Regulación de la Glucemia - Departamento de Producción Animal y

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Regulación de
la Glucemia
Anatomía y Fisiología Animal
Curso 2010
Elize van Lier
Fisiología y Reproducción
Dpto. de Producción Animal y Pasturas
Facultad de Agronomía
3
Homeostasis
Es la conservación ‘constante’ de las
condiciones en el líquido extracelular o
en el ambiente interno mediante las
acciones integradas de los diferentes
órganos, aparatos o sistemas del animal
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Glucemia
Es la concentración de GLUCOSA en sangre
Es el resultado neto del equilibrio entre la
entrada y salida de glucosa a la corriente
sanguínea
  NO rumiantes: 80 a 120 mg/dl
  RUMIANTES: 40 a 60 mg/dl
medido en
ayunas
1
5
6
Fuentes de glucosa
Glucosa
Sangre
  Es el carbohidrato de mayor importancia
Salida
como fuente energético para las células en
animales NO rumiantes
  Es la única fuente de energía para el SNC
Aporte
Depósito
  Aporte:
• 
CH2OH
HO
HOH
OH
GLU
Hígado
• 
• 
Absorción a nivel
intestinal
Neoglucogénesis
Glucógenolisis
• 
Glucógeno en hígado
  Depósito:
OH
  Salida:
• 
• 
Glucogenogénesis
Anabolismo de lípidos
y proteínas: precursor
7
8
Glucógeno
Rol del Hígado
  Depósito energético de los carbohidratos
  Nutrientes llegan directamente al hígado
en el animal
  Hígado y los músculos
  Unidades α-D-glucosa unidas entre sí a
través de sus átomos de carbono 1–4 y 1–6
vía la Vena Porta
  Principal reservorio de glucosa:
glucoGENOgénesis
  Es el único órgano con capacidad de
glucoNEOgénesis porque tiene
glucosa-6-fosfatasa
2
9
10
Estructura hepática
Sistema Porta - Hepático
Linfático
Vena Cava
Arteria Hepática
Vena Porta
Conducto biliar
Aorta
Canalículos
Biliares
Arteria
Hepática
Vena Hepática
Vena Porta
Vena
Central
Hígado
Sinusoide
Bloom Fawcett 1986
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Músculo
  Glucosa es el sustrato energético para la
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El ciclo del Lactato o de Cori
SANGRE
HIGADO
contracción
  Almacena glucosa en forma de glucógeno
  No posee Glucosa-6-fosfatasa, por lo que
la degradación de glucógeno da piruvato
y lactato
  En presencia de oxígeno degrada glucosa
MUSCULO
Glucosa
Glucosa
Glucógeno
Glucógeno
Lactato
Lactato
Anaerobiosis
a CO2 y H2O
Kaneko 1989
3
Organos involucrados en la
regulación de la glucemia
13
14
Páncreas
  SNC (Sistema Simpático y Parasimpático)
  Hipotálamo (CRH)
  Adenohipófisis (ACTH)
  Glándula Adrenal:
• 
• 
Corteza (Glucocorticoides)
Médula (Adrenalina)
Ducto
  Páncreas (Insulina, Glucagón y Somatostatina,
Islote de
Langerhans
Polipéptido Pancreático)
  Tracto Gastrointestinal (Hormonas
gastrointestinales)
Acinos
Vaso
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Páncreas: Islotes de Langerhans
 Representan el 1 a 3 % de la masa pancreática
 Drenan principalmente en la Vena Porta: van
directamente al hígado (principal órgano blanco)
30%
60%
10%
Células A/α: Glucagón
Células B/β: Insulina
Células D/δ: Somatostatina
Células F: Polipéptido pancreático
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Insulina (1)
Hipoglucemiante
  Polipéptido: Células B
  Estimulada por: hiperglucemia, AA, AG, cuerpos
cetónicos, glucagón, péptido inhibidor gástrico
(PIG), gastrina, secretina, CCK
  Inhibida por: hipoglucemia, somatostatina
  Vida media en la circulación: 5 a 10 minutos, y
está unida a una globulina β
4
17
18
Efectos de la Insulina
Insulina (2)
Anabólica
Páncreas
Músculo
 
Organos blancos principales: hígado, tejido adiposo y
tejido muscular (no son los únicos)
 
Función DUAL:
enzimáticas (energía, glucogeno-génesis, síntesis de proteínas y
grasa)
Glucosa
Estimula la:
Glucógeno
•  síntesis de proteínas a partir de los AA
•  síntesis de grasa a partir de AG y glicerol
•  la entrada de los precursores a las células
 
Triglicéridos
H2O + CO2
•  Permeabilidad de las membranas
•  Utilización de la glucosa intracelular: induce reacciones
 
Grasa
Insulina
Glicerol
Glucosa
Acidos Grasos
Glucosa
Glucosa
Glucógeno
Hígado
Inhibe la degradación de proteínas y grasas
¿Qué células requieren de la Insulina
para la entrada de Glucosa?
19
20
Glucagón
Hiperglucemiante
Células en las cuales la
insulina NO AFECTA la
absorción de glucosa
 Cerebro
 Hígado
 Epitelio Intestinal
 Eritrocitos
 Epitelio Tubular Renal
 Leucocitos
Células en las cuales la
insulina AUMENTA la
absorción de glucosa
 Células Musculares:
• 
• 
• 
Estriado
Liso
Cardíaco
 Otras células periféricas
Catabólica
 
 
Polipéptido: Células A
 
Inhibida por: hiperglucemia, insulina, somatostatina,
AGL altos
 
Vida media en sangre: 5 minutos, al pasar por el hígado
se inactiva el 30-40%
 
Actúa principalmente en el hígado
Estimulado por: hipoglucemia, AGL bajos, AA, CCK,
gastrina, PIG, catecolaminas, GH, glucocorticoides
McDonald 1991
5
21
Acciones parácrinas de las hormonas
pancreáticas
Flujo de Glucosa
Flujo de Amino Acidos
=
=
Estrés
Somatostatina
Insulina
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Glucagón
Síntesis de Amino Acidos
Almacenamiento y uso de glucosa
Catabolismo de Amino Acidos
Producción de Glucosa
García-Sacristan 1995
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Equilibrio y Homeostasis
  Una amenaza que compromete a la
Físico:
Fuerzas
Desestabilizantes
Equilibrio
Fuerzas
Estabilizantes
Fisiológico:
Factores
Estresantes
Homeostasis
puede convertirse en ...
Estrés
homeostasis
  Situaciones reales o imaginarias
  Las expectativas versus las percepciones
reales o anticipadas del ambiente
Respuesta
Adaptativa
  La respuesta biológica a la percepción de
una amenaza a la homeostasis
  La incapacidad de hacer frente al ambiente
6
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Factores de Estrés
  Interacciones entre Animales:
•  Jerarquía social
  Interacciones Hombre – Animal:
•  Actividades de manejo
  Interacciones Animal – Ambiente:
•  Factores climáticos
•  Insuficiencia y exceso de estímulos
El estrés facilita la aparición de 4
categorías de trastornos:
  Producción, reproducción y calidad de
producto
  Sensibilidad a enfermedades infecciosas y
sintomatología sicosomática
  Modificaciones del comportamiento
  Estados de shock
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Costo biológico
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Energía disponible para el organismo
Moberg 2000
  Estrés por si solo puede no ser malo
• 
es parte de la vida
• 
existen mecanismos sofisticados para manejar el
estrés
  Si el estrés resulta en algún costo biológico
significativo para el animal, pone en peligro su
bienestar
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Energía Bruta
Heces
Digestible
Orina y Metano
Metabolizable
Incremento Térmico
Mantenimiento
Neta
Producción
Producción total de
calor del animal
7
29
30
Priorización del uso de nutrientes
Estrés y los recursos biológicos
Hammond 1944
Moberg 2000
Respuesta al estrés sin costo biológico
Grasa
Recursos biológicos
Músculo
Hueso
Cerebro y
SNC
ne
guí
a
n
n sa
ó
n
es e
ent
i
r
t
u
N
laci
rcu
i
c
la
Placenta
Feto
Reserva
Estrés
Reserva
Reserva
Función 1
F1
F1
Función 2
F2
F2
Función 3
Estrés
F3
Recuperación
F3
Función ‘n’
F ‘n’
F ‘n’
Función
basal
Función
basal
Función
basal
Función
normal
Estrés
Función
normal
31
El estrés y los recursos biológicos
32
Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal
Moberg 2000
SNC
Estrés con costo biológico
La suma de un mismo estrés
Hipotálamo
CRH
AVP
Adeno-Hipófisis
ACTH
La suma de multiple estrés
La amenaza de estrés subclínico
Corteza Adrenal
Cortisol
 Respuestas biológicas:
•   gluconeogénesis:
•   transportador de glucosa
•   degradación de
proteínas
•   movilización de grasas
 Organos blanco:
•  Hígado
•  Músculo
•  Tejido adiposo
Hígado, Músculo y Grasa
8
Ejes Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal
y Simpático Adrenal
33
NT
Estrés
Corazón
GBM
AVP
 Lipólisis
 Lipogénesis
 Acidos Grasos
Pulmones
  Dilatación
Vías Respiratorias
Hiperglucemiante
Catabólica
Hipófisis
Hígado
Médula
ACTH
Cortisol
Grasa
Adrenalina
Activación
Sistema
Simpático
Homeostasis
Estrés
 Frecuencia
Cardíaca
Hipotálamo
CRH
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Efecto de la Adrenalina
Corteza
Adrenal
Catecolaminas
 Gluconeogénesis
 Glucogenolisis
 Glucogenogénesis
 Glucosa
Páncreas
 Glucagón
 Insulina
 Glucosa
 Glucólisis
 Glucogenolisis
 Glucogenogénesis
Músculo
Preparación para gran actividad:  disponibilidad de energía (ATP) y O2
35
36
Esteroidogénesis Adrenal
La Glándula Adrenal
Colesterol
2 glándulas
Peso total: 3.9 ± SEM 0.2 g (ovinos)
Al lado de los riñones y cerca de la Aorta
Recibe el 25% del gasto cardíaco
Capsula
Glomerulosa
Fasciculata
Reticularis
P450scc
Pregnenolona
S-Tferase
P450c17
3βHSD
Médula
Progesterona
P450c17
Desoxicorticosterona
Corticosterona
P450c17
DHEA
3βHSD
P450c21
P450aldo
17OHP5
17OHP4
DHEA(S)
(Δ5)
3βHSD
P450c17
A4
(Δ4)
P450c21
Desoxicortisol
P450c11
Cortisol
P450aldo
Aldosterona
(Glomerulosa)
(Fasciculata)
(Reticularis)
Conley & Bird 1997
9
37
Perfiles de Respuesta al Estrés
Respuesta al Estrés
a) Acostumbramiento
Efectos de la activación de los sistemas que
intervienen en la respuesta al estrés
Sistema
Cardiovascular
b) Hipersensible
Respiratorio
c) Sin acostumbramiento
d) Prolongada
Tiempo
Médula
Adrenal
Corteza adrenal
Frec. y fuerza contráctil,
vasoconstricción periférica
Respuesta vasomotora y
permeabilidad capilar
Broncodilatación
Surfactante y fosfolípidos
Digestivo
Peristaltismo y tono de
esfínteres
Secreción de HCl y pepsina
Músculo
Vasodilatación
Movilización proteínas
Gluconeogénesis a partir de
glucógeno, lípidos y AAs
Gluconeogénesis:
glucógeno, lípidos y AAs
Redistribución de grasa
Metabolismo
e) Hiposensible
SNA
Simpático
38
Korte et al. 2007 Phys & Behav 92(3):422-428
Efectos del estrés sobre los ejes
endócrinos
  Eje Somatotropa: aumenta la GH para
movilización energética y disminuye IGF-I
para disminuir el crecimiento
  Eje Lactotropa: aumento de PRL,
posiblemente asociado a aumentar la
conducta de evasión activa
  Eje Tirotropa: inhibición por subnutrición
y estimulación por estrés por frío
  Eje Gonadotropa: inhibición de
gonadotropinas
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Factores estresantes pueden alterar los
sistemas endócrinos de 3 maneras
40
Smith y Dobson 2002
1)  Respuesta estímulo-específico: p.e. liberación
de hormonas que regulan los fluidos
corporales en caso de hemorragia
2)  Respuesta generalizada al estrés: activación
del SNS y el eje HPA
3)  Alterar una hormona clave en un evento
fisiológico: estrés puede alterar la señal
hormonal (interferencia) y así prevenir la
funión normal
10
Integración de señales de
diferentes sistemas
41
42
Respuesta global al estrés
La función de cada uno de los sistemas depende de las
condiciones internas creadas por los otros sistemas
Endócrino
  Mantenimiento de la homeostasis
Inmuno
  Inhibición de las funciones no esenciales a
Alto nivel de complejidad
favor de mantenimiento y supervivencia
Estado
Nutricional
43
44
Corte histológico de Tiroides
Eje H-H-Tiroides
http-//www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/thyroid/anatomy.html.jpg
11
45
46
Hipotálamo-Hipófisis-Tiroides
TRH
 Hormonas:
Temperatura media (± Máx/Mín)
•  Tetra-iodo-tironina o Tiroxina
(T4)
•  Tri-iodo-tironina (T3)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Adeno-Hipófisis
TSH
Tiroides
T3
T4
Insulina (μUI/mL)
 Respuestas biológicas:
•   Metabolismo basal:
•   consumo de O2
•   síntesis de enzimas
metabólicas
•   síntesis de proteínas
 Organos blanco:
Tiroxina
Esquila
21/07/06
Insulina
30
95
90
25
85
20
80
15
75
10
70
Tiroxina (nmol/L)
Hipotálamo
Temperatura del aire (ºC)
SNC
Tiroxina e Insulina Post-Esquila
65
5
60
0
-2
•  Todos
-1
0
1
2
3
4
5
6
Días relativos a la esquila (0)
Tejidos Periféricos
Van Lier, datos no publicados
47
48
Hormona del Crecimiento
Hormona del
Crecimiento
 
 
 
 
SNC
Hipotálamo
GRH
• 
GIH
• 
• 
Adeno-Hipófisis
GH
Células
G. Mamaria
Estimulada por GRH
Inhibida por GIH
Mediada por IGF-I
Respuestas biológicas:
Hígado
IGF-I
 
 consumo glucosa, 
glucemia
 síntesis de proteínas
 movilización de grasas y
crecimiento
Organos blancos:
• 
• 
• 
Hígado
Músculo
Tejido Adiposo
Hueso
12
49
Efectos de la GH
50
Insulin-Like Growth Factors
Efecto Directo
Efecto Indirecto
GH
Hígado
  IGF-I e IGF-II: son muy parecidas a Insulina
  IGF-I: polipéptido de 70 AA
  IGF-II: polipéptido de 67 AA
  Secretada por el hígado y otros tejidos
  Estimulada por la GH
  Están unidas a proteínas de unión (95-99%): hay
IGF-I
6 IGFBP
  Estimula: la mitosis y la síntesis proteica
  Inhibe: apoptosis
  Vincula la nutrición con la reproducción
Grasa
Movilización de Grasa
Crecimiento
Hueso
51
Control de secreción de GH
Nutrición
Estrés
Ejercicio
52
GH: Hormona Teleoforética
Sueño
Teleoforesis
SNC
GRH
Hipotálamo
GRH
GIH
GIH
Reorientación del metabolismo y del flujo de
nutrientes entre los tejidos, en base a una
reorganización hormonal, con el objetivo de
privilegiar una función fisiológica dada
Adeno-Hipófisis
GH
Hígado
IGF-I
13
53
54
Leptina
(Zhang et al., 1994)
Leptos = Delgado
Gen Ob en ratón
Leptina
Deficientes en leptina, obesos,
hiperinsulinemia, hiperfagia,
hipotermia, hipotiroidismo,
hipogonadismo (infertilidad)
  La administración del producto del gen (Leptina) revierte
los síntomas de los ratones obesos (1995)
  Identificado en rumiantes en 1997
  Leptina determinada en plasma en rumiantes en 2000
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Secreción de Leptina
El tejido adiposo, además de recibir
señales, también las emite…
  Tejido Adiposo y Placenta
  Leptina se expresa además en
hipotálamo, hipófisis, estómago,
músculo esqueletico, glándula mamaria
  Doble control:
• 
• 
Nivel basal: NO es sensible a la ingesta y
refleja la adiposidad del organismo
(CONDICION CORPORAL)
Nivel que es sensible a la ingesta (variación
diurna)
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Acciones de la Leptina
Adipocitos
  Inhibe el apetito: inhibe al Neuropéptido Y (del
hipotálamo) que estimula el apetito e inhibe la
secreción de LH
  Aumenta el metabolismo basal
  Modula el sistema neuroendócrino (GH, LH)
  Acciones periféricos sobre el sistema
reproductivo (ovario, útero)
14
57
58
Leptina como indicador de CC
Vacas lecheras primíparas en el periparto
Condición Corporal
4
Leptina (ng/ml)
10
9
3
8
7
2
6
1
-50
5
-25
0
25
50
-50
-25
0
25
50
Días relativos al parto
CC al parto > 3
CC al parto < 3
Meikle et al. 2004
15