BIOLOGÍA II (LA VIDA EN LA TIERRA II)
ACADEMIA DE BIOLOGÍA-QUÍMICA
SEMESTRE 2014-B
Lectura 1 REGULACION QUIMICA
La homeostasis es fundamental para mantener en el organismo las condiciones adecuadas para realizar todas las funciones y actividades metabólicas.
El control de muchas de las funciones del organismo se basa en las hormonas, reguladoras de los procesos biológicos, las hormonas son sustancias que actúan a concentraciones mínimas, acelerando o inhibiendo las actividades de diversos órganos.
Se producen en glándulas de secreción interna, llamadas glándulas endocrinas y viajan a través de la sangre hasta llegar al órgano en el que actúan, activan o excitan, a este órgano se le llama órgano blanco, lo que alude a que ese órgano es el objetivo de la hormona como si habláramos de un tiro al blanco.
La palabra hormona proviene del griego la que significa excitar, es de una naturaleza química muy variada, hay algunas que son proteínas pequeñas, como la insulina; otras son aminoácidos modificados como el caso de la adrenalina. También hay esteroides y por lo tanto son lípidos, como las hormonas sexuales.
Cada hormona que se libera a la circulación va en busca de células que tengan en su membrana receptores para unirse a ella. Así aunque viaje por todo el organismo, la hormona solo se va a unir a las células del órgano blanco y únicamente sobre ellas va a actuar. Fig. N° 1
GLANDULAS ENDOCRINAS
Nuestro organismo tiene varias glándulas endocrinas, es decir, de secreción interna, diferentes a las glándulas exocrinas, que son de secreción externa.
Las glándulas de secreción externa son las lacrimales, sudoríparas, sebáceas, mamarias, salivales o digestivas, las cuales producen secreciones que salen del cuerpo o hacia cavidades interiores, pero que no llegan a la sangre y su actividad se detecta por el efecto que causan en otros órganos.
Cabe mencionar que el páncreas es una glándula de doble función, ya que actúa como glándula exocrina al producir enzimas que vierte al sistema digestivo, y como glándula endocrina al producir insulina, que envía a la sangre, donde controla los niveles de azúcar circulantes. Las glándulas de secreción interna que conforman el sistema endocrino son las que se señalan en la figura Nº 2.
En el hombre, como en todos los mamíferos, el sistema endocrino consiste de unas diez glándulas especializadas con diferente origen embrionario, localizadas en diversas partes del cuerpo (ver figura No. 2).
Fig. No. 2 Localización de las glándulas endocrinas en la especie humana. (Tomado de www..hormone.org/endo101/enlarge)
De todas las glándulas endocrinas, la más importante, a veces llamada “glándula maestra”, es la Hipófisis, también conocida como pituitaria. Esta glándula es muy pequeña, tiene el tamaño de un frijol y está formada por dos lóbulos: el anterior o adenohipófisis, y el posterior o neurohipófisis.
La hipófisis produce diversas hormonas, cuatro de ellas controlan a otras glándulas endocrinas.
¿Quién controla a la hipófisis?, ¿de qué manera puede llegar la información a la hipófisis sobre las necesidades del organismo en un momento dado?
Existe un órgano que forma parte del sistema nervioso, pero que tiene la capacidad de producir hormonas. Es el puente entre el sistema nervioso y el sistema endocrino. Se trata del Hipotálamo, que es un órgano situado arriba de la hipófisis. El hipotálamo posee neuronas con capacidad secretora y en el se producen los factores de liberación que ponen a trabajar a la hipófisis. El hipotálamo puede actuar en respuesta a estímulos del medio ambiente como luz, calor, sonido, olor, gusto, tacto o bien a cambios internos, ya sean químicos, térmicos u osmóticos.
Para entender la manera en que se coordinan las hormonas del sistema endocrino, veamos un ejemplo sencillo. Cuando hace mucho frio, el hipotálamo detecta el cambio en la temperatura de la sangre que pasa por el y envía un factor liberador una hormona a la hipófisis. Entonces, la hipófisis libera la hormona estimulante de la tiroides. A su vez, la tiroides libera la hormona tiroxina, que acelera el metabolismo y hace que la temperatura de la persona se eleve. Cuando la sangre llega a su temperatura normal, el hipotálamo deja de enviar el factor liberador, la hipófisis deja de enviar la molécula estimulante de la tiroides y así el metabolismo vuelve a su estado basal o equilibrio u homeostasis.
De esta manera, el sistema se regula por medio de una retroalimentación negativa.
Las células secretoras del hipotálamo también producen dos hormonas, la oxitocina y la antidiurética, las cuales se almacena en el lóbulo posterior de la hipófisis, llamado neurohipófisis, y de ahí son secretadas a sus órganos blancos.
Un ejemplo de desorden hormonal es la deficiencia en la producción de insulina, la hormona que disminuye los niveles de azúcar en la sangre. Esta condición se conoce como Diabetes mellitus y es mas común de lo que pensamos. Su origen es genético, por lo que puede ser heredada, así que es importante averiguar si en la familia se ha presentado la enfermedad para que, en caso afirmativo, se hagan frecuentes pruebas de detección y se tomen medidas preventivas.
¿Por qué nos late tan aprisa el corazón cuando estamos asustados?
Cuando el cerebro percibe un grave peligro, ya sea real o potencial, todo el cuerpo se prepara para enfrentar al enemigo o huir. Ante las señales que envía el sistema nervioso a las glándulas suprarrenales, que desempeñan un papel fundamental en este sistema de alarma, vierten en el torrente sanguíneo dos de sus hormonas: la adrenalina y la noradrenalina, a las que se debe que el corazón lata tan aprisa cuando estamos asustados, además de que producen dilatación de las arterias coronarias que acelera las constricciones del corazón y una vasoconstricción que eleva la presión arterial.
A los pocos segundos se ha producido en el cuerpo muchos cambios. La adrenalina es un potente estimulante cardiaco, tan efectivo que algunas veces en caso de paro cardiaco se inyecta directamente en el corazón para restablecer su funcionamiento.
Si bien rara vez pensamos en ellas, las glándulas del sistema endócrino y las hormonas que liberan influyen en casi todas las células, los órganos y las funciones del cuerpo. El sistema endócrino juega un papel decisivo en la regulación del humor, el crecimiento y el desarrollo, la función de los tejidos y el metabolismo, así como en la función sexual y los procesos reproductivos.
En general, el sistema endócrino se encarga de los procesos corporales que se producen lentamente, como el crecimiento celular. Los procesos más rápidos, como la respiración y los movimientos corporales, son controlados por el sistema nervioso. Sin embargo, si bien el sistema nervioso y el sistema endócrino son sistemas independientes, suelen trabajar juntos para ayudar al cuerpo a funcionar de manera adecuada.
Acerca del sistema endócrino
La base del sistema endócrino son las hormonas y las glándulas. Como mensajeros químicos del cuerpo, las hormonas transfieren información e instrucciones de un conjunto de células a otro. Si bien hay muchas hormonas diferentes que circulan por el torrente sanguíneo, cada una afecta solo a las células que están genéticamente programadas para recibir y responder a su mensaje. Los niveles hormonales pueden verse influenciados por factores como el estrés, una infección y cambios en el equilibrio entre el líquido y los minerales de la sangre.
Las glándulas son grupos de células que producen y secretan (o liberan) sustancias químicas. Seleccionan y extraen materiales de la sangre, los procesan y secretan el producto químico terminado para su uso en algún lugar del cuerpo. Algunos tipos de glándulas liberan sus secreciones en áreas específicas. Por ejemplo, las glándulas exocrinas, como las glándulas salivales y sudoríparas, liberan secreciones en la piel o dentro de la boca. En cambio, las glándulas endocrinas liberan más de 20 hormonas importantes directamente en el torrente sanguíneo, donde se las puede transportar a células que se encuentran en otras partes del cuerpo.
Partes del sistema endócrino
Las glándulas principales que conforman el sistema endócrino humano son el hipotálamo, la hipófisis, la glándula tiroidea, las glándulas paratiroideas, las glándulas suprarrenales, la glándula pineal y las glándulas reproductoras, que incluyen los ovarios y los testículos. El páncreas también forma parte de este sistema de secreción de hormonas, si bien está asociado además al aparato digestivo porque también produce y secreta enzimas digestivas.
Si bien las glándulas endocrinas son los principales productores de hormonas del cuerpo, algunos órganos no endócrinos, como el cerebro, el corazón, los pulmones, los riñones, el hígado, el timo, la piel y la placenta, también producen y liberan hormonas.
El hipotálamo
El hipotálamo, un conjunto de células especializadas ubicado en la parte central inferior del cerebro, es el vínculo principal entre el sistema endócrino y el sistema nervioso. Las células nerviosas del hipotálamo controlan la hipófisis mediante la producción de sustancias químicas que estimulan o eliminan las secreciones hormonales de la hipófisis.
A pesar de tener un tamaño que no supera al de una arveja, la hipófisis, ubicada en la base del cerebro, justo debajo del hipotálamo, es considerada la parte más importante del sistema endócrino. Se la suele llamar "glándula maestra" porque produce hormonas que controlan varias de las demás glándulas endocrinas. Determinados factores, como las emociones y los cambios estacionales, pueden influir en la producción y en la secreción de las hormonas hipofisarias. Para ello, el hipotálamo le transmite información detectada por el cerebro (como la temperatura ambiental, los patrones de exposición a la luz y los sentimientos) a la hipófisis.
La hipófisis
La diminuta hipófisis está dividida en dos partes: el lóbulo anterior y el lóbulo posterior. El lóbulo anterior regula la actividad de la glándula tiroidea, las glándulas suprarrenales y las glándulas reproductoras. Entre las hormonas que produce se encuentran las siguientes:
· la hormona del crecimiento, que estimula el crecimiento de los huesos y de otros tejidos del cuerpo y desempeña una función en el manejo de los nutrientes y los minerales
· la prolactina, que activa la producción de leche en las mujeres que están amamantando
· la tirotropina, que estimula la glándula tiroidea para que produzca hormonas tiroideas
· la corticotropina, que estimula la glándula suprarrenal para que produzca determinadas hormonas
La hipófisis también secreta endorfinas, que son sustancias químicas que actúan sobre el sistema nervioso para reducir la sensibilidad al dolor. Además, la hipófisis secreta hormonas que les indican a los ovarios y a los testículos que produzcan hormonas sexuales. La hipófisis también controla la ovulación y el ciclo menstrual en las mujeres.
El lóbulo posterior de la hipófisis libera hormona antidiurética, que ayuda a controlar el equilibrio de agua del cuerpo mediante su efecto en los riñones y la salida de orina, y oxitocina, que provoca las contracciones del útero durante el parto.
Glándula tiroidea y glándulas paratiroideas
La glándula tiroidea, ubicada en la parte frontal de la parte inferior del cuello, tiene la forma de un moño o mariposa, y produce las hormonas tiroideas tiroxina y triyodotironina. Estas hormonas controlan la velocidad con la que las células queman combustibles provenientes de los alimentos para producir energía. A medida que aumenta el nivel de hormonas tiroideas en el torrente sanguíneo, también aumenta la velocidad con la que se producen las reacciones químicas en el cuerpo.
Las hormonas tiroideas también desempeñan un papel clave en el crecimiento óseo y en el desarrollo del cerebro y el sistema nervioso en los niños. La producción y la liberación de hormonas tiroideas son controladas por la tirotropina, hormona que segrega la hipófisis.
Junto a la glándula tiroidea hay cuatro diminutas glándulas que funcionan en conjunto y que se denominan glándulas paratiroideas. Liberan hormona paratiroidea, que regula el nivel de calcio en la sangre con ayuda de la calcitonina, que se produce en la glándula tiroidea.
Glándulas suprarrenales
El cuerpo tiene dos glándulas suprarrenales triangulares, una encima de cada riñón. Las glándulas suprarrenales constan de dos partes, cada una de las cuales produce una serie de hormonas y tiene una función diferente. La parte exterior, la corteza suprarrenal, produce hormonas llamadas corticoesteroides que influyen y regulan el equilibrio entre la sal y el agua del cuerpo, la respuesta del cuerpo al estrés, el metabolismo, el sistema inmunitario y el desarrollo y la función sexuales.
La parte interna, la médula suprarrenal, produce catecolaminas, como la epinefrina. También llamada adrenalina, la epinefrina aumenta la presión arterial y la frecuencia cardíaca cuando el cuerpo atraviesa una situación de estrés. (Las inyecciones de epinefrina suelen usarse para contrarrestar una reacción alérgica grave).
Glándula pineal y gónadas
La glándula pineal está ubicada en el medio del cerebro. Secreta melatonina, una hormona que puede ayudar a regular el ciclo del sueño.
Las gónadas son la fuente principal de hormonas sexuales. En los hombres, se encuentran en el escroto. Las gónadas masculinas, o testículos, secretan hormonas llamadas andrógenos. La hormona más importante de los andrógenos es la testosterona. Estas hormonas regulan los cambios corporales asociados al desarrollo sexual, incluido el agrandamiento del pene, el estirón que se produce durante la pubertad y la aparición de otras características sexuales masculinas secundarias, como el agravamiento de la voz, el crecimiento del vello facial y púbico, y el aumento de la fuerza y el crecimiento muscular. Además, la testosterona trabaja junto con hormonas de la hipófisis en la producción del semen por los testículos.
Las gónadas femeninas, los ovarios, se encuentran en la pelvis. Producen óvulos y secretan las hormonas femeninas estrógeno y progesterona. El estrógeno participa en el desarrollo de las características sexuales femeninas, como el crecimiento de las mamas, la acumulación de grasa corporal alrededor de las caderas y los muslos, y el estirón que se produce durante la pubertad. Tanto el estrógeno como la progesterona cumplen una función en el embarazo y en la regulación del ciclo menstrual.
El páncreas produce, entre otras, dos hormonas importantes: la insulina y el glucagón. Estas hormonas trabajan en conjunto para mantener un nivel constante de glucosa (o azúcar) en la sangre y para mantener el suministro de combustible necesario para que el cuerpo produzca y conserve reservas de energía.
Qué hace el sistema endócrino
Cuando se secreta una hormona, esta viaja desde la glándula endocrina por el torrente sanguíneo hasta las células objetivo diseñadas para recibir su mensaje. En el camino, hay proteínas especiales que se unen a algunas de las hormonas. Las proteínas especiales actúan como transportadores que controlan la cantidad de hormonal que está disponible para interactuar y afectar a las células objetivo.
Además, las células objetivo tienen receptores que se unen solo a determinadas hormonas, y cada hormona tiene su propio receptor, de modo que cada hormona se comunicará solo con las células objetivo específicas que tengan receptores para ella. Cuando la hormona llega a su célula objetivo, se acopla a los receptores específicos de la célula, y estas combinaciones de hormonas y receptores le transmiten instrucciones químicas al mecanismo interno de la célula.
Cuando los niveles hormonales alcanzan cierta cantidad normal o necesaria, hay importantes mecanismos corporales que detienen la secreción para mantener estos niveles hormonales en la sangre. Esta regulación de la secreción de hormonas puede incluir a la hormona misma o a otra sustancia presente en la sangre relacionada con la hormona.
Por ejemplo, si la glándula tiroidea ha secretado una cantidad suficiente de hormonas tiroideas en la sangre, la hipófisis detecta los niveles normales de hormona tiroidea en el torrente sanguíneo y ajusta la liberación de tirotropina, la hormona hipofisaria que estimula la glándula tiroidea para que produzca hormonas tiroideas.
Otro ejemplo es la hormona paratiroidea, que aumenta el nivel de calcio en la sangre. Cuando se eleva el nivel de calcio en la sangre, las glándulas paratiroideas detectan el cambio y reducen la secreción de hormona paratiroidea. Este proceso de interrupción se llama sistema de autorregulación negativa.
Problemas en el sistema endócrino
Una cantidad excesiva o insuficiente de cualquier hormona puede ser perjudicial para el cuerpo. Por ejemplo, si la hipófisis produce una cantidad excesiva de la hormona de crecimiento, el niño podría ser demasiado alto. Si produce una cantidad insuficiente, el niño podría ser anormalmente bajo.
Mediante el control de la producción de hormonas específicas o su restitución se pueden tratar muchos trastornos endócrinos en niños y adolescentes. Algunos de ellos son:
Insuficiencia suprarrenal. Esta afección se caracteriza por la función disminuida de la corteza suprarrenal y por la consiguiente producción insuficiente de hormonas corticoidesteroides suprarrenales. Los síntomas de la insuficiencia suprarrenal pueden incluir debilidad, fatiga, dolor abdominal, náuseas, deshidratación y cambios en la piel. Los médicos tratan la insuficiencia suprarrenal administrando hormonas corticoidesteriodes de restitución.
Síndrome de Cushing. Una cantidad excesiva de hormonas glucocorticoides en el cuerpo puede provocar síndrome de Cushing. En los niños, suele darse cuando se toman grandes dosis de fármacos corticoesteroides sintéticos (como la prednisona) para tratar enfermedades autoinmunitarias como el lupus. Si la afección se debe a un tumor en la hipófisis que produce una cantidad excesiva de corticotropina y estimula las glándulas suprarrenales para que produzcan corticoides en exceso, se trata de la enfermedad de Cushing. Los síntomas pueden demorar años en aparecer e incluyen obesidad, insuficiencia de crecimiento, debilidad muscular, piel propensa a formar moretones con facilidad, acné, presión arterial alta y cambios psicológicos. Según la causa específica, los médicos pueden tratar esta afección con cirugía, radioterapia, quimioterapia o fármacos que impiden la producción de hormonas.
Diabetes tipo 1. Cuando el páncreas no produce la cantidad suficiente de insulina, aparece la diabetes tipo 1 (antes conocida como diabetes juvenil). Los síntomas incluyen exceso de sed, hambre, micción y pérdida de peso. En los niños y los adolescentes, la afección suele ser un trastorno autoinmunitario en el que células específicas del sistema inmunitario y anticuerpos producidos por él atacan y destruyen las células del páncreas que fabrican insulina. La enfermedad puede provocar complicaciones a largo plazo, como problemas renales, daños en los nervios, ceguera y aparición temprana de cardiopatías isquémicas y accidentes cerebrovasculares. Para controlar los niveles de azúcar en la sangre y reducir el riesgo de complicaciones por la diabetes, los niños con esta afección deben recibir inyecciones de insulina con regularidad.
Diabetes tipo 2. A diferencia de la diabetes tipo 1, en la que el cuerpo no puede producir cantidades normales de insulina, en la diabetes tipo 2, el cuerpo no puede responder a la insulina de manera normal. Los niños y los adolescentes con esta afección suelen tener sobrepeso, y se cree que el exceso de grasa corporal desempeña un papel en la resistencia a la insulina que caracteriza a la enfermedad. De hecho, la prevalencia creciente de este tipo de diabetes en los niños tiene su paralelo en los índices de obesidad que han aumentado drásticamente en los niños en los últimos años. Los síntomas y las posibles complicaciones de la diabetes tipo 2 son básicamente los mismos que los de la diabetes tipo 1. Algunos niños y adolescentes pueden controlar el nivel de azúcar en la sangre a través de cambios en la dieta, ejercicio y medicamentos orales, pero muchos deben recibir inyecciones de insulina como los pacientes con diabetes tipo 1.
Problemas con la hormona del crecimiento. Una cantidad excesiva de hormona de crecimiento en los niños que todavía están creciendo hará que sus huesos y otras partes del cuerpo crezcan demasiado, lo cual produce gigantismo. Esta afección poco frecuente suele ser provocada por un tumor en la hipófisis, y puede tratarse extirpándolo. Por el contrario, cuando la hipófisis no produce cantidades suficientes de hormona de crecimiento, el crecimiento en estatura del niño se ve perjudicado. Los niños con deficiencia de la hormona de crecimiento también pueden tener hipoglucemia (niveles bajos de azúcar en la sangre), en particular los bebés y los niños pequeños que tienen la afección.
Hipertiroidismo. El hipertiroidismo es una afección en la que los niveles de hormonas tiroideas en la sangre son excesivamente altos. Los síntomas pueden incluir pérdida de peso, nerviosismo, temblores, sudoración excesiva, aumento de la frecuencia cardíaca y la presión arterial, ojos saltones e hinchazón en el cuello por el agrandamiento de la glándula tiroidea (bocio). En los niños, la afección suele ser provocada por la enfermedad de Graves, un trastorno autoinmunitario en el que anticuerpos específicos producidos por el sistema inmunitario estimulan la glándula tiroidea para que esté hiperactiva. La enfermedad puede controlarse con medicamentos o mediante la extirpación o la destrucción de la glándula tiroidea mediante tratamientos quirúrgicos o radiación.
Hipotiroidismo. El hipotiroidismo es una afección en la que los niveles de hormonas tiroideas en la sangre son anormalmente bajos. La deficiencia de hormona tiroidea retrasa los procesos corporales y puede producir fatiga, frecuencia cardíaca baja, sequedad en la piel, aumento de peso, constipación y, en los niños, retraso del crecimiento y pubertad tardía. La tiroiditis de Hashimoto, que se produce por un proceso autoinmunitario que daña la glándula tiroidea e impide la producción de hormonas tiroideas, es la causa más frecuente de hipotiroidismo en los niños. Los bebés también pueden nacer sin glándula tiroidea, o la glándula puede estar poco desarrollada, y esto produce hipotiroidismo. Esta afección puede tratarse mediante restitución de la hormona tiroidea por vía oral.
Pubertad precoz.Los cambios corporales asociados a la pubertad pueden ocurrir a una edad anormalmente temprana en algunos niños si las hormonas hipofisarias que estimulan las gónadas para que produzcan hormonas sexuales aumentan antes de tiempo. Hay un medicamento inyectable disponible que puede suprimir la secreción de estas hormonas hipofisarias (conocidas como gonadotropinas) y detener la evolución del desarrollo sexual en la mayoría de estos niños.
