regulación de la glucemia
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Elize van Lier Fisiología y Reproducción
Dpto. de Producción Animal y Pasturas Facultad de Agronomía
Anatomía y Fisiología Animal Curso 2010
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Regulación de la Glucemia
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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
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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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
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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
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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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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
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Estrés
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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
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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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Priorización del uso de nutrientes
Cerebro y SNC
Grasa
Músculo
Hueso
Placenta
Feto
Nutrientes en la circulación sanguínea
Hammond 1944
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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
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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
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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
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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
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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
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(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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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
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Respuesta global al estrés
Mantenimiento de la homeostasis
Inhibición de las funciones no esenciales a favor de mantenimiento y supervivencia
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Eje H-H-Tiroides
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Corte histológico de Tiroides
http-//www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/thyroid/anatomy.html.jpg
12
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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
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Hormona del Crecimiento
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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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Efectos de la GH
Efecto Indirecto
Hígado
IGF-I
Efecto Directo
GH
Grasa
Movilización de Grasa Hueso
Crecimiento
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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
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Control de secreción de GH
SNC
Hipotálamo
Hígado
Adeno-Hipófisis
GIH GRH
GRH
GH
GIH
IGF-I
Sueño Nutrición Estrés Ejercicio
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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
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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
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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…
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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
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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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