Regulación de la Glucemia

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1 1 Elize van Lier Fisiología y Reproducción Dpto. de Producción Animal y Pasturas Facultad de Agronomía Anatomía y Fisiología Animal Curso 2010 2 Regulación de la Glucemia 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 4 Glucemia NO rumiantes: 80 a 120 mg/dl RUMIANTES: 40 a 60 mg/dl medido en ayunas Es la concentración de GLUCOSA en sangre Es el resultado neto del equilibrio entre la entrada y salida de glucosa a la corriente sanguínea

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1

Elize van Lier Fisiología y Reproducción

Dpto. de Producción Animal y Pasturas Facultad de Agronomía

Anatomía y Fisiología Animal Curso 2010

2

Regulación de la Glucemia

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

4

Glucemia

 NO rumiantes: 80 a 120 mg/dl   RUMIANTES: 40 a 60 mg/dl

medido en ayunas

Es la concentración de GLUCOSA en sangre

Es el resultado neto del equilibrio entre la entrada y salida de glucosa a la corriente

sanguínea

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5

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

HO

CH2OH

OH HOH

OH

6

Fuentes de glucosa

 Aporte: •  Absorción a nivel

intestinal •  Neoglucogénesis •  Glucógenolisis

 Depósito: •  Glucógeno en hígado

  Salida: •  Glucogenogénesis •  Anabolismo de lípidos

y proteínas: precursor

Aporte

Salida

GLU

Sangre

Depósito

Hígado

7

Glucógeno

 Depósito energético de los carbohidratos 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

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Rol del Hígado

 Nutrientes llegan directamente al hígado vía la Vena Porta

 Principal reservorio de glucosa: glucoGENOgénesis

 Es el único órgano con capacidad de glucoNEOgénesis porque tiene glucosa-6-fosfatasa

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9

Hígado

Sistema Porta - Hepático

Vena Porta Vena Hepática

Vena Cava Aorta

Arteria Hepática

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Estructura hepática Vena Porta Arteria Hepática

Conducto biliar

Vena Central

Sinusoide

Canalículos Biliares

Linfático

Bloom Fawcett 1986

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Músculo

 Glucosa es el sustrato energético para la 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 a CO2 y H2O

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El ciclo del Lactato o de Cori

SANGRE HIGADO MUSCULO

Lactato

Glucosa

Glucógeno Glucosa

Glucógeno

Lactato

Kaneko 1989

Anaerobiosis

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13 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)

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Páncreas

Ducto

Vaso

Islote de Langerhans

Acinos

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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)

60% 30%

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

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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: •  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

  Inhibe la degradación de proteínas y grasas

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Efectos de la Insulina

Grasa

Hígado

Músculo Páncreas

Glucosa

H2O + CO2

Glucógeno

Glucógeno

Glucosa

Glucosa

Glicerol Acidos Grasos

Triglicéridos

Glucosa

Insulina

19 ¿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

McDonald 1991

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Glucagón

Hiperglucemiante

Catabólica

  Polipéptido: Células A

  Estimulado por: hipoglucemia, AGL bajos, AA, CCK, gastrina, PIG, catecolaminas, GH, glucocorticoides

  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

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21 Acciones parácrinas de las hormonas pancreáticas

Flujo de Glucosa Flujo de Amino Acidos

Catabolismo de Amino Acidos Producción de Glucosa

Síntesis de Amino Acidos Almacenamiento y uso de glucosa

García-Sacristan 1995

= =

Insulina Glucagón

Somatostatina

22

Estrés

23

Equilibrio y Homeostasis

Físico:

Equilibrio

Fisiológico:

Homeostasis

Fuerzas Desestabilizantes

Respuesta Adaptativa

Factores Estresantes

Fuerzas Estabilizantes

puede convertirse en ...

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Estrés

 Una amenaza que compromete a la homeostasis

 Situaciones reales o imaginarias

 Las expectativas versus las percepciones reales o anticipadas del ambiente

 La respuesta biológica a la percepción de una amenaza a la homeostasis

 La incapacidad de hacer frente al ambiente

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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

26 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

  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

Moberg 2000

28

Energía disponible para el organismo

Energía Bruta

Digestible

Metabolizable

Producción

Neta

Heces

Incremento Térmico

Orina y Metano

Mantenimiento

Producción total de calor del animal

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29

Priorización del uso de nutrientes

Cerebro y SNC

Grasa

Músculo

Hueso

Placenta

Feto

Nutrientes en la circulación sanguínea

Hammond 1944

30

Estrés y los recursos biológicos

Estrés Recupe-

ración

Moberg 2000

Respuesta al estrés sin costo biológico

Estrés

Estrés Reserva

F 1

F 2

F 3

F ‘n’

Función basal

Función normal

Reserva

F 1

F 2

F 3

F ‘n’

Función basal

Recu

rsos

bio

lógi

cos Reserva

Función normal

Función 1

Función 2

Función 3

Función ‘n’

Función basal

31

El estrés y los recursos biológicos

La amenaza de estrés subclínico

La suma de un mismo estrés

La suma de multiple estrés

Estrés con costo biológico

Moberg 2000

32

SNC

Hipotálamo

Adeno-Hipófisis

Corteza Adrenal

Hígado, Músculo y Grasa

Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal

CRH AVP

ACTH

Cortisol

 Respuestas biológicas: •  gluconeogénesis:

•  transportador de glucosa

•  degradación de proteínas

•  movilización de grasas

 Organos blanco: •  Hígado • Músculo •  Tejido adiposo

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GBM

Ejes Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal y Simpático Adrenal

Adrenal

Corteza

Médula

NT Estrés

Homeostasis

Hip

otál

amo

Hipófisis

CRH

AVP

ACTH

Cortisol

Catecolaminas

Activación Sistema

Simpático

34

Efecto de la Adrenalina

Grasa

Páncreas

Hígado Músculo

Corazón

Pulmones

 Frecuencia Cardíaca

  Dilatación Vías Respiratorias

Lipólisis Lipogénesis Acidos Grasos

Glucagón Insulina Glucosa

Gluconeogénesis Glucogenolisis Glucogenogénesis Glucosa

Estrés

Adrenalina

Glucólisis Glucogenolisis Glucogenogénesis

Preparación para gran actividad: disponibilidad de energía (ATP) y O2

Hiperglucemiante Catabólica

35

La Glándula Adrenal

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 Reticularis Fasciculata Médula

36

(Δ5)

Esteroidogénesis Adrenal

(Glomerulosa) (Fasciculata) (Reticularis)

(Δ4)

Desoxicortisol

Cortisol

P450c11

P450c21

3βHSD

Colesterol

Pregnenolona

Progesterona

Desoxicorticosterona

Corticosterona

Aldosterona

P450aldo

P450scc

3βHSD

P450c21

P450aldo

DHEA(S)

3βHSD

S-Tferase

17OHP5 DHEA P450c17 P450c17

17OHP4 A4 P450c17 P450c17

Conley & Bird 1997

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37

Perfiles de Respuesta al Estrés

Tiempo

Resp

uest

a al

Est

rés

Korte et al. 2007 Phys & Behav 92(3):422-428

a) Acostumbramiento

b) Hipersensible

c) Sin acostumbramiento

d) Prolongada

e) Hiposensible

38 Efectos de la activación de los sistemas que

intervienen en la respuesta al estrés

Sistema SNA

Simpático Médula Adrenal Corteza adrenal

Cardio-vascular

Frec. y fuerza contráctil, vasoconstricción periférica

Respuesta vasomotora y permeabilidad capilar

Respiratorio Broncodilatación Surfactante y fosfolípidos

Digestivo Peristaltismo y tono de esfínteres

Secreción de HCl y pepsina

Músculo Vasodilatación Movilización proteínas

Metabolismo Gluconeogénesis a partir de glucógeno, lípidos y AAs

Gluconeogénesis: glucógeno, lípidos y AAs Redistribución de grasa

39 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

40 Factores estresantes pueden alterar los sistemas endócrinos de 3 maneras

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

Smith y Dobson 2002

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41 Integración de señales de diferentes sistemas

Endócrino Inmuno

Estado Nutricional

La función de cada uno de los sistemas depende de las condiciones internas creadas por los otros sistemas

Alto nivel de complejidad

42

Respuesta global al estrés

 Mantenimiento de la homeostasis

 Inhibición de las funciones no esenciales a favor de mantenimiento y supervivencia

43

Eje H-H-Tiroides

44

Corte histológico de Tiroides

http-//www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/thyroid/anatomy.html.jpg

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45

SNC

Hipotálamo

Adeno-Hipófisis

Tiroides

Tejidos Periféricos

Hipotálamo-Hipófisis-Tiroides

TRH

TSH

T3 T4

 Hormonas: •  Tetra-iodo-tironina o Tiroxina

(T4) •  Tri-iodo-tironina (T3)

 Respuestas biológicas: •  Metabolismo basal:

•  consumo de O2

•  síntesis de enzimas metabólicas

•  síntesis de proteínas

 Organos blanco: •  Todos

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Días relativos a la esquila (0)

60

65

70

75

80

85

90

95

Tiro

xina

(nm

ol/L

)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

5

10

15

20

25

30

Tem

pera

tura

del

aire

(ºC

)

Insu

lina

(μU

I/mL)

0 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Tiroxina e Insulina Post-Esquila

Van Lier, datos no publicados

Temperatura media (± Máx/Mín)

Tiroxina Insulina Esquila 21/07/06

47

Hormona del Crecimiento

48

Hormona del Crecimiento

SNC

Hipotálamo

G. Mamaria

Hígado Células

Hueso

Adeno-Hipófisis

GIH GRH

GH

  Estimulada por GRH   Inhibida por GIH   Mediada por IGF-I   Respuestas biológicas:

•  consumo glucosa, glucemia

•  síntesis de proteínas •  movilización de grasas y

crecimiento

  Organos blancos: •  Hígado •  Músculo •  Tejido Adiposo

IGF-I

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49

Efectos de la GH

Efecto Indirecto

Hígado

IGF-I

Efecto Directo

GH

Grasa

Movilización de Grasa Hueso

Crecimiento

50

Insulin-Like Growth Factors

  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

6 IGFBP   Estimula: la mitosis y la síntesis proteica   Inhibe: apoptosis   Vincula la nutrición con la reproducción

51

Control de secreción de GH

SNC

Hipotálamo

Hígado

Adeno-Hipófisis

GIH GRH

GRH

GH

GIH

IGF-I

Sueño Nutrición Estrés Ejercicio

52

GH: Hormona Teleoforética

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

Teleoforesis

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Leptina

54

Leptina

  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

Deficientes en leptina, obesos, hiperinsulinemia, hiperfagia, hipotermia, hipotiroidismo, hipogonadismo (infertilidad)

Leptos = Delgado (Zhang et al., 1994)

Gen Ob en ratón

55

Secreción de Leptina

  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)

Adipocitos

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Acciones de la Leptina

  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)

El tejido adiposo, además de recibir señales, también las emite…

Page 15: Regulación de la Glucemia

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57

Leptina como indicador de CC

Vacas lecheras primíparas en el periparto

Meikle et al. 2004

5

6

7

8

9

1 0

- 5 0 - 2 5 0 2 5 5 0

Leptina (ng/ml) Condición Corporal

1

2

3

4

- 5 0 - 2 5 0 2 5 5 0

Días relativos al parto

CC al parto > 3 CC al parto < 3

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