1 Bases biolgicas para la produccin animal Daniel

1 Bases biológicas para la producción animal Daniel Salamone M. V. Gambini, Andrés Dr. Fernandez Martín Fisiología Animal Facultad de Agronomía

Hipotólamo e Hipófisis: localización 2

Sistema Porta-Hipofisario Células Neurosecretoras Hipotálamo Eminencia Media Arteria Hipofisaria anterior Adenohipófisis Se conecta por vasos sanguíneos Neurohipófisis Se conecta por fibras nerviosas 3

Hipotálamo § Conexión vascular (sitema porta) • Factores liberadores § Conexión nerviosa • Nucleo supraóptico y paraventricular • Oxitocina, hormona antidiurética 4

Hipotálamo-Neurohipófisis OX = Oxitocina ADH = Hormona Antidiurética SNC Hipotálamo ADH OX Neuro-Hipófisis ADH Riñón OX Utero OX G. Mamaria 5

Oxitocina: Eyección de Leche 6 Reflejo Neuro-Endócrino Sin Oxitocina Alvéolos Mamarios Células Mioepiteliales Con Oxitocina Esquema GB Martin

Eje Hipotálamo-Hipofisario Información externa Información interna SNC Hipotálamo Hormona liberadora Hipófisis Hormona trófica Organo Blanco Hormona 3 7

Hormonas Hipofisarias LH H Luteinizante FSH H Folículo Estimulante TSH H Estimulante de Tiroides (Tirotrofina) ACTH H Adrenocorticotrofa (Corticotrofina) GH H del Crecimiento (Somatotrofina) PRL Prolactina 8

9 Hormonas Hipotálamo y Adenohipófisis Hipotálamo Adenohipófisis Gn. RH: H Liberadora de Gonadotrofinas LH: H Luteinizante FSH: H Folículo Estimulante TRH: H Liberadora de Tirotrofina TSH: H Estimulante de Tiroides (Tirotrofina) CRH: H Liberadora de Corticotrofina ACTH: H Adrenocorticotrofa (Corticotrofina) GRH: H Liberadora de H de Crecimiento GIH: H Inhibidora de H de Crecimiento (Somatostatina) GH: H de Crecimiento (Somatotrofina, STH) PRH: H Liberadora de Prolactina PIH: H Inhibidora de Prolactina (Dopamina) PRL: Prolactina

10 Hipotálamo-Adenohipófisis SNC Hipotálamo TRH CRH Gn. RH PRH Adeno-Hipófisis TSH ACTH LH FSH Tiroides PIH Gónadas GIH Adeno-Hipófisis PRL Células Adrenal GRH G. Mamaria GH Hígado Hueso

Prolactina SNC Hipotálamo PRH PIH Adeno-Hipófisis PRL Células G. Mamaria 11 § Estimulada por PRH § Inhibida por PIH § Proteína de 194 -199 AA § Funciones: • Desarrollo glándula mamaria • Lactogénesis § Organos blanco: • Glándula Mamaria • Casi todas los tejidos del organismo tienen receptores a PRL

Hormona del Crecimiento § Estimulada por GRH § Inhibida por GIH § Mediada por IGF-I § Respuestas biológicas: SNC Hipotálamo GRH • consumo glucosa, GIH Adeno-Hipófisis GH • • • glucemia síntesis de proteínas movilización de grasas crecimiento § Organos blanco: Células G. Mamaria Hígado Hueso • Hígado • Músculo • Tejido adiposo 12

13 Efectos de GH Efecto Directo Efecto Indirecto GH Hígado IGF-I Grasa Movilización de Grasa Crecimiento Hueso

IGF-I: mediador de la GH § Secretada por el hígado y otros tejidos § Estimulada por la GH § La mayoría de las acciones de la GH son mediadas por la IGF-I § Estimula: • Mitosis • Síntesis proteica § Vincula la nutrición con la reproducción 14

Control de secreción de GH Nutrición Estrés Ejercicio SNC GRH Hipotálamo GRH GIH Adeno-Hipófisis GH Hígado IGF-I Sueño 15

Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal SNC Hipotálamo CRH Adeno-Hipófisis ACTH Corteza Adrenal Cortisol Hígado, Músculo y Grasa 16 § Respuestas biológicas: • gluconeogénesis: § transportador de glucosa • degradación de proteínas • movilización de grasas § Organos blanco: • Hígado • Músculo • Tejido adiposo § Hormonas no controladas por Hipófisis: • Aldosterona • Adrenalina

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Ubicación de Tiroides y Paratiroides Laringe Tráquea Esófago 18

19 FOLÍCULOS DE COLOIDE (TIROGLOBULINA)+ CÉLULAS C (PARAFOLICULARES). CALCITONINA.

Hormonas Tiroidea Sangre I- T 3 T 4 Núcleo Coloide con tiroglobulina 20

Hormona tiroidea 21

Hipotálamo-Hipófisis-Tiroides SNC Hipotálamo TRH Adeno-Hipófisis TSH Tiroides T 3 T 4 Tejidos Periféricos § Hormonas: • Tetra-iodo-tironina o Tiroxina • (T 4) Tri-iodo-tironina (T 3) § Respuestas biológicas: • Metabolismo basal: § consumo de O 2 § síntesis de enzimas metabólicas § síntesis de proteínas § Organos blanco: • Todos § Hormona no controlada por Hipófisis: • Calcitonina 22

Efectos metabólicos § Termogenesis y consumo de O 2 § § hipertiroidismo : thermofobia. hipotiroidismo : sensibilidad al frío Síntesis proteica: efecto en el desarrollo Lipidos: hipertiroidismo : hipocolesterolemia. hipotiroidismo : hipercolesterolemia. Síntesis de glucidos : glucemia Metabolismo del Agua y electrolitos: hipotiroidismo: edema 23

Hormonas tiroidea § Efecto en el crecimiento –potencia la GH, esencial para la osificación y la maduración de órganos § Efectos en el sistema nervioso – SNC: maduración y conecciones nerviosas SNAutonomo: potencia el efecto de las catecolaminas, Ej frecuenciua cardiaca etc. 24

25 Funciones que escapan al Eje H-H § § § Calcemia: • • • Parathormona (Paratiroides) Calcitonina (Tiroides) Vitamina D 3 (Riñón) Glucemia (e. o. ): • • Insulina (Páncreas) Glucagón (Páncreas) Niveles de sodio: • • Aldosterona (Corteza Adrenal) Angiotensina I y II (Riñón) § § § Digestión (e. o. ): • • • Producción de eritrocitos: • Eritropoyetina (Riñón) Detección de fotoperíodo: • § Secretina Gastrina Colecistoquinina Melatonina (Pineal) Otros…

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PARATIROIDES 27

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Calcemia 29 Es la concentración de CALCIO en sangre Es el resultado neto del equilibrio entre la entrada y salida de calcio a la corriente sanguínea § Mamíferos: 10 mg/dl § Rango de ajuste: 5%

Calcio en el organismo § 1. 5 % del Peso Vivo § Esqueleto: 99% § Plasma y LEC: menos del 1% § Se pierde por: • Leche • Feto • Cáscara de huevos • Orina • Heces 30

Funciones del calcio § Componente estructural del esqueleto y los dientes § Excitabilidad neuronal y contracción muscular § Membranas celulares § Adhesión y comunicación entre células § Proliferación celular § Actividad enzimática § Coagulación de la sangre § Liberación de hormonas/exocitosis 31

32 Distribución de Calcio en plasma

Entrada, salida y depósito Ca++ y HPO 4 -- Intestino Heces Riñón Ca++ HPO 4 -Hueso LEC Orina 33

Compartimentos corporales y Calcio Dieta Luz Intestinal Epitelio Intestinal 34 Hueso Osteoclasto Osteoblastos Osteocitos Líquido Extracelular Epitelio Renal Líquido Tubular Renal Heces Orina Líquido Oseo Mc. Donald 1991

Control hormonal de calcemia § Parathormona (PTH) § Calcitonina (CT) § Colecalciferol (Vitamina D 3) § Otras hormonas de acciones indirectas: • Estrógenos • Hormona de crecimiento (GH) • Prolactina (PRL) • Lactógeno placentario (LP) • GC, T 4, Glucagón, etc. . . 35

Parathormona (PTH) § § § 36 Hipercalcemiante Secretada por la Paratiroides cuando hay hipocalcemia Aumenta Ca y disminuye P en plasma Hueso: aumenta la reorganización esquelética ( Nº de osteoclastos y la osteólisis) Riñón: • reabsorción de Ca y P • acelera la formación de los metabolitos activos de la Vit D en el riñón Intestino: estimula indirectamente la absorción de Ca

Calcitonina (CT) Hipocalcemiante § Secretada por las células C de la Tiroides cuando hay hipercalcemia § § § Evita la hipercalcemia postprandial Disminuye Ca y P en plasma Hueso: estimula el depósito de Ca Riñón: promueve la excreción de Ca y P Intestino: inhibe indirectamente la absorción de Ca 37

Vitamina D 3 (Colecalciferol) Hipercalcemiante § § § En la dieta hay pequeñas cantidades § En riñón: se convierte en 1, 25 dihidroxicolecalciferol (Vit D 3 activada) En piel: se sintetiza como previtamina D 3 En hígado: se transforma en Vit D 3 inactiva (25 -hidroxicolecalciferol) • La PTH estimula esta conversión • La CT inhibe esta conversión 38

Regulación hormonal del calcio Ca++ y HPO 4 -- 39 + PTH - CT Vit D 3 (PTH CT ) Ca++ HPO 4 -- PTH Vit D 3 Heces Ca++ Mineral CT PTH Ca++ Oseo CT Orina Mc. Donald 1991

40 Efectos de las hormonas Ca++ PTH Sangre CT Intestino Absorción de Ca++ Hueso Resorción de Ca++ 1, 25(OH)2 D 3 25(OH)D 3 Retención de Ca++ Excreción de HPO 4 -- Riñón Swenson 1984

Resumen § La PTH y la CT ejercen un control de retroalimentación negativa dual, manteniendo las concentraciones de Ca++ en el LEC dentro de límites estrechos § Sus principales órganos blancos son hueso y riñón, lo que permite redistribuir pero no incrementar la cantidad total de calcio § Los efectos de la PTH y CT se complementan por la vitamina D y sus metabolitos, que son los únicos que permiten incrementar, a través de la absorción intestinal, la cantidad total de Ca++ en el organismo 41

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La Glándula Adrenal 43 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

44 Esteroidogénesis Adrenal Colesterol P 450 scc Pregnenolona P 450 c 17 3 HSD Progesterona P 450 c 17 Desoxicorticosterona Corticosterona P 450 c 17 3 HSD P 450 c 21 P 450 aldo 17 OHP 5 17 OHP 4 S-Tferase DHEA(S) DHEA ( 5) 3 HSD P 450 c 17 A 4 ( 4) P 450 c 21 Desoxicortisol P 450 c 11 Cortisol P 450 aldo Aldosterona (Glomerulosa) (Fasciculata) (Reticularis) Conley & Bird 1997

Ejes Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal y Simpático Adrenal 45 NT Estrés Hipotálamo AVP ACTH CRH Hipófisis GBM Homeostasis GBM Activación Sistema Simpático Médula Cortisol Catecolaminas Corteza Adrenal

Glucocorticoides § Catabolismo de proteinas § Desaminación de aminoacidos: § § - gluconeogenesis - elevación de los niveles de glucosa e insulina - de grasas y colesterol sanguineos Resosorción de calcio oseo y unrinario Antiinflamatorio y antialérgico 46

Mineralocorticoides 47 § Hormonas que regulan los electrolitos del cuerpo - mantiene niveles de Na + y de agua - incrementa perdidas de K+ e H + - incrmenta la volemia

Regulación mineralocorticoides 48

Catecolaminas 49

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51 Páncreas: Islotes de Langerhans Células A/ : Glucagón 30% Células B/ : Insulina 60% Células D/ : Somatostatina 10% Células F: Polipéptido pancreático § Representan el 1 a 3 % de la masa pancreática § Drenan principalmente en la Vena Porta: van directamente al hígado (principal órgano blanco)

52 Páncreas Ducto Islote de Langerhans Acinos Vaso

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54 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 medida en ayunas

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 CH 2 OH HO HOH OH OH 55

Fuentes de glucosa Sangre Salida Aporte GLU § Aporte: Depósito Hígado • Absorción a nivel • • intestinal Neoglucogénesis Glucógenolisis § Depósito: • Glucógeno en hígado § Salida: • Glucogenogénesis • Anabolismo de lípidos y proteínas: precursor 56

Glucógeno § Depósito energético de los carbohidratos en el animal § Hígado y los músculos § Unidades -D-glucosa unidas entre sí a través de sus átomos de carbono 1– 4 y 1– 6 57

Rol del Hígado § Nutrientes llegan directamente al hígado vía la Vena Porta § Principal reservorio de glucosa: gluco. GENOgénesis § Es el único órgano con capacidad de gluco. NEOgénesis porque tiene glucosa -6 -fosfatasa 58

Sistema Porta - Hepático Vena Cava Aorta Arteria Hepática Vena Hepática Hígado Vena Porta 59

Músculo § Glucosa es el sustrato energético para la contracción § Almancena glucosa en forma de glucógeno § No posee Glucosa-6 -fosfatasa, por lo que la degradación de glucógeno da piruvato y lactato 60

El ciclo del Lactato o de Cori HIGADO SANGRE 61 MUSCULO Glucosa Glucógeno Lactato Anaerobiosis Kaneko 1989

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) 62

Insulina (1) Hipoglucemiante § § Polipéptido: Células B § § Inhibida por: hipoglucemia, somatostatina Estimulada por: hiperglucemia, AA, AG, cuerpos cetónicos, glucagón, péptido inhibidor gástrico (PIG), gastrina, secretina, CCK Vida media en la circulación: 5 a 10 minutos, y está unida a una globulina 63

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: § Inhibe la degradación de proteínas y grasas • 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 64

Efectos de la Insulina 65 Páncreas Músculo H 2 O + CO 2 Grasa Insulina Triglicéridos Glicerol Glucosa Glucógeno Hígado Acidos Grasos

66 ¿Qué células requieren de la Insulina para la entrada de Glucosa? 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 Mc. Donald 1991

Glucagón Hiperglucemiante 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 67

Músculo Diabetes Proteínas Amino Acidos 68 Grasa Triglicéridos Glucosa Acidos Grasos Glucosa Hígado Urea Glucógeno Acetona Riñón Na. HCO 3 + H H 2 O + CO 2 Cetoacidosis Cerebro Na Acetona Coma Mc. Donald 1991

69 La regulación de Calcemia y Glucemia Calcemia • Osteólisis osteocítica • Reabsorción renal de Calcio • Osteólisis osteoclástica • Absorción intestinal de Calcio Glucemia Reservorio inmediato para mantener niveles sanguíneos Glucógenolisis Rápido, intensidad limitada y sensible a cambios pequeños Mantenimiento de un abastecimiento sostenido Respuesta más lenta, intensidad de gran potencial y menos sensible a pequeños cambios Gluconeogénesis Mc. Donald 1991

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71 Leptina (Zhang et al. , 1994) Leptos = Delgado Gen Ob en ratón 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

Secreción de Leptina 72 § Tejido Adiposo y Placenta § Leptina se expresa además en § hipotálamo, hipófisis, estómago, músculo esqueletico, glándula mamaria Doble control: • Nivel basal que NO es sensible a la ingesta • que refleja la adiposidad del organismo (CONDICION CORPORAL) Nivel que es sensible a la ingesta (variación diurna) Adipocitos

Acciones de la Leptina El tejido adiposo, además de recibir señales, también las emite… § 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) 73

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Detección de Fotoperíodo Retina Luz Nervio 75 Pineal Días Largos Melatonina Días Cortos Baja Frecuencia Pulsos de Gn. RH Alta Frecuencia Hipófisis Baja Frecuencia Pulsos de LH Estradiol Alta Frecuencia Estradiol Ovario Karsch et al. 1984