La neuroendocrinología es la rama de la biología (específicamente de la fisiología ) que estudia la interacción entre el sistema nervioso y el sistema endocrino ; es decir, cómo el cerebro regula la actividad hormonal en el cuerpo. [1] Los sistemas nervioso y endocrino a menudo actúan juntos en un proceso llamado integración neuroendocrina , para regular los procesos fisiológicos del cuerpo humano. La neuroendocrinología surgió del reconocimiento de que el cerebro, especialmente el hipotálamo , controla la secreción de hormonas de la glándula pituitaria , y posteriormente se ha expandido para investigar numerosas interconexiones de los sistemas endocrino y nervioso.
El sistema endocrino consta de numerosas glándulas repartidas por todo el cuerpo que producen y secretan hormonas de diversa estructura química, entre las que se incluyen péptidos , esteroides y neuroaminas . En conjunto, las hormonas regulan muchos procesos fisiológicos. El sistema neuroendocrino es el mecanismo por el cual el hipotálamo mantiene la homeostasis , regulando la reproducción , el metabolismo , la conducta alimentaria y de bebida, la utilización de energía , la osmolaridad y la presión arterial .
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El hipotálamo es conocido comúnmente como el centro de relevo del cerebro debido a su función de integrar las señales de todas las áreas del cerebro y producir una respuesta específica. En el sistema neuroendocrino, el hipotálamo recibe señales eléctricas de diferentes partes del cerebro y las traduce en señales químicas en forma de hormonas o factores liberadores. Estas sustancias químicas se transportan luego a la glándula pituitaria y de allí a la circulación sistémica. [2]
La glándula pituitaria se divide en tres lóbulos: la pituitaria anterior , el lóbulo pituitario intermedio y la pituitaria posterior . El hipotálamo controla la secreción hormonal de la pituitaria anterior enviando factores liberadores, llamados hormonas trópicas , a través del sistema porta hipotálamo-hipofisario. [3] Por ejemplo, la hormona liberadora de tirotropina liberada por el hipotálamo en el sistema porta estimula la secreción de la hormona estimulante de la tiroides por la pituitaria anterior. [ cita requerida ]
La hipófisis posterior está inervada directamente por el hipotálamo; las hormonas oxitocina y vasopresina son sintetizadas por células neuroendocrinas en el hipotálamo y almacenadas en las terminaciones nerviosas de la hipófisis posterior. Las neuronas hipotalámicas las secretan directamente a la circulación sistémica . [3]
La oxitocina y la vasopresina (también llamada hormona antidiurética), las dos hormonas neurohipofisarias de la glándula pituitaria posterior (la neurohipófisis), son secretadas desde las terminaciones nerviosas de las células neurosecretoras magnocelulares hacia la circulación sistémica. Los cuerpos celulares de las neuronas de oxitocina y vasopresina se encuentran en el núcleo paraventricular y el núcleo supraóptico del hipotálamo, respectivamente, [2] y la actividad eléctrica de estas neuronas está regulada por entradas sinápticas aferentes de otras regiones cerebrales. [4]
Por el contrario, las hormonas de la glándula pituitaria anterior (la adenohipófisis) son secretadas por células endocrinas que, en los mamíferos, no están inervadas directamente, pero la secreción de estas hormonas ( hormona adrenocorticotrópica , hormona luteinizante, hormona foliculoestimulante, hormona estimulante de la tiroides, prolactina y hormona del crecimiento ) permanece bajo el control del hipotálamo. El hipotálamo controla la glándula pituitaria anterior a través de factores liberadores y factores inhibidores de la liberación ; estas son sustancias liberadas por las neuronas hipotalámicas en los vasos sanguíneos de la base del cerebro, en la eminencia media . [5] Estos vasos, los vasos porta hipotálamo-hipofisarios, llevan los factores hipotalámicos a la pituitaria anterior, donde se unen a receptores específicos en la superficie de las células productoras de hormonas. [3]
Por ejemplo, la secreción de la hormona del crecimiento está controlada por dos sistemas neuroendocrinos: las neuronas liberadoras de la hormona del crecimiento (GHRH) y las neuronas de la somatostatina , que estimulan e inhiben la secreción de GH , respectivamente. [6] Las neuronas GHRH están ubicadas en el núcleo arqueado del hipotálamo, mientras que las células de la somatostatina involucradas en la regulación de la hormona del crecimiento están en el núcleo periventricular . Estos dos sistemas neuronales proyectan axones a la eminencia media, donde liberan sus péptidos en los vasos sanguíneos portales para su transporte a la hipófisis anterior. La hormona del crecimiento se secreta en pulsos, que surgen de episodios alternantes de liberación de GHRH y liberación de somatostatina, que pueden reflejar interacciones neuronales entre las células GHRH y somatostatina, y retroalimentación negativa de la hormona del crecimiento. [6]
Los sistemas neuroendocrinos controlan la reproducción [7] en todos sus aspectos, desde la unión hasta el comportamiento sexual. Controlan la espermatogénesis y el ciclo ovárico, el parto , la lactancia y el comportamiento maternal . Controlan la respuesta del cuerpo al estrés [8] y a las infecciones . [9] Regulan el metabolismo del cuerpo , influyendo en el comportamiento de comer y beber, e influyen en cómo se utiliza la ingesta de energía, es decir, cómo se metaboliza la grasa. [10] Influyen y regulan el estado de ánimo, [11] la homeostasis de líquidos y electrolitos corporales, [12] y la presión arterial . [13]
Las neuronas del sistema neuroendocrino son grandes; son minifábricas de productos de secreción; sus terminales nerviosas son grandes y están organizadas en campos terminales coherentes; su producción puede medirse fácilmente en la sangre; y lo que hacen estas neuronas y a qué estímulos responden es algo que está abierto a hipótesis y experimentación. Por lo tanto, las neuronas neuroendocrinas son buenos "sistemas modelo" para estudiar cuestiones generales, como "¿cómo regula una neurona la síntesis, el empaquetamiento y la secreción de su producto?" y "¿cómo se codifica la información en la actividad eléctrica?" [ cita requerida ] [Parece que se trata de una observación de fuente primaria.]
Walter Lee Gaines observó la actividad de la pituitaria en la lactancia de las vacas en 1915. [14] También señaló que la anestesia podía bloquear la lactancia y la respuesta al reflejo de succión. [15]
A Ernst y Berta Scharrer , [16] de la Facultad de Medicina Albert Einstein de la Universidad de Múnich, se les atribuye el mérito de ser cofundadores del campo de la neuroendocrinología con sus observaciones y propuestas iniciales en 1945 sobre los neuropéptidos .
Geoffrey Harris [17] es considerado por muchos como el "padre" de la neuroendocrinología. A Harris, profesor de anatomía del Dr. Lee en la Universidad de Oxford , se le atribuye haber demostrado que la glándula pituitaria anterior de los mamíferos está regulada por hormonas secretadas por neuronas hipotalámicas en la circulación portal hipotálamo-hipofisaria . Por el contrario, las hormonas de la glándula pituitaria posterior se secretan en la circulación sistémica directamente desde las terminaciones nerviosas de las neuronas hipotalámicas. Este trabajo fundamental se realizó en colaboración con Dora Jacobsohn de la Universidad de Lund . [18]
Los primeros de estos factores que se deben identificar son la hormona liberadora de tirotropina (TRH) y la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). La TRH es un pequeño péptido que estimula la secreción de la hormona estimulante de la tiroides ; la GnRH (también llamada hormona liberadora de hormona luteinizante) estimula la secreción de la hormona luteinizante y la hormona folículo estimulante .
Roger Guillemin , [19] estudiante de medicina de la Facultad de Medicina de Lyon , y Andrew W. Schally , de la Universidad de Tulane, aislaron estos factores del hipotálamo de ovejas y cerdos y luego identificaron sus estructuras. Guillemin y Schally recibieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1977 por sus contribuciones a la comprensión de "la producción de hormonas peptídicas del cerebro". [ cita requerida ]
En 1952, Andor Szentivanyi , de la Universidad del Sur de Florida , y Geza Filipp escribieron el primer artículo de investigación del mundo que mostraba cómo el control neuronal de la inmunidad se lleva a cabo a través del hipotálamo. [20]
En la actualidad, la neuroendocrinología abarca una amplia gama de temas que surgieron directa o indirectamente del concepto central de las neuronas neuroendocrinas. Las neuronas neuroendocrinas controlan las gónadas , cuyos esteroides , a su vez, influyen en el cerebro, al igual que los corticosteroides secretados por la glándula suprarrenal bajo la influencia de la hormona adrenocorticotrópica. El estudio de estas retroalimentaciones se convirtió en el campo de los neuroendocrinólogos. Se demostró que los péptidos secretados por las neuronas neuroendocrinas hipotalámicas en la sangre también se liberaban en el cerebro, y las acciones centrales a menudo parecían complementar las acciones periféricas. Por lo tanto, la comprensión de estas acciones centrales también se convirtió en el campo de los neuroendocrinólogos, a veces incluso cuando estos péptidos aparecían en partes bastante diferentes del cerebro que parecían cumplir funciones no relacionadas con la regulación endocrina. Las neuronas neuroendocrinas se descubrieron en el sistema nervioso periférico , regulando, por ejemplo, la digestión . Las células de la médula suprarrenal que liberan adrenalina y noradrenalina han demostrado tener propiedades intermedias entre las células endocrinas y las neuronas, y han demostrado ser sistemas modelo excepcionales, por ejemplo, para el estudio de los mecanismos moleculares de la exocitosis . Y, por extensión, también se han convertido en sistemas neuroendocrinos . [ cita requerida ]
Los sistemas neuroendocrinos han sido importantes para nuestra comprensión de muchos principios básicos en neurociencia y fisiología , por ejemplo, nuestra comprensión del acoplamiento estímulo-secreción . [21] Los orígenes y la importancia de los patrones en la secreción neuroendocrina siguen siendo temas dominantes en la neuroendocrinología actual.
La neuroendocrinología también se utiliza como parte integral de la comprensión y el tratamiento de los trastornos neurobiológicos cerebrales . Un ejemplo es la intensificación del tratamiento de los síntomas del estado de ánimo con hormona tiroidea. [22] Otro es el hallazgo de un problema de transtiretina (transporte de tiroxina) en el líquido cefalorraquídeo de algunos pacientes diagnosticados con esquizofrenia. [23]
Desde los experimentos originales de Geoffrey Harris que investigaron la comunicación del hipotálamo con la glándula pituitaria, se ha aprendido mucho sobre los detalles mecanísticos de esta interacción. Se han empleado varias técnicas experimentales. Los primeros experimentos se basaron en gran medida en las técnicas de electrofisiología utilizadas por Hodgkin y Huxley . Los enfoques recientes han incorporado varios modelos matemáticos para comprender los mecanismos previamente identificados y predecir la respuesta y adaptación sistémicas en diversas circunstancias. [ cita requerida ]
Los experimentos de electrofisiología se utilizaron en los primeros días de la neuroendocrinología para identificar los sucesos fisiológicos en el hipotálamo y la hipófisis posterior, especialmente. En 1950, Geoffrey Harris y Barry Cross describieron la vía de la oxitocina mediante el estudio de la liberación de oxitocina en respuesta a la estimulación eléctrica. [24] En 1974, Walters y Hatton investigaron el efecto de la deshidratación hídrica mediante la estimulación eléctrica del núcleo supraóptico, el centro hipotalámico responsable de la liberación de vasopresina. [24] Glenn Hatton dedicó su carrera a estudiar la fisiología del sistema neurohipofisario, lo que implicaba estudiar las propiedades eléctricas de las neuronas hipotalámicas. [24] Hacerlo permitió la investigación sobre el comportamiento de estas neuronas y los efectos fisiológicos resultantes. El estudio de la actividad eléctrica de las células neuroendocrinas permitió la distinción final entre neuronas del sistema nervioso central, neuronas neuroendocrinas y células endocrinas. [25]
El modelo de Hodgkin-Huxley traduce los datos sobre la corriente de un sistema a un voltaje específico en datos dependientes del tiempo que describen el potencial de membrana . Los experimentos que utilizan este modelo suelen basarse en el mismo formato y supuestos, pero varían las ecuaciones diferenciales para responder a sus preguntas particulares. Se ha aprendido mucho sobre la vasopresina, la GnRH, las hormonas somatotrofas, corticotrofas y lactotróficas empleando este método. [8]
El modelo de integración y disparo apunta a la simplicidad matemática en la descripción de los sistemas biológicos, centrándose únicamente en la actividad umbral de una neurona. De esta manera, el modelo reduce con éxito la complejidad de un sistema complicado; sin embargo, ignora los mecanismos de acción reales y los reemplaza con funciones que definen cómo el resultado de un sistema depende de su entrada. [8] Este modelo se ha utilizado para describir la liberación de hormonas a la glándula pituitaria posterior, específicamente oxitocina y vasopresina. [9]
El modelo funcional o de campos medios se basa en la premisa de que "cuanto más simple, mejor". [8] Su objetivo es reducir la complejidad de modelar sistemas multifacéticos utilizando una única variable para describir una población completa de células. La alternativa sería utilizar un conjunto diferente de variables para cada población. Cuando se intenta modelar un sistema en el que interactúan varias poblaciones de células, el uso de varios conjuntos se vuelve rápidamente demasiado complicado. Este modelo se ha utilizado para describir varios sistemas, especialmente los que involucran el ciclo reproductivo (ciclos menstruales, hormona luteinizante, picos de prolactina). [9] También existen modelos funcionales para representar la secreción de cortisol y la secreción de la hormona del crecimiento. [9]