Osmorregulación en peces teleósteos FISIOLOGÍA ANIMAL M. EN C. RAÚL HERRERA FRAGOSO INTRODUCCION Las especies eurihalinas pueden adaptarse a cambios extremos de salinidad ambiental gracias a la actividad de sus mecanismos osmorreguladores, los cuales tienden a mantener una concentración iónica (regulación iónica) y un volumen de agua estable en el animal (regulación osmótica). INTRODUCCION Los mecanismos osmorreguladores implican a los denominados órganos osmorreguladores (branquias, riñón, epitelio opercular, tracto digestivo, etc.) que actúan de un modo diferencial según el animal se encuentre en ambiente hipoosmótico o hiperosmótico. INTRODUCCION Diversas hormonas, sintetizadas en la hipófisis y en otras glándulas endocrinas, que interactúan entre sí para mantener un medio interno estable. Hipófisis (o glándula pituitaria) La hipófisis, en humanos consta de tres partes: Lóbulo anterior o adenohipófisis: es responsable de la secreción de numerosas hormonas. Hipófisis media o pars intermedia: produce dos polipéptidos llamados melanotropinas u hormonas estimulantes de los melanocitos, que inducen el aumento de la síntesis de melanina de las células de la piel. Lóbulo posterior o neurohipófisis: almacena a las hormonas ADH y oxitocina secretadas por las fibras amielínicas de los núcleos supraópticos y paraventriculares de las neuronas del hipotálamo. Hipófisis en peces En la hipófisis de peces se pueden distinguir tres zonas distintas, donde se localizan diferentes células: 1) Pars distalis (adenohipófisis) rostralis 2) Pars distalis (adenohipófisis) proximalis 3) Pars intermedia Hipófisis en peces 1) Pars distalis (adenohipófisis) rostralis (PDR), en la posición más rostral de la glándula. En ella se localizan las células lactotropas o productoras de la hormona lactotropa (prolactina, PRL) y las células corticotropas o productoras de la hormona estimulante de las cápsulas adrenales (adrenocorticotropina, ACTH). Hipófisis en peces 2) Pars distalis (adenohipófisis) proximalis (PDP), en posición caudal a la PDR. Contiene las células somatotropas o sintetizadoras de la hormona del crecimiento (somatotropina, GH), células tirotropas o productoras de la hormona estimulante del tiroides (tirotropina, TSH) y células gonadotropas o sintetizadoras de las hormonas estimulantes de las gónadas (gonadotropinas, GTH I y GTH II). Hipófisis en peces 3) Pars intermedia (PI), localizada en la parte más caudal de la glándula. En ella se hallan las células melanotropas o productoras de la hormona estimulante de los melanocitos (melanotropina, MSH), y las células somatolactropas o sintetizadoras de la hormona somatolactina (SL). adenohipófisis En la adenohipófisis, las principales hormonas implicadas en dicho proceso son: 1. 2. 3. 4. Prolactina (PRL), Hormona estimulante de cápsulas adrenales (ACTH), Hormona de crecimiento (GH), y Hormona estimulante del tiroides (TSH). El papel de las otras hormonas adenohipofisarias en los mecanismos osmorreguladores de los teleósteos no está bien establecido. Agua dulce Agua salada Prolactina (PRL) La prolactina es considerada como una hormona promotora de la adaptación a ambientes hipoosmóticos en peces teleósteos. Su papel es más importante en teleósteos dulceacuícolas y eurihalinos que en teleósteos marinos. En salmónidos se ha postulado que el papel de la PRL (junto con el cortisol) puede estar relacionado con un proceso de "ajuste fino", actuando las dos hormonas de un modo coordinado durante el proceso de esmoltificación. Prolactina (PRL) ¿Qué es eso? La esmoltificación (también llamada esguinado) es el proceso de transformación que permite a un pez pasar de vivir del agua dulce al mar. En dicho proceso tiene un gran papel la glándula tiroidea. La esmoltificación constituye una real metamorfosis que involucra la osmorregulación, conducta, metabolismo y morfología del pez, permitiéndole con ello llevar a cabo el paso del agua dulce a salada, siendo indispensable para su supervivencia y crecimiento en el mar. Este es un smolt Prolactina (PRL) En teleósteos eurihalinos, estudios citológicos (citoquímicos, inmunocitoquímicos, ultraestructurales y de hibridación in situ) han demostrado una mayor actividad de las células sintetizadoras de PRL en ambientes hipoosmóticos. Esta mayor actividad se correlaciona con una mayor concentración plasmática de PRL. La inyección de PRL disminuye la actividad Na+, K+-ATPasica en branquias de algunos teleósteos y reduce el número y/o tamaño de células de cloruro en el epitelio opercular/branquial. De este modo, se favorecería la adaptación del animal a ambientes hipoosmóticos. Prolactina (PRL) La PRL presenta una actividad hipernatrémica e hiperclorémica, permitiendo el mantenimiento de la concentración plasmática de Na+ y Cl- en ambientes hipoosmóticos: a) en branquias incrementa la ganancia branquial de Na+ y reduce la pérdida de Cl- a nivel de epitelio opercular. b) en el sistema renal, la PRL estimula la reabsorción de Na+ en los túbulos renales y vejiga urinaria mediante el incremento de la actividad Na+,K+ATPasica. Prolactina (PRL) Respecto al control del volumen hídrico, las funciones de la PRL van encaminadas a: a) evitar una excesiva entrada de agua, debido a procesos de ósmosis en branquias, piel y vejiga urinaria. La PRL estimula la secreción de mucus a nivel de branquias y piel e incrementa el tamaño de la capa mucosa (reduce el transito de agua e iones). b) disminuir la permeabilidad del epitelio renal y, de este modo, incrementa la diuresis renal (eliminar el exceso de agua). Hormona de crecimiento (GH) / Somatomedinas (IGF-I. IGF-II) La hormona de crecimiento (GH), además de sus efectos directos sobre los procesos metabólicos del animal, presenta diversos efectos osmorreguladores dependiendo de la especie estudiada. La GH puede actuar directamente sobre las superficies osmorreguladoras o indirectamente a través de las denominadas somatomedinas (insulin growth factors: IGF-I e IGF-II). Los IGFs son sustancias polipeptídicas producidas principalmente en el hígado (y también en otros órganos: branquias, cartílago, etc.) que median las acciones de la GH. De igual modo, se ha demostrado la actuación sinérgica de la GH con otras hormonas (cortisol y hormonas tiroideas). Hormona de crecimiento (GH) / Somatomedinas (IGF-I. IGF-II) En salmónidos, diversos estudios han demostrado la acción de la GH como una hormona promotora de la adaptación a ambientes hiperosmóticos (importante durante el proceso de esmoltificación): a) Estudios citológicos demuestran una mayor actividad de las células productoras de GH en los animales aclimatados a agua de mar respecto a agua dulce. b) Estudios plasmáticos muestran que los niveles de GH también se incrementan cuando se transfieren salmónidos desde agua dulce a agua de mar c) Tratamiento con GH reduce la ganancia de Na+ después de la transferencia a agua de mar y aumenta la supervivencia. El tratamiento con GH incrementa el número y tamaño de células de cloruro, así como su actividad excretora de NaCl por activación de las bombas Na+,K+-ATPasica. Hormona de crecimiento (GH) / Somatomedinas (IGF-I. IGF-II) En teleósteos no-salmónidos (Oreochromis mossambicus y Fundulus heteroclitus) el tratamiento con GH incrementa: - densidad de células de cloruro en la membrana opercular - actividad Na+,K+-ATPasica en branquias - aumenta el número de cotransportador Na+/K+/Cl- en las células de cloruro - tolerancia hipersalina y diferenciación de células de cloruro Hormona de crecimiento (GH) / Somatomedinas (IGF-I. IGF-II) Sin embargo, en otras especies de teleósteos, la GH parece estar implicada en la adaptación a ambientes hipoosmóticos: Estudios in vitro de la hipófisis de anguila y trucha han demostrado que bajas concentraciones de Na+ en el medio activan la liberación de GH, mientras que altas concentraciones la inhiben. La hipófisis de las anguilas (Anguilla anguilla) adaptadas a agua salada secretan menos GH y responden en menor medida a los estímulos hipotalámicos activadores de la liberación que la de los animales adaptados a agua dulce. Sin embargo, en Anguilla japonica no se aprecian diferencias significativas en la concentración plasmática o hipofisaria de GH en ejemplares transferidos desde agua dulce a agua salada. Hormona estimulante de cápsulas adrenales (ACTH) La ACTH es sintetizada por las células corticotropas y, vía torrente sanguíneo, alcanza las cápsulas adrenales donde estimula la síntesis y liberación de diversas hormonas esteroideas en la corteza suprarrenal. Existen diversos tipos de hormonas esteroideas dependiendo del grupo animal estudiado y sus funciones dependen del grupo animal (ej: en peces el cortisol puede actuar como mineralcorticoide y glucocorticoide, mientras en mamíferos actúa sólo como glucocorticoide). Hormona estimulante de cápsulas adrenales (ACTH) Según la función de estos esteroides podemos distinguir entre: a) Mineralcorticoides. regulan la función renal. Ejemplos: aldosterona y deoxicortisol. b) Glucocorticoides. presentan acciones metabólicas (movilizaciones de aminoácidos y glucosa) y acciones antiinflamatorias. Ejemplos: cortisol, cortisona, corticosterona y 11desoxicorticosterona. En teleósteos, la ACTH estimula la síntesis y liberación del cortisol. Esta hormona, además de sus implicaciones en las respuestas al estrés y funciones a nivel metabólico, presenta un importante papel osmorregulador. Mas adelante hablaremos del cortisol!! Otras hormonas adenohipofisiarias Hormona estimulante del tiroides (TSH) La TSH es sintetizada por las células tirotropas y, vía torrente sanguíneo, alcanza la glándula tiroidea donde estimula la síntesis y liberación de las dos hormonas tiroideas (tiroxina T4- y 3,5,3-triyodotironina T3-). Mas adelante hablaremos de las hormonas tiroideas!!! Metabolismo de la célula epitelial tiroidea: Esquema del mecanismo de generación y secreción de hormonas tiroideas. NIS: Transportador de yoduro dependiente de sodio, DUOX: Oxidasa dual, TPO: Tiroperoxidasa, Tg: Tiroglobulina, T3: Triyodotironina, T4: Tiroxina, TSH: Tirotropina, TSHR: Receptor de tirotropina Otras hormonas adenohipofisiarias Hormonas gonadotropas (GTHI y GTHII) Las hormonas gonadotropas actúan estimulando los procesos de gametogénesis y la esteroidogénesis, controlando de este modo los ciclos reproductivos de los peces. Dentro de estas funciones, destaca la estimulación de la producción de los esteroides sexuales. Mas adelante hablaremos de las esteroides sexuales!!! Otras hormonas adenohipofisiarias Hormona estimulante de los melanocitos (MSH) La MSH es sintetizada a nivel de la pars intermedia y su papel está relacionado principalmente con procesos de cambios de color. La ACTH y MSH proceden de un péptido común: la pro-opiomelanocortina (POMC). El procesamiento diferencial de este precursor en las células corticotropas y melanotropas originan diversos péptidos. En algunos teleósteos la MSH presenta la capacidad de estimular las cápsulas adrenales, con lo cual aquellos estímulos (respuesta al estrés, osmorregulación, etc.) que activen el eje hipotálamohipofisario-adrenal también podrían ser mediados por la MSH. Otras hormonas adenohipofisiarias Somatolactina (SL) La somatolactina es un miembro de la familia GH/PRL (somatotropina/prolactina). Esta hormona es sintetizada por células descritas mediante técnicas histoquímicas. Hasta el momento ningún estudio ha proporcionado una evidencia definitiva acerca de la función primaria de la SL, aunque se han propuesto una extensa gama de funciones, entre los que destacan su papel en los procesos de: i) esmoltificación, ii) adaptación a ambientes de bajo contenido de calcio, iii) procesos reproductivos y iv) adaptación al color del fondo. Neurohipófisis y extrahipofisiarias Las hormonas neurohipofisarias (vasotocina e isotocina), por su acción a nivel renal y/o branquial, intervienen en el control endocrino del balance de agua y sales. Existen otras glándulas que segregan hormonas extrahipofisarias implicadas en los mecanismos osmorreguladores: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Tejido interrenal (cortisol), Tiroides (T3,T4), Corpúsculos de stannius (hipocalcina), Riñón (sistema renina-angiotensina), Sistema neurosecretor caudal o urófisis (urotensinas); Cuerpo últimobranquial (calcitonina), Células cromafines (catecolaminas) HORMONAS NEUROHIPOFISARIAS Las hormonas neurohipofisarias en peces son la arginina vasotocina (AVT) y la isotocina (IST). Las funciones osmorreguladoras de la IST parecen ser poco importantes. La función de la AVT está relacionada, en peces, con un mantenimiento de una determinada presión plasmática gracias a su acción vasopresora. Algunos datos parecen sugerir la existencia de un papel de la AVT durante los primeros momentos de la adaptación a ambientes de alta salinidad: En mamiferos, La arginina vasopresina (AVP), es una hormona liberada principalmente en respuesta a cambios en la osmolaridad sérica o en el volumen sanguíneo. También conocida como argipresina. Hace que los riñones conserven agua mediante la concentración de orina y la reducción de su volumen, estimulando la reabsorción de agua.. Actúa en la porción final del túbulo distal y en los tubos colectores renales. Provoca un aumento de la reabsorción de agua (mayor expresión de canales de acuaporina 2 en membranas). Este aumento de la reabsorción provocará: Disminución de la osmolaridad plasmática, Aumento del volumen sanguíneo, retorno venoso, volumen latido y por consecuencia aumento del gasto cardíaco (GC). La hormona vasopresina promueve la retención de agua desde los riñones. Así pues, altas concentraciones de vasopresina provocan una mayor retención renal de agua, y se excretaría la cantidad justa para eliminar los productos de desecho. Es por esto que durante una deshidratación los niveles de vasopresina están altos: para así evitar la pérdida de agua. Actúa sobre el músculo liso vascular provocando una vasoconstricción (via Inositol trifosfato) y por ello un aumento de la resistencia vascular periférica (RVP) HORMONAS NEUROHIPOFISARIAS - La concentración plasmática de arginina vasotocina (AVT) es menor en salmones adaptados a agua dulce respecto a los adaptados a agua de mar, mientras que en lenguados y anguilas son similares. - Los niveles de AVT mRNA son mayores en salmones adaptados a agua dulce respecto a agua de mar. - Los niveles de AVT plasmática aumentan mientras los niveles de AVT almacenada en la hipófisis disminuyen durante los primeros momentos de la transferencia desde agua dulce a agua de mar. - La AVT inhibe la bebida en anguilas adaptadas a agua dulce, mientras no afecta a la absorción de NaCl en el intestino de anguilas adaptadas a agua de mar. - La AVT presenta un efecto antidiurético, gracias a su acción vasopresora sobre las arteriolas aferentes del glomérulo renal (disminuye la presión de filtrado). Recientes estudios han demostrado la existencia de receptores de AVT a nivel renal y branquial, aunque no está totalmente demostrado su existencia a nivel del tracto digestivo. A nivel branquial el número de receptores de AVT aumenta en ejemplares adaptados a agua de mar frente a agua dulce. Existe un claro efecto de esta hormona sobre el flujo sanguíneo a nivel branquial, lo que refuerza la idea de un efecto hemodinámico de la AVT. Sin embargo, se desconoce si existe un efecto directo de la AVT sobre las células de cloruro. A nivel renal se ha demostrado la existencia de receptores de AVT y la existencia de una efecto antidiurético de esta hormona. HORMONAS EXTRAHIPOFISARIAS Cortisol El eje hipotálamo-hipofisarioadrenal juega un importante papel en diversos procesos fisiológicos. A nivel osmorregulador esta hormona actúa en teleósteos a nivel de las branquias, opérculo, intestino, riñón y vejiga urinaria. El cortisol se considera una hormona promotora de la adaptación a ambientes hiperosmóticos. Numerosos trabajos (usando salmónidos, tilapia, Fundulus heteroclitus, etc.) han demostrado que el tratamiento (in vivo e in vitro) con cortisol: a) aumenta la capacidad de supervivencia en ambientes hiperosmóticos b) estimulan el crecimiento y diferenciación de células de cloruro e incrementan la actividad Na+,K+-ATPasica en branquias y/o opérculo. Cortisol Sin embargo, en algunas especies (Mugil cephalus, Platichthys stellatus) existen datos que sugieren una función del eje hipotálamo-hipofisario-adrenal en la adaptación a ambientes hipoosmóticos. En estas especies el cortisol actuaría sinérgicamente con la PRL a nivel de tracto digestivo, riñón y branquias para la adaptación a agua salobre o agua dulce. Algunos trabajos han demostrado una estimulación en la toma de iones en salmónidos adaptados a agua dulce después del tratamiento con cortisol. Cortisol Se ha propuesto la existencia de una función osmorreguladora del cortisol de tipo “dual” . Así en condiciones de alta concentración de GH y baja concentración de PRL (típica situación de ambientes hiperosmóticos), el cortisol podría actuar promoviendo la secreción de sales. Por el contrario, en situaciones de baja concentración de GH y alta concentración de PRL (típica situación de ambientes hipoosmóticos), el cortisol actuaría estimulando los procesos de captación de iones del medio. Sin embargo, esta última posibilidad todavía necesita incrementar las evidencias experimentales. Además es necesario tener en cuenta que el efecto osmorregulador del cortisol puede diferir según la especie estudiada. Hormonas tiroideas La función de las hormonas tiroideas se ha modificado a lo largo de la línea evolutiva, pero muy resumidamente podemos ver que presentan acciones: i) morfológicas y madurativas (crecimiento y diferenciación), y ii) metabólicas (metabolismo de carbohidratos, lípidos, nitrógeno, etc.). El papel osmorregulador de dichas hormonas no es claro. Se han demostrado receptores de T3/T4 en hígado, riñón y branquias de salmones y anguila. En salmónidos existe un incremento de los niveles de T3/T4 durante el proceso de esmoltificación que coincide con una activación de los mecanismo para la supervivencia en agua de mar (sin embargo, podríamos considerar estos procesos como procesos madurativos). Hormonas tiroideas Los tratamientos con hormonas tiroideas (diversas especies salmónidas, Oreochromis mossambicus, Fundulus heteroclitus, etc.) no muestran resultados concluyentes sobre un incremento de la tolerancia a altas salinidades o aumento de la actividad Na+,K+-ATPasica a nivel branquial/opercular. En teleósteos no salmónidos no existen evidencias claras de un papel fisiológico de las hormonas tiroideas. Sin embargo, se han demostrado la interacción positiva de las hormonas tiroideas (T3/T4) con otros ejes endocrinos (cortisol y eje GH/IGF) para aumentar la capacidad de adaptación a ambientes hiperosmóticos en salmónidos y no-salmónidos. Esteroides sexuales En salmónidos, se ha demostrado una relación inversa entre maduración gonadal y capacidad osmorreguladora en ambientes hiperosmóticos. De igual modo, tratamiento con 17β-estradiol reduce la densidad de células de cloruro y actividad Na+,K+ATPasica a nivel branquial en diversas especies de salmónidos. En tilapia (Oreochromis mossambicus) este tratamiento reduce la actividad Na+,K+ATPasica y capacidad metabólica a nivel branquial. En Fundulus heteroclitus, la inyección de múltiples dosis de 17β-estradiol disminuye la actividad Na+,K+-ATPasica branquial en animales mantenidos en agua de mar y aumenta la osmolaridad plasmática. Estos resultados indican que, al igual que ocurre en salmónidos, el tratamiento con 17β-estradiol disminuye la capacidad hipoosmorreguladora en especies no salmónidas. De este modo, se apoya la idea de una relación negativa entre desarrollo gonadal y capacidad osmorreguladora en ambientes hiperosmóticos. El papel del 17β-estradiol puede ser un papel directo sobre los órganos osmorreguladores o bien indirecto a través de otros sistemas endocrinos. En este sentido, se ha demostrado que el estradiol estimula la liberación de PRL a nivel adenohipofisario y esta hormona podría ser la responsable de la disminución de la capacidad de adaptación a ambientes hiperosmóticos. Angiotensina El sistema renina-angitensina se encuentra en todos los grupos de teleósteos, con la excepción de agnatos. Este sistema presenta como producto final la angiotensina II (ANGII). La función de esta hormona en mamíferos está relacionada con el mantenimiento de una presión sanguínea constante (efectos vasculares), secreción de aldosterona, estimulación de la bebida, y absorción de agua y Na+ a nivel intestinal. En peces la ANGII también presenta acciones vasculares, reduciendo la filtración glomerular (GFR) y de este modo induce antidiuresis renal. Por otra parte, diversos datos indican su papel en la adaptación a ambientes hiperosmóticos: - los niveles plasmáticos de ANGII aumentan en la anguila después de la transferencia desde agua dulce a agua salada, - en teleósteos, estimula la síntesis de ACTH en carpa (y consecuentemente de cortisol) y directamente de cortisol en lenguado, - en elasmobranquios, estimula la síntesis de 1 α-hydroxycorticosterone (principal mineralcorticoide en elasmobranquios), - estimula la bebida en teleósteos marinos. Urotensinas El sistema neurosecretor caudal, presente en peces (no ciclóstomos ni peces pulmonados), presenta dos hormonas: urotensina I (UI) y urotensina II (UII). Las funciones de estas hormonas se centran en la espasmogénesis (intestino, gonoducto, etc.), regulación cardiovascular, regulación de la actividad hipofisaria. Las funciones osmorreguladoras de estas hormonas parecen estar relacionadas con los "ajustes finos" que se originan en el sistema osmorregulador ante ligeras modificaciones ambientales, más que con los importantes ajustes que ocurren ante cambios drásticos de salinidad. La urotesina I (UI) parece estar relacionada con la adaptación a ambientes hiperosmóticos/agua de mar. Diversos datos apuntan a esta observacion: - la cantidad de urotensina I aumenta en la urófisis y en el plasma de lenguado adaptado a agua de mar respecto a agua dulce. - la inyección de urotensina I incrementa el cortisol plasmático y en estudios in vitro esta hormona aumenta la liberación de cortisol por la glándula interrenal. - estudios in vitro demuestran que esta hormona disminuye la pérdida de agua. La urotensina II (UII) parece estar relacionada con la adaptación ambientes hipoosmóticos/ agua dulce. Diversos datos sugieren esta función: - la cantidad de urotensina II aumenta en la urófisis de lenguado adaptado a agua dulce respecto a agua de mar. - la inyección de UII estimula la captación activa de Na+ por el intestino y vejiga urinaria, e inhibe la eliminación de Cl- por parte de la piel y epitelio opercular. Péptidos natriuréticos La familia de los péptidos natriuréticos son péptidos de pequeño tamaño (3KDa), producidos por diferentes tejidos y que presentan actividad hormonal. Existen diferentes tipos de péptidos natriuréticos según el lugar donde se sintetizan: ANP (atrium natriuretic peptide) Atrio BNP (brain natriuretic peptide) Cerebro CNP (cardiac natriuretic peptide) Corazón VNP (ventricular natriuretic peptide) Ventrículo cardiaco En mamíferos los péptidos natriuréticos presentan acción natriurética, diurética y vasodilatadora, con lo cual disminuye la presión sanguínea. Los factores que controlan su síntesis/liberación están relacionados con incremento en presión sanguínea, concentración plasmática de Na+ y osmolaridad. Esto péptidos actúan: - disminuyen la reabsorción tubular de sodio - incrementan la filtración glomerular (GFR) en el riñón - inhiben la liberación de hormonas que aumentan la reabsorción de sodio / agua (ej: aldosterona, vasopresina y angiotensina). Péptidos natriuréticos En peces los péptidos natriuréticos han sido localizados en cerebro, tejido cardiaco y plasma. Los principales órganos controlados por estos péptidos son: intestino, branquias, riñón y sistema vascular. Las funciones osmorreguladoras de estos péptidos están relacionadas con la regulación de la concentración de sales, más que con la regulación del volumen sanguíneo. Diversos datos indican que los péptidos natriuréticos facilitan la adaptación a ambientes hiperosmóticos/agua de mar: - la concentración plasmática de estos péptidos aumenta en peces eurihalinos transferidos desde ambientes hipoosmóticos a ambientes hiperosmóticos. - la inyección induce un aumento de la secreción de Cl- por parte de las branquias en Fundulus heteroclitus aclimatados a agua de mar, y aumenta la liberación de cortisol en peces adaptados a agua de mar (lenguado). - el tratamiento con estos péptidos produce natriuresis y antidiuresis en el riñón.
