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FISIOLOGIA / SISTEMA ENDOCRINO / PRINCIPIOS Y CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ENDOCRINO
PRINCIPIOS GENERALES DEL SISTEMA ENDOCRINO
SISTEMA ENDOCRINO
EL SISTEMA ENDOCRINO FORMA PARTE DE LOS SISTEMA DE CONTROL HOMEOSTÁTICO DE LA FUNCIÓN DEL SER VIVO, JUNTO CON EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL. SE BASA EN EL CONTROL QUÍMICO DE ÓRGANOS Y SISTEMAS, MEDIANTE MOLÉCULAS DENOMINADAS HORMONAS, GENERADAS POR ÓRGANOS ESPECÍFICOS, DENOMINADOS GLÁNDULAS.
TABLA DE CONTENIDO
- Sistema Endocrino
- Principios generales en el estudio del sistema endocrino
- Algunas características del sistema endocrino
- Regulación
- Métodos de estudio
- bioensayos e inmunoensayos
- RIA e IRMA
- Envejecimiento del sistema endocrino
- Patología del sistema endocrino
- Referencias
OBJETIVO DEL SISTEMA ENDOCRINO
El objetivo principal de la función del sistema endocrino es controlar y regular químicamente las funciones del organismo y las respuestas a los cambios del medio interno, así como la respuesta de éste frente a los cambios del medio externo.
La endocrinología se ha definido clásicamente como la disciplina que estudia las secreciones internas del organismo. El avance en el conocimiento de esta disciplina ha llevado a la creación de otras áreas como la neuroendocrinología, la endocrinología sexual y de la reproducción, la endocrinología metabólica, etc.
COMUNICACIÓN ENDOCRINA. DEFINICIÓN
Sistema químico de comunicación intercelular cuyas señales son liberadas al torrente circulatorio, para ejercer sus acciones sobre diferentes tipos de células diana.
Los emisores se denominan glándulas de secreción interna [1]El concepto de secreción interna fue propuesto por Claude Bernard en 1855 refiriéndose al papel secretor de glucosa del hígado, aunque no indicó la posibilidad de mediadores que llevaran señales a otro u otros órganos. y están formadas por un conjunto celular implicado en la elaboración de la señal, y en muchos casos, regulación local de la liberación de la misma. Estas glándulas están profusamente irrigadas y en muchas ocasiones inervadas.
Se identifican por diferentes métodos como los siguientes:
1. Extirpación o ausencia de la glándula en estudio, y correspondencia en la desaparición de su supuesta acción.
Figura 1: Extirpación o ausencia de una glándula.
2. La administración exógena de un extracto glandular y la paliación de su carencia.
Figura 2. Administración de un extracto glandular.
Figura 3: Trasplante de glándula en sujeto carente de la misma.
4. La administración de extractos glandulares en un sujeto sano y con su glándula en estudio intacta, deberá exagerar las acciones de dicha glándula.
Figura 4: Inoculación de extracto glandular a un sujeto sano.
5. La identificación en sangre de su mensajero químico.
Figura 5: Identificación del mensajero.
6. El reconocimiento de los receptores específicos para dicho mensajero en las células diana.
Figura 6: Identificación del receptor.
HORMONA
Del griego ormao (excitar o despertar), es todo mensajero químico que sintetizado y secretado por una glándula endocrina, es liberado al torrente circulatorio, para ejercer su acción en su célula diana.
Los mensajeros químicos reconocidos como mensajeros autocrinos y paracrinos, e incluso como neurotransmisores, si se liberan al torrente circulatorio se considerarán también hormonas. Este vocablo fue propuesto en 1905 por Starling, a raíz del descubrimiento por parte de Bayliss y Starling (1902) de la secretina [2]Realmente la primera hormona descubierta fue la adrenalina en 1901 por Takamine., sustancia química liberada por el intestino delgado en repuesta a la composición química del quimo, que a través de la circulación esplácnica ejercía su acción en diversas partes del sistema gastrointestinal, regulando secreciones y motilidad dentro del sistema[3]Aunque el término de hormona se acuñó en 1905, ya en 1851 Claude Bernard indicó el papel secretor (de glucosa) del hígado y en 1856 el de la médula adrenal por Vulpian.. Huxley (1935) redefinió el término como molécula química cuyo propósito esencial es la transferencia de información desde un grupo celular a otro para hacer frente a las necesidades del organismo.
Las hormonas se clasifican en función de su solubilidad en el plasma en: hidrofílicas e hidrofóbicas. Solubilidad que depende de su estructura química. Según esta última las hormonas se agrupan en:
hormonas peptidérgicas (formada por cadenas de aminoácidos más o menos largas y con una conformación espacial que les da especificidad);
hormonas aminoacidérgicas y
hormonas esteroideas.
En la figura 7 aparecen las hormonas más representativas clasificadas según su estructura química y solubilidad en el plasma.
Figura 7: Tipos de hormonas según su estructura química.
Figura 7: Tipos de hormonas según su estructura química.
Figura 8: Hormonas principales.Como se vio anteriormente, la estructura química define las características funcionales de cada hormona, es decir transporte, vida media e interacción con célula diana.
SIGNIFICADO BIOLÓGICO
El sistema endocrino ha sido diseñado para el control de diferentes funciones orgánicas esenciales para la supervivencia del sujeto y de la especie. De esta forma podemos ver como dicho sistema endocrino se organiza en diferentes ejes con acciones específicas, y como estos ejes interactúan entre si para controlar otras funciones importante. Una característica de este sistema es la compleja interacción que se establece entre los diferentes ejes endocrinos, así como con otros sistemas de comunicación intercelular.
Se encarga del control de parámetros fundamentales del medio interno como el volumen hídrico, presión arterial, equilibrio hidrosalino, del flujo energético, del crecimiento y desarrollo del individuo; de la reproducción y comportamiento sexual; la adecuación de las diferentes funciones orgánicas a los diferentes ritmos endógenos y exógenos, así como la respuesta integral del organismo frente a situaciones de peligro real o imaginario.
ORGANIZACIÓN JERÁRQUICA
Como se indicaba al hablar del significado biológico del sistema endocrino, éste se organiza necesariamente de forma jerárquica en diferentes ejes, con sus propias hormonas y sistemas de regulación, aunque la mayoría de ellos se encuentra más o menos interrelacionados.
Normalmente un eje endocrino está organizado en diferentes niveles: el nivel primero corresponde al sistema nervioso y neuroendocrino (sistema límbico–hipotalámico–hipofisario; pineal, órganos circunventriculares, etc.), donde se organiza e integra la información procedente de diferentes vías (hormonales, nerviosas y neurohormonales) y de donde sale información química que controla al nivel inferior inmediato o segundo nivel.
Figura 9: Organización de un eje endocrino.
El segundo nivel está formado por las glándulas endocrinas, denominadas periféricas, donde podemos encontrar algunas que aparentemente no está bajo el control del primer nivel. De este nivel salen mensajeros químicos que interactúan con el tercer nivel.
El tercer nivel se corresponde con los órganos diana, objetivo final de todo el eje. En algunos ejes, el mismo órgano diana transforma la hormona en otra de mayor potencia.
Figura 10: Ejes endocrinos.CARACTERÍSTICAS. INTERRELACIÓN
1. El sistema endocrino no actúa de forma estanca e independiente, sino que se interrelaciona continuamente con el sistema nervioso autónomo y el sistema inmune.
Figura 11: Interrelación con otros sistemas.
El sistema endocrino no sólo se interrelaciona entre sus diferentes ejes endocrinos, sino que también se interrelaciona con el sistema nervioso y con el sistema inmune. Todo ello para determinar un mejor control de las funciones y comportamientos orgánicos.
Con el sistema nervioso forma un importante equipo de comunicación, muy similar en su organización aunque con importantes diferencias en su finalidad. Ambos trabajan en muchas ocasiones sobre dianas comunes y ambos se regulan entre sí a diferentes niveles.
La principal diferencia entre ambos consiste en el tiempo de ejecución de la orden y especificidad del destino. Normalmente la información nerviosa es unívoca y no utiliza el plasma, sino el espacio sináptico, siendo a su vez muy rápida en su acción. La endocrina es más lenta y menos específica en el sentido de que pueden ser muchas las células dianas, pero muy distantes y separadas entre sí para una misma señal hormonal.
Su relación con el sistema inmune es muy importante porque permite adecuar las diferentes funciones orgánicas controladas por el sistema endocrino a la respuesta inmune de cada momento. Igualmente, el sistema endocrino puede ejercer un efecto específico sobre el funcionamiento del sistema inmune y su capacidad de respuesta. Por ejemplo, en el timo se fabrican hormonas (oxitoxina, timosinas) que actúan sobre la maduración de los linfocitos T, pero el propio sistema inmune genera una molécula, la interleucina-1, que actúa como señal en el SNC para el control de la liberación de la CRF y la ACTH. Igualmente hay hormonas como la T4/T3 o el cortisol que actúan sobre el propio sistema inmune.
Todos ellos interactúan entre sí pues son sistemas que utilizan señales químicas y que aunque diseñados para funciones más o menos específicas, necesitan coordinarse para conseguir el óptimo funcionamiento del organismo y su adecuación a los cambios del medio externo.
CARACTERÍSTICAS. EFECTO/VIDA MEDIA
2. La acción hormonal depende de la disponibilidad plasmática de la hormona y ésta depende de su vida media, definida por su composición química y su tasa de metabolización.
Hay dos premisas importantes a tener encuentra en lo que se refiere a la actividad de una hormona:
1. La acción hormonal depende de su vida media en el compartimiento líquido.
2. La única hormona activa es la hormona libre.
Y ambas dependen de la estructura química de la hormona.
La vida media de una hormona depende de: – liberación de hormona al plasma. Cantidad de hormona nueva que se pone en circulación. – transporte en plasma. – mecanismos de protección química y enzimática. – recirculación linfática. – retirada del plasma por: - metabolización en plasma - metabolización por hígado y riñón – interacción e inactivación en célula diana
Figura 12: Vida media de una hormona.
Si tenemos en cuenta todos estos factores y relacionamos la masa removible en la unidad de tiempo frente a la masa circulante por ml de plasma, obtenemos lo que se denomina la tasa de aclaramiento metabólico hormonal. Es decir, la disponibilidad real de hormona.
Las hormonas hidrofóbicas perduran más en el plasma (vida media de minutos, horas) dado que son transportadas por moléculas específicas o no que las protegen de la acción metabólica de las enzimas plasmáticas. Sin embargo, las hidrofílicas duran menos en el plasma (vida media de segundos o pocos minutos), aunque muchas de ellas se protegen por una capa glucosídica de ácido siálico y perduran más tiempo en plasma.
Al final lo que interesa es la cantidad de hormona libre disponible, porque es la única que tiene efecto biológico sobre la célula diana.
Figura 13: Vida media de una hormona.
CARACTERÍSTICAS. UNA HORMONA DIFERENTES ACCIONES
3. Además de funciones concretas y específicas de las hormonas, en muchas ocasiones las diferentes hormonas que actúan en una misma función, lo hacen bien por sinergia (potenciando la acción de otras) o por antagonismo (evitando la acción de otras).
Figura 14: Una hormona diferentes acciones.
Cuando estudiamos la acción hormonal y comprobamos que la molécula química de esa misma hormona la podemos encontrar como neurotransmisor o como factor paracrino o autocrino, y que en cada uno de estos sistemas actúa de forma diferente sobre sus dianas con resultados diferentes, podemos deducir que el efecto de dicho mensajero químico no depende de él sino del sistema que lo reconoce en la célula diana y los mecanismos de transducción asociados al mismo. Como ejemplo podemos citar el diferente efecto de la adrenalina dependiendo de que el receptor sea alfa-1, beta-1 o beta-2.
Pero incluso en el caso de que interaccione con un mismo receptor ligado a un mismo mecanismo de transducción el resultado en dos células será diferente si los procesos finales controladas son diferentes.
LA RESPUESTA A UNA HORMONA DEPENDE DE LA MAQUINARIA ENZIMÁTICA IMPLICADA EN LA CÉLULA DIANA
Cuando una molécula con acción hormonal también actúa como neurotransmisor o con acción paracrina o autocrina es importante separar sus acciones hormonales, es decir dependientes de la secreción glandular de las otras, sobre todo en lo referente a su acción nerviosa, dado que normalmente actúan por vías diferentes y en muchas ocasiones independientes.
CARACTERÍSTICAS. SINERGIA Y ANTAGONISMO
4. Además de funciones concretas y específicas de las hormonas, en muchas ocasiones las diferentes hormonas que actúan en una misma función, lo hacen bien por sinergia (potenciando la acción de otras) o por antagonismo (evitando la acción de otras).
Figura 15: Sinergismo y antagonismo hormonal.
Esta claro que cualquier célula del sistema es diana para un número determinado de señales químicas. En esta interacción de señales, unas actuarán de forma independiente al resto y otras actuarán interfiriendo en la acción de otras hormonas. Así cuando una hormona actúa potenciando la acción de otra hormona está realizando una acción sinérgica, mientras que si lo que hace es bloquear la acción, está ejerciendo una acción antagónica.
Los procesos complejos requeridos para el control de algunos parámetros del medio interno, así como el de otras funciones aún más complejas, están llenos de sinergias y antagonismos hormonales.
CARACTERÍSTICAS. RITMICIDAD SECRETORIA
5. Ritmicidad en la secreción. Las hormonas son secretadas siguiendo diferentes patrones, muchos de ellos coincidentes.
Figura 16: Secreción hormonal periódica.
El sistema endocrino al igual que el resto de la mayoría de los procesos corporales está sujeto a un funcionamiento rítmico. La mayoría de las hormonas son secretadas siguiendo diferentes patrones de ritmicidad y en muchas ocasiones con patrones superpuestos.
Figura 17: Ritmos superpuestos en la secreción hormonal.
Básicamente los ritmos dependen de su periocidad. Si tomamos el ciclo luz-oscuridad (o la rotación completa de nuestro planeta alrededor de su eje) como referencia, los ritmos que siguen una periocidad de 24 horas se denominan circadianos. Aquellos cuya periocidad es inferior a 24 horas se denominan ultradianos; y aquellos donde la periocidad es mayor, infradianos. Dentro de éstos nos encontramos con los que su periocidad es cercana a los 28 días: circunlunares, o aquellos que siguen una periocidad estacional, o los que la tienen anual, etc.
Normalmente la liberación hormonal suele ser de tipo pulsátil con periodos de milisegundos, segundos o minutos. Pero además muestran un patrón de tipo circadiano que se puede sobre imponer a otro de tipo estacional, etc.
Figura 18: Ritmo circadiano en la secreción hormonal.
El origen de estos patrones es diferente. El de tipo ultradiano no está muy bien conocido y puede ser determinado por características rítmicas de las propias estructuras implicadas. Los de tipo circadiano están organizados por el núcleo supraquiasmático, y sincronizado por la información lumínica recibida de los ojos. Pero también pueden estar originados por ritmos como el del sueño (liberación de la GH) o por ritmos resultantes de la interacción compleja entre otros ritmos secretorios, como el correspondiente al ciclo menstrual.
Cada uno de estos ritmos tiene una significación funcional. La mayoría de ellos son de carácter anticipatorio y permiten la adaptación del organismo a los cambios rítmicos del entorno. Y los de tipo ultradiano de corto periodo se explican como un mecanismo para mantener alerta a las células diana.
REGULACIÓN
Para mantener la homeostasis o controlar funciones complejas del organismo, el sistema endocrino no solo debe interrelacionarse con otros sistemas, sino que debe estar sometido a un fino sistema de control o regulación en los diferentes niveles de los ejes.
Normalmente estos sistemas "saben" cual es el nivel normal de la variable que controlan el "set point" en función del momento del día, y de acuerdo con este nivel actúan. Para ello se utilizan los denominados mecanismos de retroalimentación ("feedback"), consistentes en que cuando la variable a controlar se desvía de su valor normal, el sistema intenta alcanzarlo aumentando o disminuyendo la secreción correspondiente. Es una forma de saber cuando hay que parar en la secreción o cuando hay que aumentar la secreción que se está realizando. Normalmente el mecanismo de retroalimentación que destaca en el sistema endocrino es el negativo (cuando el producto o un mensajero inhibe al que lo ha estimulado.
Ejemplo: el glucagón estimula la secreción de glucosa y ésta a su vez inhibe la liberación de glucagón), pero también podemos encontrar en algunos ejes una retroalimentación de tipo positivo (cuando el resultado de la acción ejerce una acción estimuladora sobre su causa (ejemplo: los estrógenos estimulan la liberación de LH y éste a su vez estimula la liberación de estrógenos), aunque normalmente este tipo regulación está sometida a otros controles.
Este proceso de retroalimentación se realiza en todos los niveles del eje endocrino, de forma que normalmente la misma señal actúa como variable de retroalimentación en los niveles superiores.
MÉTODOS DE MEDIDA
Las hormonas como moléculas químicas que son, pueden ser medidas tanto en el plasma, como en otros líquidos biológicos (LCR, orina, etc.) y en cultivos. El único problema es que se requieren métodos de medida muy sensibles dada la bajísima concentración en que se encuentran (10- 7 a 10 - 12 M).
Los métodos de medidas hormonales se dividen en dos grupos: los bioensayos, donde se utilizan los efectos biológicos para medir su concentración, por tanto miden la actividad biológica de la hormona; y los inmunoensayos, donde se utilizan anticuerpos dirigidos contra la hormona en estudio (método mucho más específico), estudiándose la presencia de la molécula y no su actividad. Este último método tiene dos variantes: la que utiliza el método de competición/desplazamiento de la hormona a medir por hormona marcada (radioinmunoensayo(RIA)); y la que utiliza un método inmunométrico donde la molécula marcada está unida a un segundo anticuerpo (inmunorradiométrico (IRMA)).
Figura 19: Métodos de medida hormonal.
En el RIA[4]Permite la cuantificación exacta de compuestos biológicos presentes en el organismo en concentraciones tan bajas como ng/ml (nanogramo=10-9 g) o incluso de pg/ml (picogramo=10-12 g), incluso hacerlo en mezclas con enormes cantidades y diversidad de materiales extraños, por lo que no es necesario purificar previamente la muestra. el anticuerpo específico contra la hormona a estudiar se pone en contacto con una muestra que contiene esta hormona, formándose complejos insolubles entre anticuerpo y hormona. Se utiliza una cantidad conocida de hormona marcada (caliente), una cantidad variable de hormona fría y una cantidad constante de anticuerpo, para hacer una relación de competencia de unión entre el anticuerpo y la hormona fría y caliente. Se obtiene así la curva estándar. Conocida ésta se prueba el ensayo con una muestra de hormona desconocida.
Ensayo de receptores: Se utiliza una cantidad fija de hormona marcada que se pone a competir por el receptor con una cantidad variable de hormona fría. La relación obtenida es hiperbólica entre la cantidad de receptores ocupados y la concentración de hormona libre.
Hay otros métodos de estudio basados en los mismos principios de competencia antígeno-anticuerpo, pero utilizando en vez de la radiación, otras características como la acción enzimática (enzimoinmunoanálisis (EIA) donde se marca con una enzima y no un radioisótopo); el fluoroinmunoanálisis (FIA) donde el marcador es una molécula fluorescente; o el quimioluminoinmunoanálisis donde se utiliza también una enzima, como la peroxidasa, que cataliza la oxidación de un sustrato adecuado. Sustrato que al oxidarse adquiere un estado de excitación electrónica que al volver a su estado normal emite el exceso de energía en forma de energía lumínica. La lectura de luminiscencia es utilizada para el cálculo de los resultados en la misma forma que en RIA.
ENVEJECIMIENTO ENDOCRINO
El sistema endocrino también sufre los efectos del envejecimiento, de tal forma que con el avance de la edad se producen disminuciones en la secreción de algunas hormonas (como las tiroideas, hormona del crecimiento) o por el contrario el aumento de otras como la prolactina o las gonadotrofinas en las mujeres que llevan a una alteración importante del eje reproductivo. Sin olvidar las posibles alteraciones en el funcionamiento del eje endocrino afectado.
PATOLOGÍA ENDOCRINA
La mayoría de las patologías atribuibles al sistema endocrino lo son por defecto o exceso de hormonas. Y éstos a su vez se deben a alteraciones en los diferentes niveles de los diferentes ejes endocrinos.
Subproducción: Puede ser primaria: cuando la glándula productora de la hormona pierde su función. Secundaria: cuando no se produce la hormona que activa a la glándula endocrina que libera la hormona activa. Aparente: Normalmente por defecto en los receptores específicos, no respondiendo las células diana a una hormona concreta.
Sobreproducción: Primaria: generalmente por neoplasia en la glándula que produce la hormona. Secundaria: Por estimulación excesiva de la glándula endocrina (tumor hipofisario, exceso de factor liberador de la glándula blanco). Aparente: activación de un receptor o componente celular (síndrome de Liddle, donde los canales de sodio del epitelio renal están activado constitucionalmente dando un efecto de hiperaldosteronismo sin estar alta la aldosterona en plasma).
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