual. En hembras, la falta de gonadotropinas causa reducción en los niveles de esteroides gonadales, crecimiento folicular disminuido, inhibición de la ovulación y tamaño reducido de ovarios y útero. Este tipo de inmunización requiere de al

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menos varias semanas para que se genere un título efectivo de anticuerpos contra GnRH (Turkstra, 2005). Durante las tres última décadas, se han hecho varios intentos por desarrollar una vacuna contra la GnRH. La vacunación exitosa contra una molécula endógena requiere un nivel suficiente de anticuerpos neutralizantes durante todo el período de tratamiento, para obtener el efecto deseado. La GnRH es una molécula endógena pequeña, que consiste de sólo 10 aminoácidos. El conseguir una respuesta inmune contra una molécula endógena tan pequeña, que no es inmunogénica por sí misma, no resulta sencillo. Esto significa que el acoplamiento de la GnRH a una proteína acarreadora y el uso de un fuerte adyuvante no son suficientes. Debido a estas limitantes, la eficacia de la vacuna no ha sido suficiente para bloquear la producción de esteroides gonadales en los animales vacunados, por lo que la inmunogenicidad del antígeno debe ser amplificada con el fin de desarrollar una vacuna efectiva (Turkstra, 2005; Turkstra y Meloen, 2006).

4.1.1. Aplicación de vacunas contra GnRH En el bovino, la vacunación contra la GnRH podría ser una alternativa para los métodos convencionales de castración o para prevenir comportamiento sexual en animales no castrados. En el caso del ganado de engorda, a pesar de que los machos crecen más eficientemente y producen canales más magras cuando no están castrados, la mayoría de ellos son castrados para prevenir comportamiento agresivo y sexual. Sin embargo, todos los métodos de castración causan estrés y dolor. Como alternativa a estos métodos, se ha demostrado que la inmunización contra la GnRH reduce los niveles de testosterona en becerros machos, los cuales muestran un comportamiento dócil, mejor crecimiento en comparación con animales castrados, y reversibilidad con respecto a los niveles hormonales (Turkstra, 2005).

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Por su parte, en las hembras el comportamiento estral y la gestación afectan la tasa de crecimiento. En novillonas productoras de carne, la inmunización contra la GnRH ha resultado efectiva para evitar el comportamiento estral y la gestación, al igual que la administración oral diaria de acetato de melengestrol (MGA), por lo que esta vacunación podría ser una alternativa a la administración de MGA. Tanto en hembras como en machos, para que el efecto de la vacunación sea duradero, es necesario aplicar un refuerzo a los 12 meses (Turkstra, 2005; Turkstra y Meloen, 2006).

4.1.2. Reversibilidad de los efectos de la inmunización contra GnRH La supresión del eje hipotálamo-hipófisis-gónadas como resultado de la neutralización de la GnRH es debida a una cantidad suficiente de anticuerpos neutralizantes. Los niveles hormonales y la actividad gonadal son recuperados cuando los títulos de anticuerpos caen por debajo de cierto nivel y resultan insuficientes para neutralizar completamente a la GnRH (Turkstra, 2005).

4.2. Inmunización pasiva contra GnRH A diferencia de la inmunización activa, la pasiva produce un efecto contra la GnRH en las 24 horas siguientes a su aplicación. Esta técnica ha resultado útil para el estudio del eje hipófisis-gónadas y del papel de las hormonas involucradas, pero para aplicaciones prácticas no es apta, ya que se requieren grandes cantidades de antisuero y administración frecuente para reducir los niveles hormonales (Turkstra, 2005).

4.3. Manipulación de la fertilidad de la hembra utilizando GnRH Las principales aplicaciones clínicas de los tratamientos con GnRH en la hembra bovina son: tratamiento de quistes ováricos, al momento de la inseminación artificial y post-inseminación en vacas de primer servicio y

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repetidoras para mejorar la fertilidad, inducción y sincronización del estro, y tratamiento de receptoras de embriones para aumentar la supervivencia embrionaria (Taponen, 2003). En el bovino, una oleada de GnRH estimula la liberación de la oleada preovulatoria de LH (Yoshioka et al., 2001). Al ocurrir ésta, también se presenta una oleada en las concentraciones circulantes de FSH (Haughian et al., 2004). El pico de las oleadas preovulatorias de LH y FSH ocurre aproximadamente un día antes de la ovulación. Durante este pico preovulatorio de LH y FSH, las concentraciones circulantes de estradiol empiezan a disminuir, y al final de esta disminución inicia otra oleada de FSH (Bergfelt et al., 1997, Kulick et al., 1999). Esta segunda oleada de FSH que ocurre después de la oleada preovulatoria se conoce como oleada periovulatoria de FSH (Kulick et al., 2001; Austin et al., 2002; Haughian et al., 2004). Cuando se utiliza una inyección de 100 μg de GnRH durante la fase folicular, en los primeros 20 min se estimula una oleada de LH seguida por la ovulación del folículo dominante (Lucy y Stevenson, 1986; Pursley et al., 1995). Aparentemente la oleada preovulatoria de LH inducida por la inyección de GnRH es más corta que la oleada preovulatoria natural, y también se presenta una oleada de FSH asociada con la oleada de LH siguiente al tratamiento con GnRH (Haughian et al., 2004). Las vacas lecheras altas productoras tienen bajas tasas de concepción y bajas concentraciones séricas de progesterona, probablemente debido a una mayor excreción de esta hormona (Vasconcelos et al., 1999). Las bajas concentraciones de progesterona en sangre podrían explicar parcialmente la baja fertilidad en estas hembras, ya que las concentraciones de progesterona después de la inseminación artificial (IA) se asocian de manera positiva con la madurez y funcionalidad embrionaria (Garret et al., 1988), que son críticas para inhibir la luteólisis y mantener la gestación (Mann et al., 1995; Meyer et al., 1995). Por lo tanto, es posible que parte de las pérdidas embrionarias en ganado lechero se deban a una inadecuada función lútea materna (Mann et al., 2001). El uso de

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GnRH después de la IA aumenta la secreción de progesterona debido a la inducción de un cuerpo lúteo accesorio (Schmitt et al., 1996; Fonseca et al., 2001), lo que aumenta las concentraciones de progesterona y potencialmente, las tasas de concepción (Beltran y Vasconcelos, 2008). Se ha reportado que el tratamiento con GnRH el día 5 del ciclo estrual para inducir la ovulación de un folículo dominante de la primera oleada aumentó las concentraciones de progesterona durante la fase lútea media en vacas lecheras lactantes (Beltran y Vasconcelos, 2008; Cruz et al., 2009).

4.3.1. Empleo de la GnRH en programas de inducción y sincronización del celo y la ovulación En ganado bovino, la real efectividad de cualquier programa de sincronización del estro y/o la ovulación está determinada por su capacidad para lograr una alta sincronía en éstos, de forma que las hembras puedan recibir inseminación artificial a tiempo fijo (IATF). Las máximas tasas de concepción después de IATF se obtienen cuando el momento de la IA y la ovulación están altamente sincronizados (Lemaster et al., 2001). Inicialmente se reportó que la administración de GnRH o un GnRH-agonista altera el desarrollo folicular induciendo la ovulación, resultando en emergencia y sincronización de una nueva oleada de desarrollo folicular (Macmillan y Thatcher, 1991; Twagiramungu et al., 1994). La GnRH inicia la secreción aguda de LH y FSH por 3 a 5 horas, lo que inicia la ovulación (Thatcher et al., 1993). La sincronía del estro mejora si seis a siete días después de la GnRH se aplica una dosis de PGF2α para inducir luteólisis (Twagiramungu et al., 1992a). Esta combinación de hormonas resulta efectiva para sincronizar el estro en ganado Bos taurus (Pursley et al., 1995; Burke et al., 1996) pero es menos efectiva en ganado con genotipo Bos indicus (Lemaster et al., 2001). La detección del estro puede ser eliminada mediante la administración de una segunda inyección de GnRH junto con IATF en ganado productor de carne (Twagiramungu et al., 1992a,b) y lechero (Pursley et

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al., 1995, 1997b), obteniendo tasas de concepción similares a la IA después del estro detectado (Lemaster et al., 2001). Con respecto al ganado Bos indicus, éste tiene una menor respuesta en la secreción de LH en comparación con el Bos taurus. La disminución en la liberación de LH está influida por el porcentaje de genotipo Bos indicus. Aún no se sabe con exactitud si la menor respuesta de LH a la administración de GnRH en ganado Bos indicus se debe a una incapacidad de la GnRH para iniciar la ovulación, a una incompleta respuesta luteolítica a la PGF2α, a menores reservas de LH, a menor síntesis de LH por la adenohipófisis, a menor sensibilidad del hipotálamo e hipófisis, o una combinación de varios de estos factores. La inadecuada liberación de LH puede evitar la ovulación inducida por la GnRH, que es necesaria para sincronizar el desarrollo folicular o para inducir la ovulación para realizar IATF (Portillo et al., 2008). La eficacia de la GnRH para inducir la ovulación se ve afectada por la etapa de desarrollo folicular al momento de su aplicación (Vasconcelos et al., 1999; Moreira et al., 2000b). La GnRH parece ser efectiva para inducir la ovulación de folículos ≥10 mm de diámetro durante la fase de crecimiento folicular en vacas lecheras (Macmillan y Thatcher, 1991; Moreira et al., 2000a) y de doble propósito Bos indicus × Bos taurus (Perea et al., 1998), cuando los folículos ováricos tienen un número suficiente de receptores de LH (Lucy et al., 1992).

4.3.2. Protocolos de tratamiento con GnRH más PGF2α para inducir y/o sincronizar el estro y/o la ovulación Existen diferentes protocolos para la inducción y/o sincronización del estro y/o de la ovulación que incluyen el uso de GnRH más PGF2α, y que han sido utilizados de manera efectiva, con tasas de gestación aceptables en ganado Bos taurus productor de carne (Twagiramungu et al., 1995; Geary et al., 1998; Thompson et al., 1999) y ganado lechero (Pursley et al., 1995).

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Estos protocolos son comúnmente usados en vacas posparto y pueden aplicarse en cualquier etapa del ciclo estrual. Los principales componentes de estos protocolos son GnRH y PGF2α. La inyección inicial de GnRH (día 0) se usa para programar el crecimiento folicular en vacas cíclicas y para inducir la ovulación en vacas anéstricas. La PGF2α aplicada al día 7 induce la regresión del cuerpo lúteo presente después de una ovulación espontánea temprana, de cualquier cuerpo lúteo accesorio, y de los folículos luteinizados como resultado de la inyección de GnRH, con el fin de disminuir las concentraciones de progesterona. La segunda inyección de GnRH dada al día 9 induce la ovulación de los folículos dominantes que fueron pre-programados por la primera inyección de GnRH. Estos protocolos aseguran un estatus folicular homogéneo al momento de inducir la luteólisis, lo que resulta en una mejor precisión del estro después de la aplicación de PGF2α y una mayor sincronía en la oleada de LH, con lo que se sincroniza el desarrollo folicular y la regresión del cuerpo lúteo (Peters et al., 1999; Wood et al., 2001). 4.3.2.1. Ovsynch: este protocolo fue desarrollado por Pursley et al. (1995) con el fin de eliminar los problemas y limitaciones asociados con la detección visual del estro en vacas lecheras lactantes. Dado que el Ovsynch sincroniza la ovulación más que el estro, evita el depender de la detección del estro, la cual es ineficiente en la mayoría de los hatos lecheros, para dar IA a las vacas. Dado que la ovulación se sincroniza de manera precisa con el Ovsynch, las vacas lecheras lactantes pueden recibir IATF y mantener tasas de concepción similares las de vacas servidas después del estro detectado. El Ovsynch fue el primer protocolo de sincronización desarrollado que permitió realizar IATF con resultados en tasas de concepción similares a las obtenidas con IA después del estro detectado (Fricke, 2001). Se ha demostrado ampliamente que el Ovsynch es un método altamente efectivo y económico para mejorar el desempeño reproductivo en vacas lecheras lactantes altas productoras (Burke et al., 1996; Pursley et al., 1997b; Britt y Gaska, 1998).

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Cuando el protocolo Ovsynch es administrado en una etapa al azar del ciclo estrual, la primera inyección de GnRH induce la ovulación en 65% de las vacas y causa la emergencia de una nueva oleada folicular en el 100% de éstas. La inyección de PGF2α induce la regresión del cuerpo lúteo espontáneo y/o inducido por la GnRH, y la segunda inyección de GnRH sincroniza el momento de la ovulación del folículo dominante de la oleada folicular que inició su crecimiento después de la primera inyección de GnRH. La ovulación de un folículo dominante en respuesta a la segunda inyección de GnRH ocurre en el 85% de las vacas lactantes que reciben este protocolo (Fricke et al., 1998), y la ovulación ocurre dentro de las 24 a 32 horas después de la segunda inyección de GnRH en vacas sincronizadas, seguida por crecimiento de una nueva oleada folicular (Pursley et al., 1995). En el Ovsynch se aplica una inyección i.m. de 100 µg de GnRH el día 0, seguida por una inyección i.m. de PGF2α el día 7, más otra inyección de GnRH el día 9 (48 horas después de la PGF2α), y se realiza IATF en todas las hembras el día 10, 16 a 20 horas después de la segunda inyección de GnRH (Fig. 1). No se realiza detección de estros. La tasa de gestación obtenida con este protocolo promedia 52% (Pursley et al., 1995). El Ovsynch se utiliza principalmente en vacas lecheras, en las que la ovulación ha sido altamente sincronizada y ocurre aproximadamente 26 a 32 horas después de la segunda inyección de GnRH, por lo que la IATF 17 a 24 horas después de esta GnRH debería resultar en una alta probabilidad de una concepción exitosa (Peters et al., 1999).

Días

0 GnRH

7 PGF2α

9 GnRH

10 IATF 16-20 h después de GnRH

Figura 1. Protocolo Ovsynch

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Se han obtenido resultados similares en tasas de sincronización y de concepción utilizando una dosis de 50 μg de gonadorelina en cada inyección de GnRH, en comparación con una dosis de 100 μg (Fricke et al., 1998). Sin embargo, la dosis de PGF2α usada siempre debe ser la indicada en la etiqueta del producto utilizado (Fricke, 2001). 4.3.2.2. CO-Synch: se le denomina CO-Synch a una versión específica del protocolo Ovsynch original, en la que las vacas reciben IATF inmediatamente después de la administración de la segunda inyección de GnRH. Es decir, para el protocolo CO-Synch se aplica una inyección i.m. de GnRH el día 0, seguida por una inyección i.m. de PGF2α el día 7, más otra inyección de GnRH el día 9 (48 horas después de la PGF2α) junto con IATF en todas las hembras (Fig. 2). No se realiza detección de estros (Geary et al., 1998). La tasa de gestación promedia 55% (Geary y Whittier, 1999).

Días

0 GnRH

7

9

PGF2α

GnRH + IATF

Figura 2. Protocolo CO-Synch

El uso del CO-Synch en vacas lecheras permite manejar a las vacas una vez menos que con el Ovsynch, pero las tasas de concepción obtenidas con el COSynch son menores a las resultantes del uso del Ovsynch (Pursley et al., 1998; Fricke, 2001). Algunos autores han indicado que el realizar IATF 60 a 64 horas después de la aplicación de PGF2α, como se usa en el Ovsynch, es el momento más adecuado, tanto en ganado productor de carne (Geary et al., 2001a; Stevenson et al., 2000; DeJarnette et al., 2001a) como lechero (DeJarnette et al., 2001b), pero dado que los resultados de ambos protocolos han sido comparables

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o ligeramente menores para CO-Synch, es de considerarse la ventaja del menor manejo de los animales con este último protocolo (DeJarnette y Marshall, 2003). 4.3.2.3. Select Synch: es el protocolo más simple basado en GnRH. Comprende una inyección i.m. de GnRH seguida 7 días después por una inyección i.m. de PGF2α. Se realiza detección de estros por dos días antes y cinco días después de la aplicación de la PGF2α y se realiza IA 12 horas después del estro detectado (Downing et al., 1998; Fig. 3). Sin embargo, es común que algunas vacas (~8 %) muestren estro hasta 48 horas antes de aplicar la PGF2α. Estos estros tempranos son fértiles y las vacas pueden ser inseminadas 12 horas después de su detección; si estas hembras son inseminadas ya no se les aplica la PGF2α. No obstante, la mayor respuesta a estro se presenta 2 a 3 días después de la PGF2α, con un rango de 1 a 5 días. Se han reportado tasas de gestación del 61% para hembras inseminadas después del celo detectado (Geary y Whittier, 1999).

Días

0

5

GnRH

7

12

PGF2α Detección de estros e IA 12 h pos-estro detectado

Figura 3. Protocolo Select Synch

Para los protocolos Ovsynch, CO-Synch y Select Synch, las tasas de concepción pueden aumentarse si se realiza destete temporal de 48 h después de la inyección de PGF2α (Geary et al., 2001b). De igual forma, en el Ovsynch y COSynch puede realizarse detección de estros con el fin de identificar a hembras que presenten calor antes de la IATF, para lo que debería empezarse a detectar estros

30

desde el día 5 hasta el día de la IATF, ya que aproximadamente 8% de las hembras cíclicas exhiben estro temprano. Al igual que en el Select Synch, las hembras inseminadas a estro temprano no reciben la PGF2α, o la segunda GnRH, o ambas (Fricke, 2001).

4.3.2.4. Pre-Synch: está indicado para vacas cíclicas. Es un protocolo de presincronización, en el cual se aplican una o dos inyecciones de PGF2α con 14 días de diferencia, dando la segunda inyección 12 días antes de la primera inyección de GnRH dentro del protocolo Ovsynch (Fricke, 2001; Fig. 4).

Días

-28 PGF2α

-14

0

PGF2α

GnRH

7 PGF2α

9 GnRH

10 IATF 16-20 h

después de GnRH

Figura 4. Protocolo Pre-Synch

El Pre-Synch mejora las tasas de concepción a primer servicio comparado con el Ovsynch, y es una buena estrategia para programar a las vacas para recibir su primera IATF posparto (Fricke, 2001). A este respecto, en vacas lecheras lactantes Moreira et al. (2000b) reportaron tasa de concepción de 29% para el Ovsynch y 43% para el Pre-Synch. Moreira et al. (2001) reportaron que el PreSynch aumentó las tasas de gestación 18% (25% a 43%) en vacas cíclicas lactantes. La presincronización posparto utilizando GnRH puede hacerse también siete días antes del Ovsynch; este enfoque tiene la ventaja de ser potencialmente 31

efectivo en vacas cíclicas y anéstricas (Thompson et al., 1999; Stevenson et al., 2000). Los resultados de Vasconcelos et al. (1999) en vacas lecheras lactantes, y los de Moreira et al. (2000a) en novillonas lecheras sugieren que iniciar el Ovsynch el día 5 a 10 del ciclo estrual puede mejorar la tasa de concepción. Por tanto, el uso del Pre-Synch para programar a vacas lecheras lactantes para recibir su primera IATF posparto puede mejorar la tasa de concepción a primer servicio. Sin embargo, dada su duración, el Pre-Synch no es un buen protocolo de resincronización, y debería ser usado solamente en vacas para su primer servicio de IA posparto (Fricke, 2001). 4.3.2.5. Heat-Synch: este protocolo desarrollado para IATF surgió de estudios realizados sobre la efectividad de emplear un estrógeno en lugar de GnRH para inducir la ovulación y facilitar la IATF (Lopes et al., 2000; Jordan et al., 2001; Pancarci et al., 2001). El cipionato de estradiol (ECP) provee un prolongado efecto estrogénico, y está aceptado para ser usado en vacas lecheras lactantes. La administración de un estrógeno en ausencia de progesterona y en presencia de un folículo con capacidad ovulatoria causa la ovulación al estimular la liberación de GnRH desde el hipotálamo, lo que a su vez causa la oleada pre-ovulatoria en la secreción hipofisiaria de LH (Fricke, 2001). El Heat-Synch es una alternativa a los protocolos Ovsynch y Pre-Synch, en el cual se administra 1 mg de cipionato de estradiol (ECP) 24 horas después de la inyección de PGF2α dentro del protocolo Ovsynch para inducir la ovulación, en lugar de administrar GnRH 48 h después de la PGF2α. Se da IA a todas las vacas detectadas en celo 24 horas después de la inyección de ECP para mejorar la respuesta general al protocolo. Las vacas no detectadas en estro a las 24 horas reciben IATF 48 horas después del ECP (Geary et al., 2001a; Fricke, 2001; Stevenson et al., 2004; Fig. 5).

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Días

-28

-14

PGF2α

PGF2α

0 GnRH

7 PGF2α

8

9

10

ECP

IA

IATF

celo detectado

no celo detectado

Figura 5. Protocolo Heat-Synch

En vacas primíparas y multíparas, Pancarci et al. (2001) reportaron tasa de concepción de 43.5% y 30.6%, respectivamente, para Pre-Synch, comparadas con 50.7% y 19.45% para Heat-Synch, aunque no hubo diferencia entre ambos en la tasa de concepción general. Esto indica que el ECP puede ser usado para inducir ovulación para realizar IATF en vacas lecheras lactantes, pero que puede no ser tan efectivo como la GnRH para inducir la ovulación en vacas anéstricas (Fricke, 2001; Geary et al., 2001a). Por su parte, Jordan et al. (2001) reportaron una tasa de concepción para vacas que mostraron celo al momento de la IATF de 32.8% para Pre-Synch y 40.4% para Heat-Synch, y de 26.88% y 6.6%, respectivamente, para vacas que no mostraron estro al momento de la IATF. De acuerdo con estos resultados, las tasas de concepción a la primera IA sincronizada serán similares para vacas que reciben ECP o GnRH como la hormona ovulatoria para realizar IATF (Fricke, 2001). Una de las ventajas de usar ECP en un protocolo para IATF es su menor costo comparado con la GnRH. Además, las vacas que reciben ECP usualmente exhiben comportamiento estral y tono uterino al momento de la IATF. El HeatSynch puede ser considerado como una alternativa al Pre-Synch, pero puede no trabajar bien en hatos con un alto porcentaje de vacas anovulatorias después del período voluntario de espera (Fricke, 2001).

33

4.3.3. Protocolos de tratamiento que combinan GnRH con progesterona o progestágenos para inducir y/o sincronizar el estro y/o la ovulación 4.3.3.1. Adición de un CIDR a los sistemas basados en GnRH: aunque los protocolos basados en la utilización de GnRH han sido usados de manera exitosa para sincronizar grandes grupos de hembras posparto, en ocasiones los resultados obtenidos no son los óptimos, observándose bajas tasas de sincronización en programas que dependen de la detección del estro, o bajas tasas de concepción cuando se aplica IATF. La falla para sincronizar adecuadamente hembras cíclicas o para inducir una ovulación potencialmente fértil en hembras anéstricas puede tener gran influencia en el éxito de un programa de sincronización. La adición de un dispositivo vaginal conteniendo 1.38 g de progesterona natural (CIDR) a los programas basados en GnRH puede reducir pérdidas en cada uno de estos casos. El uso más común del CIDR con protocolos basados en GnRH implica la inserción del CIDR por siete días, con el fin de que las hembras estén expuestas a una fuente de progesterona durante el período que el implante se encuentre insertado (Day, 2003). La exposición a la progesterona es benéfica porque asegura que la mayoría de las ovulaciones ocurran en vacas previamente anéstricas, pues se ha demostrado que al retirar el progestágeno usado en el tratamiento se induce la aparición de ciclos estruales de duración normal en ciertas hembras anéstricas, y la probabilidad de que suceda una ovulación (espontánea o en respuesta al tratamiento) aumenta. Dado que la respuesta inicial a la GnRH puede ser variable, la inclusión de un CIDR elimina el requisito de que la ovulación sea inducida por GnRH el día –7 (Lucy et al., 2001; Day, 2003). Otro beneficio de la inclusión de un CIDR en programas basados en GnRH es que se evitan los estros tempranos (días -2 a día 1) que son comunes en estos programas. La progesterona liberada por el CIDR previene el estro y la ovulación entre los días -7 y 1. Este mayor control del momento de la ovulación es

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particularmente importante en sistemas con IATF en los cuales no se realiza detección de estros (Xu y Burton, 2000; Day, 2003). El uso de destete temporal, como herramienta para aumentar la inducción de la ovulación en vacas anéstricas, puede potencializarse por el uso del CIDR. Si bien se ha demostrado que el destete puede inducir la ovulación en ciertas hembras anéstricas, en ausencia de pre-exposición a progesterona se esperaría que el primer calor espontáneo después del destete temporal (durante el período sincronizado), o del destete temporal junto con ovulación inducida por GnRH, fuera seguido por un ciclo estrual corto (~10 días) infértil. Por el contrario, si el destete temporal es precedido por progesterona ya sea de un cuerpo lúteo inducido por GnRH o por un CIDR, hay gran probabilidad de que el ciclo resultante sea de duración normal y existe el potencial de que se establezca una gestación. Se esperaría que esta combinación de destete más CIDR más GnRH indujera más vacas a ciclar que el CIDR o el destete solos (Xu y Burton, 2000; Day, 2003). Ovsynch + CIDR: se inserta un CIDR al aplicar la primera inyección de GnRH dentro del protocolo Ovsynch. El CIDR se retira 2 horas antes de la inyección de PGF2α (Fig. 6). En un estudio realizado por Pursley et al. (2001) utilizando el Ovsynch y el Ovsynch + CIDR, las tasas de concepción en vacas cíclicas fueron de 43.5% y 49.1% para Ovsynch y Ovsynch + CIDR, respectivamente, mientras que para vacas anéstricas fueron de 34.7% y 55.2%, respectivamente. De acuerdo con estos resultados, el uso de un CIDR junto con el protocolo Ovsynch aumentó la fertilidad en vacas anéstricas, pero no en vacas cíclicas, por lo que puede ser una buena estrategia para el tratamiento de vacas lecheras que al final del período de espera voluntario se encuentran en anestro (Fricke, 2001).

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Días 0 GnRH + CIDR

7

9

Retiro CIDR + PGF2α

GnRH

10 IATF 16-20 h después de GnRH

Figura 6. Protocolo Ovsynch + CIDR

4.3.3.2. Protocolos con GnRH + PGF2α + MGA: estos protocolos han sido usados con éxito en novillonas. El MGA es un progestágeno sintético activo por vía oral desarrollado para el control del estro en novillonas productoras de carne. Este progestágeno es usado para imitar la acción de la progesterona, y puede estimular el estro en novillonas. Se ha reportado que la adición de GnRH al protocolo MGA + PGF2α ha aumentado la sincronía del estro en comparación con el protocolo sin GnRH (Wood et al., 2001). Protocolo MGA/GnRH/PGF2α: se ofrece MGA en el alimento por 14 días a razón de 0.5 mg/cabeza/día. Al día 26 se aplica una inyección i.m. de GnRH, y 7 días después (día 33) una inyección i.m. de PGF2α. Se realiza detección de estros y se da servicio de inseminación del día 33 al 38 (Wood et al., 2001).

Días

0

14 MGA en alimento

26

33

GnRH

PGF2α

38

Detección de estros e IA Figura 7. Protocolo MGA/GnRH/PGF2α

36

4.3.4. Empleo de la GnRH para el tratamiento de quistes ováricos Además de ser empleada para inducir y sincronizar el estro y/o la ovulación, la GnRH puede ser usada para el tratamiento de quistes ováricos en vacas. Los quistes foliculares por lo general son tratados mediante la administración de análogos sintéticos de la GnRH aprobados para su uso en vacas lecheras lactantes (Fricke, 2000). El tratamiento con GnRH induce la luteinización más que la ovulación del quiste folicular, lo que resulta en la formación de un quiste luteal (Garverick, 1997; Fricke, 2000), cuya regresión puede ser inducida mediante la administración de PGF2α (Nanda et al., 1988). La administración de GnRH a vacas con quistes foliculares benignos a menudo induce la ovulación de un folículo dominante de crecimiento normal más que del quiste mismo (Garverick, 1997; Fricke, 2000). El tratamiento ideal para quistes ováricos debería ser efectivo para todos los tipos de éstos. El protocolo Ovsynch para sincronizar la ovulación en vacas lecheras lactantes usa tanto inyecciones de GnRH como de PGF2α (Pursley et al,. 1995, 1997a), y puede ser un tratamiento efectivo para los quistes ováricos. En un estudio realizado por Fricke (2000) en vacas lecheras lactantes, el tratamiento con Ovsynch indujo la ovulación de un folículo y no del quiste presente al momento de la segunda inyección de GnRH en el 73% de las vacas, de las cuales el 37% concibieron después de IATF. Estos resultados sugieren que el Ovsynch puede ser el tratamiento de elección para quistes ováricos en vacas lactantes (Fricke, 2000). De acuerdo con Rubio (2005), cuando se administran dosis de GnRH de 0.1 a 0.5 mg para el tratamiento de quistes foliculares, ocurre la luteinización sin ovulación, y cuando la dosis oscila entre 0.5 y 1.5 mg se produce ovulación y luteinización, con un 90% de vacas que responden presentando un celo fértil 18 a 24 días después.

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CONCLUSIONES En la actualidad, en la hembra bovina la GnRH se usa principalmente para inducir y/o sincronizar el estro y/o la ovulación para facilitar la IATF, al igual que para el tratamiento de quistes ováricos. Los diferentes protocolos para la inducción y/o sincronización del estro y/o de la ovulación que usan GnRH también incluyen la aplicación de PGF2α. Estos protocolos pueden aplicarse en cualquier etapa del ciclo estrual, aunque la eficacia de la GnRH para inducir la ovulación se ve afectada por la etapa de desarrollo folicular al momento de su aplicación. La GnRH induce la ovulación de folículos ≥10 mm de diámetro durante la fase de crecimiento folicular. En los protocolos que usan GnRH, la primera inyección de esta hormona programa el crecimiento folicular en vacas cíclicas e induce la ovulación en vacas anéstricas. La PGF2α el día 7 causa la lisis de cualquier cuerpo lúteo presente y de los folículos luteinizados como resultado de la GnRH. La segunda inyección de GnRH el día 9 induce la ovulación de los folículos dominantes que fueron preprogramados por la primera inyección de GnRH. Estos protocolos aseguran una mayor sincronía en la oleada de LH, con lo que se sincroniza el desarrollo folicular y la luteólisis, y han sido utilizados con tasas de gestación aceptables en ganado Bos taurus productor de carne y lechero, mas no en ganado Bos indicus. Existe un protocolo que añade progesterona natural al tratamiento de GnRH + PGF2α, y que resulta en especial útil en vacas anéstricas, ya que la progesterona asegura que la mayoría de las hembras ovulen, que se induzca la aparición de ciclos estruales normales, y que se evite la aparición de estros tempranos. Por otro lado, la GnRH puede ser usada para el tratamiento de quistes foliculares, induciendo su luteinización para formar un quiste luteal que puede ser lisado usando PGF2α.

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