El sistema endocrino [1] es un sistema de mensajería en un organismo que comprende circuitos de retroalimentación de hormonas que son liberadas por glándulas internas directamente al sistema circulatorio y que se dirigen a órganos distantes y los regulan . En los vertebrados , el hipotálamo es el centro de control neural para todos los sistemas endocrinos.
En los seres humanos , las principales glándulas endocrinas son la tiroides , la paratiroides , la pituitaria , la pineal y las glándulas suprarrenales , y los testículos (masculinos) y los ovarios (femeninos) . El hipotálamo , el páncreas y el timo también funcionan como glándulas endocrinas, entre otras funciones. (El hipotálamo y la glándula pituitaria son órganos del sistema neuroendocrino . Una de las funciones más importantes del hipotálamo, que se encuentra en el cerebro adyacente a la glándula pituitaria, es conectar el sistema endocrino con el sistema nervioso a través de la glándula pituitaria). Otros órganos, como los riñones , también tienen funciones dentro del sistema endocrino al secretar ciertas hormonas. El estudio del sistema endocrino y sus trastornos se conoce como endocrinología . La tiroides secreta tiroxina , la pituitaria secreta hormona del crecimiento , la pineal secreta melatonina , los testículos secretan testosterona y los ovarios secretan estrógeno y progesterona . [2]
Las glándulas que se envían señales entre sí en secuencia suelen denominarse ejes, como el eje hipotálamo-hipofisario-suprarrenal . Además de los órganos endocrinos especializados mencionados anteriormente, muchos otros órganos que forman parte de otros sistemas corporales tienen funciones endocrinas secundarias, incluidos los huesos , los riñones , el hígado , el corazón y las gónadas . Por ejemplo, el riñón secreta la hormona endocrina eritropoyetina . Las hormonas pueden ser complejos de aminoácidos, esteroides , eicosanoides , leucotrienos o prostaglandinas . [3]
El sistema endocrino se contrasta tanto con las glándulas exocrinas , que secretan hormonas al exterior del cuerpo, como con el sistema conocido como señalización paracrina entre células a lo largo de una distancia relativamente corta. Las glándulas endocrinas no tienen conductos , son vasculares y comúnmente tienen vacuolas o gránulos intracelulares que almacenan sus hormonas. Por el contrario, las glándulas exocrinas, como las glándulas salivales , las glándulas mamarias y las glándulas submucosas dentro del tracto gastrointestinal , tienden a ser mucho menos vasculares y tienen conductos o un lumen hueco . La endocrinología es una rama de la medicina interna . [3]
El sistema endocrino humano consta de varios sistemas que funcionan a través de circuitos de retroalimentación . Varios sistemas de retroalimentación importantes están mediados por el hipotálamo y la hipófisis. [4]
Las glándulas endocrinas son glándulas del sistema endocrino que secretan sus productos, las hormonas , directamente en los espacios intersticiales donde se absorben en la sangre en lugar de a través de un conducto. Las principales glándulas del sistema endocrino incluyen la glándula pineal , la glándula pituitaria , el páncreas , los ovarios , los testículos , la glándula tiroides , la glándula paratiroides , el hipotálamo y las glándulas suprarrenales . El hipotálamo y la glándula pituitaria son órganos neuroendocrinos .
El hipotálamo y la hipófisis anterior son dos de las tres glándulas endocrinas importantes para la señalización celular. Ambas forman parte del eje HPA, que se sabe que desempeña un papel en la señalización celular en el sistema nervioso.
Hipotálamo: El hipotálamo es un regulador clave del sistema nervioso autónomo. El sistema endocrino tiene tres conjuntos de salidas endocrinas [5] que incluyen el sistema magnocelular, el sistema parvocelular y la intervención autónoma. El magnocelular está involucrado en la expresión de oxitocina o vasopresina. El parvocelular está involucrado en el control de la secreción de hormonas de la hipófisis anterior.
Hipófisis anterior : la función principal de la glándula pituitaria anterior es producir y secretar hormonas trópicas . [6] Algunos ejemplos de hormonas trópicas secretadas por la glándula pituitaria anterior incluyen TSH, ACTH, GH, LH y FSH.
Hay muchos tipos de células que forman el sistema endocrino y estas células normalmente forman tejidos y órganos más grandes que funcionan dentro y fuera del sistema endocrino.
El sistema endocrino fetal es uno de los primeros sistemas que se desarrollan durante el desarrollo prenatal .
La corteza suprarrenal fetal se puede identificar dentro de las cuatro semanas de gestación . La corteza suprarrenal se origina del engrosamiento del mesodermo intermedio . A las cinco o seis semanas de gestación, el mesonefros se diferencia en un tejido conocido como cresta genital. La cresta genital produce las células esteroidogénicas tanto para las gónadas como para la corteza suprarrenal. La médula suprarrenal se deriva de células ectodérmicas . Las células que se convertirán en tejido suprarrenal se mueven retroperitonealmente a la porción superior del mesonefros. A las siete semanas de gestación, las células suprarrenales se unen a las células simpáticas que se originan en la cresta neural para formar la médula suprarrenal . Al final de la octava semana, las glándulas suprarrenales se han encapsulado y han formado un órgano distinto por encima de los riñones en desarrollo. Al nacer, las glándulas suprarrenales pesan aproximadamente de ocho a nueve gramos (el doble que las glándulas suprarrenales adultas) y son el 0,5% del peso corporal total. A las 25 semanas, se desarrolla la zona de la corteza suprarrenal adulta y es responsable de la síntesis primaria de esteroides durante las primeras semanas posnatales.
La glándula tiroides se desarrolla a partir de dos agrupaciones diferentes de células embrionarias. Una parte proviene del engrosamiento del piso faríngeo, que sirve como precursor de las células foliculares productoras de tiroxina (T 4 ) . La otra parte proviene de las extensiones caudales de las cuartas bolsas faringobranquiales, que dan lugar a las células secretoras de calcitonina parafolicular. Estas dos estructuras son evidentes a los 16 o 17 días de gestación. Alrededor del día 24 de gestación, se desarrolla el foramen ciego , un divertículo delgado en forma de matraz del esbozo medio . Aproximadamente a los 24 a 32 días de gestación, el esbozo medio se desarrolla en una estructura bilobulada. A los 50 días de gestación, el esbozo medial y lateral se han fusionado. A las 12 semanas de gestación, la tiroides fetal es capaz de almacenar yodo para la producción de TRH , TSH y hormona tiroidea libre. A las 20 semanas, el feto es capaz de implementar mecanismos de retroalimentación para la producción de hormonas tiroideas. Durante el desarrollo fetal, la T4 es la principal hormona tiroidea que se produce, mientras que la triyodotironina (T3 ) y su derivado inactivo, la T3 inversa , no se detectan hasta el tercer trimestre.
Vista lateral y ventral de un embrión que muestra la tercera (inferior) y cuarta (superior) glándulas paratiroides durante la sexta semana de embriogénesis.
Una vez que el embrión alcanza las cuatro semanas de gestación, las glándulas paratiroides comienzan a desarrollarse. El embrión humano forma cinco pares de bolsas faríngeas revestidas de endodermo . La tercera y la cuarta bolsa son responsables de convertirse en las glándulas paratiroides inferior y superior, respectivamente. La tercera bolsa faríngea se encuentra con la glándula tiroides en desarrollo y migran hacia los polos inferiores de los lóbulos tiroideos. La cuarta bolsa faríngea se encuentra más tarde con la glándula tiroides en desarrollo y migra hacia los polos superiores de los lóbulos tiroideos. A las 14 semanas de gestación, las glándulas paratiroides comienzan a agrandarse desde 0,1 mm de diámetro hasta aproximadamente 1 o 2 mm al nacer. Las glándulas paratiroides en desarrollo son fisiológicamente funcionales a partir del segundo trimestre.
Estudios en ratones han demostrado que interferir con el gen HOX15 puede causar aplasia de la glándula paratiroides , lo que sugiere que el gen juega un papel importante en el desarrollo de la glándula paratiroides. También se ha demostrado que los genes TBX1 , CRKL , GATA3 , GCM2 y SOX3 juegan un papel crucial en la formación de la glándula paratiroides. Las mutaciones en los genes TBX1 y CRKL están correlacionadas con el síndrome de DiGeorge , mientras que las mutaciones en GATA3 también han dado lugar a un síndrome similar al de DiGeorge. Las malformaciones en el gen GCM2 han dado lugar a hipoparatiroidismo . Los estudios sobre las mutaciones del gen SOX3 han demostrado que desempeña un papel en el desarrollo de la paratiroides. Estas mutaciones también conducen a diversos grados de hipopituitarismo.
El páncreas fetal humano comienza a desarrollarse en la cuarta semana de gestación. Cinco semanas después, las células alfa y beta pancreáticas han comenzado a emerger. Al llegar a la octava a décima semana de desarrollo, el páncreas comienza a producir insulina , glucagón , somatostatina y polipéptido pancreático . Durante las primeras etapas del desarrollo fetal, la cantidad de células alfa pancreáticas supera a la cantidad de células beta pancreáticas . Las células alfa alcanzan su pico en la etapa intermedia de la gestación. Desde la etapa intermedia hasta el término, las células beta continúan aumentando en número hasta que alcanzan una proporción aproximada de 1:1 con las células alfa. La concentración de insulina dentro del páncreas fetal es de 3,6 pmol/g entre las siete y diez semanas, que aumenta a 30 pmol/g entre las 16 y 25 semanas de gestación. Cerca del término, la concentración de insulina aumenta a 93 pmol/g. Las células endocrinas se han dispersado por todo el cuerpo en 10 semanas. A las 31 semanas de desarrollo, los islotes de Langerhans se han diferenciado.
Si bien el páncreas fetal tiene células beta funcionales entre las 14 y 24 semanas de gestación, la cantidad de insulina que se libera en el torrente sanguíneo es relativamente baja. En un estudio de mujeres embarazadas que tenían fetos en las etapas de desarrollo de la mitad de la gestación y cerca del término, los fetos no tuvieron un aumento en los niveles plasmáticos de insulina en respuesta a las inyecciones de altos niveles de glucosa. A diferencia de la insulina, los niveles plasmáticos de glucagón fetal son relativamente altos y continúan aumentando durante el desarrollo. En la etapa media de la gestación, la concentración de glucagón es de 6 μg/g, en comparación con los 2 μg/g en los humanos adultos. Al igual que la insulina, los niveles plasmáticos de glucagón fetal no cambian en respuesta a una infusión de glucosa. Sin embargo, un estudio de una infusión de alanina en mujeres embarazadas demostró que aumentaba las concentraciones de glucagón en la sangre del cordón umbilical y en la madre, lo que demuestra una respuesta fetal a la exposición a aminoácidos.
Por lo tanto, si bien las células de los islotes pancreáticos alfa y beta fetales se han desarrollado completamente y son capaces de sintetizar hormonas durante el resto de la maduración fetal, las células de los islotes son relativamente inmaduras en su capacidad para producir glucagón e insulina. Se cree que esto es el resultado de los niveles relativamente estables de concentraciones de glucosa sérica fetal alcanzados mediante la transferencia materna de glucosa a través de la placenta. Por otro lado, los niveles estables de glucosa sérica fetal podrían atribuirse a la ausencia de señalización pancreática iniciada por incretinas durante la alimentación. Además, las células de los islotes pancreáticos fetales no pueden producir suficiente AMPc y degradan rápidamente el AMPc por la fosfodiesterasa necesaria para secretar glucagón e insulina.
Durante el desarrollo fetal, el almacenamiento de glucógeno está controlado por los glucocorticoides fetales y el lactógeno placentario . La insulina fetal es responsable de aumentar la captación de glucosa y la lipogénesis durante las etapas previas al nacimiento. Las células fetales contienen una mayor cantidad de receptores de insulina en comparación con las células adultas y los receptores de insulina fetal no se regulan a la baja en casos de hiperinsulinemia . En comparación, los receptores hápticos de glucagón fetales se reducen en comparación con las células adultas y el efecto glucémico del glucagón se atenúa. Este cambio fisiológico temporal ayuda a aumentar la tasa de desarrollo fetal durante el último trimestre. La diabetes mellitus materna mal controlada está relacionada con la macrosomía fetal , un mayor riesgo de aborto espontáneo y defectos en el desarrollo fetal. La hiperglucemia materna también está relacionada con el aumento de los niveles de insulina y la hiperplasia de células beta en el lactante postérmino. Los hijos de madres diabéticas tienen un mayor riesgo de padecer enfermedades como: policitemia , trombosis de la vena renal , hipocalcemia , síndrome de dificultad respiratoria , ictericia , miocardiopatía , cardiopatía congénita y desarrollo inadecuado de órganos.
El sistema reproductor comienza a desarrollarse entre la cuarta y la quinta semana de gestación con la migración de las células germinales. La gónada bipotencial resulta de la unión de la región medioventral de la cresta urogenital . En la quinta semana, las gónadas en desarrollo se separan del primordio suprarrenal. La diferenciación gonadal comienza 42 días después de la concepción.
En los varones, los testículos se forman a las seis semanas fetales y las células de Sertoli comienzan a desarrollarse a la octava semana de gestación. El locus determinante del sexo, SRY , sirve para diferenciar las células de Sertoli . Las células de Sertoli son el punto de origen de la hormona antimülleriana . Una vez sintetizada, la hormona antimülleriana inicia la regresión ipsilateral del tracto mülleriano e inhibe el desarrollo de las características internas femeninas. A las 10 semanas de gestación, las células de Leydig comienzan a producir hormonas andrógenas. La hormona andrógena dihidrotestosterona es responsable del desarrollo de los genitales externos masculinos.
Los testículos descienden durante el desarrollo prenatal en un proceso de dos etapas que comienza a las ocho semanas de gestación y continúa hasta mediados del tercer trimestre. Durante la etapa transabdominal (8 a 15 semanas de gestación), el ligamento gubernáculo se contrae y comienza a engrosarse. El ligamento craneosuspensorio comienza a descomponerse. Esta etapa está regulada por la secreción de insulina similar a 3 (INSL3), un factor similar a la relaxina producido por los testículos, y el receptor acoplado a G de INSL3, LGR8. Durante la fase transinguinal (25 a 35 semanas de gestación), los testículos descienden al escroto. Esta etapa está regulada por los andrógenos, el nervio genitofemoral y el péptido relacionado con el gen de la calcitonina. Durante el segundo y tercer trimestre, el desarrollo testicular concluye con la disminución de las células de Leydig fetales y el alargamiento y enrollamiento de los cordones seminíferos .
En las mujeres, los ovarios se hacen visibles morfológicamente en la octava semana de gestación. La ausencia de testosterona produce una disminución de las estructuras de Wolff. Las estructuras de Müller permanecen y se desarrollan en las trompas de Falopio, el útero y la región superior de la vagina. El seno urogenital se desarrolla en la uretra y la región inferior de la vagina, el tubérculo genital se desarrolla en el clítoris, los pliegues urogenitales se desarrollan en los labios menores y las protuberancias urogenitales se desarrollan en los labios mayores. A las 16 semanas de gestación, los ovarios producen receptores de FSH y LH/hCG . A las 20 semanas de gestación, los precursores de las células de la teca están presentes y se está produciendo la mitosis de las ovogonias . A las 25 semanas de gestación, el ovario está morfológicamente definido y puede comenzar la foliculogénesis .
Los estudios de expresión genética muestran que un conjunto específico de genes, como la folistatina y varios inhibidores de la ciclina quinasa, intervienen en el desarrollo ovárico. Se ha demostrado que una variedad de genes y proteínas, como WNT4, RSPO1, FOXL2 y varios receptores de estrógeno, impiden el desarrollo de los testículos o el linaje de células de tipo masculino.
La glándula pituitaria se forma dentro de la placa neural rostral. La bolsa de Rathke, una cavidad de células ectodérmicas de la orofaringe , se forma entre la cuarta y quinta semana de gestación y, al alcanzar su desarrollo completo, da lugar a la glándula pituitaria anterior. A las siete semanas de gestación, comienza a desarrollarse el sistema vascular de la pituitaria anterior. Durante las primeras 12 semanas de gestación, la pituitaria anterior experimenta una diferenciación celular. A las 20 semanas de gestación, se ha desarrollado el sistema porta hipofisario . La bolsa de Rathke crece hacia el tercer ventrículo y se fusiona con el divertículo. Esto elimina el lumen y la estructura se convierte en la hendidura de Rathke. El lóbulo pituitario posterior se forma a partir del divertículo. Porciones del tejido pituitario pueden permanecer en la línea media nasofaríngea. En casos raros, esto da lugar a tumores ectópicos secretores de hormonas funcionales en la nasofaringe.
El desarrollo funcional de la hipófisis anterior implica la regulación espaciotemporal de los factores de transcripción expresados en las células madre hipofisarias y gradientes dinámicos de factores solubles locales. La coordinación del gradiente dorsal de la morfogénesis hipofisaria depende de las señales neuroectodérmicas de la proteína morfogenética del hueso infundibular 4 (BMP4). Esta proteína es responsable del desarrollo de la invaginación inicial de la bolsa de Rathke. Otras proteínas esenciales necesarias para la proliferación de células hipofisarias son el factor de crecimiento de fibroblastos 8 (FGF8), Wnt4 y Wnt5. El patrón de desarrollo ventral y la expresión de factores de transcripción están influenciados por los gradientes de BMP2 y la proteína Sonic Hedgehog (SHH). Estos factores son esenciales para coordinar los patrones tempranos de proliferación celular.
A las seis semanas de gestación, se pueden identificar las células corticotropas . A las siete semanas de gestación, la hipófisis anterior es capaz de secretar ACTH. A las ocho semanas de gestación, las células somatotropas comienzan a desarrollarse con expresión citoplasmática de la hormona de crecimiento humana. Una vez que el feto alcanza las 12 semanas de desarrollo, las células tirotropas comienzan a expresar subunidades beta para TSH, mientras que las gonadotropas comienzan a expresar subunidades beta para LH y FSH. Los fetos masculinos produjeron predominantemente gonadotropas que expresaban LH, mientras que los fetos femeninos produjeron una expresión igual de gonadotropas que expresaban LH y FSH. A las 24 semanas de gestación, comienzan a surgir las lactotropas que expresaban prolactina .
Una hormona es una clase de moléculas de señalización producidas por células en glándulas en organismos multicelulares que son transportadas por el sistema circulatorio a órganos distantes para regular la fisiología y el comportamiento . Las hormonas tienen diversas estructuras químicas, principalmente de 3 clases: eicosanoides , esteroides y derivados de aminoácidos / proteínas ( aminas , péptidos y proteínas ). Las glándulas que secretan hormonas comprenden el sistema endocrino. El término hormona a veces se extiende para incluir sustancias químicas producidas por células que afectan a la misma célula ( señalización autocrina o intracrina ) o células cercanas ( señalización paracrina ).
Las hormonas se utilizan para la comunicación entre órganos y tejidos para la regulación fisiológica y las actividades conductuales , como la digestión, el metabolismo , la respiración , la función tisular , la percepción sensorial , el sueño , la excreción , la lactancia , el estrés , el crecimiento y el desarrollo , el movimiento , la reproducción y el estado de ánimo . [12] [13]
Las hormonas afectan a células distantes uniéndose a proteínas receptoras específicas en la célula diana, lo que produce un cambio en la función celular. Esto puede provocar respuestas específicas del tipo de célula que incluyen cambios rápidos en la actividad de las proteínas existentes o cambios más lentos en la expresión de los genes diana. Las hormonas basadas en aminoácidos ( aminas y hormonas peptídicas o proteicas ) son solubles en agua y actúan en la superficie de las células diana a través de vías de transducción de señales ; las hormonas esteroides , al ser solubles en lípidos, se mueven a través de las membranas plasmáticas de las células diana para actuar dentro de sus núcleos .
El modo típico de señalización celular en el sistema endocrino es la señalización endocrina, es decir, utilizar el sistema circulatorio para llegar a órganos diana distantes. Sin embargo, también existen otros modos, es decir, la señalización paracrina, autocrina y neuroendocrina . La señalización puramente neurocrina entre neuronas , por otro lado, pertenece por completo al sistema nervioso .
La señalización autocrina es una forma de señalización en la que una célula secreta una hormona o un mensajero químico (llamado agente autocrino) que se une a los receptores autocrinos de la misma célula, lo que produce cambios en las células.
Algunos endocrinólogos y médicos clínicos incluyen el sistema paracrino como parte del sistema endocrino, pero no hay consenso. Los paracrinos actúan más lentamente y se dirigen a las células del mismo tejido u órgano. Un ejemplo de esto es la somatostatina , que es liberada por algunas células pancreáticas y se dirige a otras células pancreáticas. [3]
La señalización yuxtacrina es un tipo de comunicación intercelular que se transmite a través de componentes oligosacáridos, lipídicos o proteicos de una membrana celular y puede afectar tanto a la célula emisora como a las células inmediatamente adyacentes. [14]
Se produce entre células adyacentes que poseen amplios parches de membrana plasmática muy opuestos y unidos por canales transmembrana conocidos como conexones . La separación entre las células suele ser de entre 2 y 4 nm. [15]
Las enfermedades del sistema endocrino son comunes, [17] incluyendo condiciones como diabetes mellitus , enfermedad tiroidea y obesidad . La enfermedad endocrina se caracteriza por liberación de hormonas mal regulada (un adenoma hipofisario productivo ), respuesta inapropiada a la señalización ( hipotiroidismo ), falta de una glándula ( diabetes mellitus tipo 1 , eritropoyesis disminuida en insuficiencia renal crónica ) o agrandamiento estructural en un sitio crítico como la tiroides ( bocio multinodular tóxico ). La hipofunción de las glándulas endocrinas puede ocurrir como resultado de pérdida de reserva, hiposecreción, agenesia , atrofia o destrucción activa. La hiperfunción puede ocurrir como resultado de hipersecreción, pérdida de supresión, cambio hiperplásico o neoplásico o hiperestimulación.
Las endocrinopatías se clasifican en primarias, secundarias o terciarias. La enfermedad endocrina primaria inhibe la acción de las glándulas situadas aguas abajo. La enfermedad endocrina secundaria es indicativa de un problema con la glándula pituitaria. La enfermedad endocrina terciaria se asocia con una disfunción del hipotálamo y sus hormonas liberadoras. [18]
Así como la tiroides y las hormonas han sido implicadas en la señalización de tejidos distantes para que proliferen, por ejemplo, se ha demostrado que el receptor de estrógeno está involucrado en ciertos cánceres de mama . La señalización endocrina, paracrina y autocrina han sido implicadas en la proliferación, uno de los pasos necesarios de la oncogénesis . [19]
Otras enfermedades comunes que resultan de la disfunción endocrina incluyen la enfermedad de Addison , la enfermedad de Cushing y la enfermedad de Graves . La enfermedad de Cushing y la enfermedad de Addison son patologías que involucran la disfunción de la glándula suprarrenal. La disfunción en la glándula suprarrenal podría deberse a factores primarios o secundarios y puede resultar en hipercortisolismo o hipocortisolismo . La enfermedad de Cushing se caracteriza por la hipersecreción de la hormona adrenocorticotrópica (ACTH) debido a un adenoma hipofisario que finalmente causa hipercortisolismo endógeno al estimular las glándulas suprarrenales. [20] Algunos signos clínicos de la enfermedad de Cushing incluyen obesidad, cara de luna e hirsutismo. [21] La enfermedad de Addison es una enfermedad endocrina que resulta del hipocortisolismo causado por la insuficiencia de la glándula suprarrenal. La insuficiencia suprarrenal es significativa porque se correlaciona con la disminución de la capacidad para mantener la presión arterial y el azúcar en sangre, un defecto que puede resultar fatal. [22]
La enfermedad de Graves implica la hiperactividad de la glándula tiroides, que produce las hormonas T3 y T4. [21] Los efectos de la enfermedad de Graves varían desde sudoración excesiva, fatiga , intolerancia al calor y presión arterial alta hasta hinchazón de los ojos que causa enrojecimiento, hinchazón y, en casos raros, visión reducida o doble. [15]
Se ha observado un sistema neuroendocrino en todos los animales con un sistema nervioso y todos los vertebrados tienen un eje hipotálamo-hipófisis. [23] Todos los vertebrados tienen una tiroides, que en los anfibios también es crucial para la transformación de las larvas en forma adulta. [24] [25] Todos los vertebrados tienen tejido de glándula suprarrenal, y los mamíferos son únicos en tenerlo organizado en capas. [26] Todos los vertebrados tienen alguna forma de eje renina-angiotensina, y todos los tetrápodos tienen aldosterona como mineralocorticoide primario . [27] [28]
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