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 del 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, incluidos 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 se conoce comúnmente como el centro de retransmisión del cerebro debido a su función de integrar entradas 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. Luego, estas sustancias químicas se transportan a la glándula pituitaria y de allí a la circulación sistémica. [2]
La glándula pituitaria se divide en tres lóbulos: la hipófisis anterior , el lóbulo pituitario intermedio y la hipófisis posterior . El hipotálamo controla la secreción hormonal de la hipófisis anterior enviando factores liberadores, llamados hormonas trópicas , por el sistema porta hipotálamo-hipofisario. [3] Por ejemplo, la hormona liberadora de tirotropina liberada por el hipotálamo en el sistema portal estimula la secreción de la hormona estimulante de la tiroides por parte de la hipófisis anterior. [ cita necesaria ]
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. Son secretadas directamente a la circulación sistémica por las neuronas hipotalámicas. [3]
La oxitocina y la vasopresina (también llamada hormona antidiurética), las dos hormonas neurohipofisarias de la glándula pituitaria posterior (la neurohipófisis), se secretan 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 del cerebro. [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 adrenocorticotrófica , hormona luteinizante, hormona estimulante del folículo, hormona estimulante de la tiroides) hormona, prolactina y hormona del crecimiento ) permanece bajo el control del hipotálamo. El hipotálamo controla la glándula pituitaria anterior mediante factores liberadores y factores inhibidores de la liberación ; Se trata de 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, transportan los factores hipotalámicos a la hipófisis 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 de la hormona liberadora 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 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 alternos de liberación de GHRH y liberación de somatostatina, que pueden reflejar interacciones neuronales entre la GHRH y las células de somatostatina, y la retroalimentación negativa de la hormona del crecimiento. [6]
Los sistemas neuroendocrinos controlan la reproducción [7] en todos sus aspectos, desde el vínculo hasta el comportamiento sexual. Controlan la espermatogénesis y el ciclo ovárico, el parto , la lactancia y el comportamiento materno . Controlan la respuesta del cuerpo al estrés [8] y las infecciones . [9] Regulan el metabolismo del cuerpo , influyen 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 los fluidos corporales y electrolitos, [12] y la presión arterial . [13]
Las neuronas del sistema neuroendocrino son grandes; son minifábricas de producción de productos secretores; sus terminales nerviosas son grandes y están organizadas en campos terminales coherentes; su producción a menudo puede medirse fácilmente en la sangre; y lo que hacen estas neuronas y a qué estímulos responden están fácilmente abiertos a hipótesis y experimentos. Por lo tanto, las neuronas neuroendocrinas son buenos "sistemas modelo" para estudiar cuestiones generales, como "¿cómo regula una neurona la síntesis, el empaquetado y la secreción de su producto?" y "¿cómo se codifica la información en la actividad eléctrica?" [ cita necesaria ] [Parece que esta es 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 Munich 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 las neuronas hipotalámicas en la circulación porta hipotálamohipofisaria . Por el contrario, las hormonas de la hipófisis posterior se secretan a 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]
El primero de estos factores en identificarse es la hormona liberadora de tirotropina (TRH) y la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). 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 en el cerebro". [ cita necesaria ]
En 1952, Andor Szentivanyi , de la Universidad del Sur de Florida , y Geza Filipp escribieron el primer artículo de investigación del mundo que muestra cómo el control neuronal de la inmunidad tiene lugar a través del hipotálamo. [20]
Hoy en día, la neuroendocrinología abarca una amplia gama de temas que surgieron directa o indirectamente del concepto central de 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 adrenocorticotrófica. El estudio de estas retroalimentaciones pasó a ser competencia de los neuroendocrinólogos. Los péptidos secretados por las neuronas neuroendocrinas hipotalámicas en la sangre demostraron ser liberados también en el cerebro, y las acciones centrales a menudo parecían complementar las acciones periféricas. Por lo tanto, comprender estas acciones centrales también pasó a ser competencia de los neuroendocrinólogos, a veces incluso cuando estos péptidos aparecían en partes muy diferentes del cerebro que parecían cumplir funciones no relacionadas con la regulación endocrina. Se descubrieron neuronas neuroendocrinas en el sistema nervioso periférico , que regulan, por ejemplo, la digestión . Las células de la médula suprarrenal que liberan adrenalina y noradrenalina demostraron tener propiedades entre las células endocrinas y las neuronas y resultaron ser excelentes sistemas modelo, por ejemplo, para el estudio de los mecanismos moleculares de la exocitosis . Y éstos también se han convertido, por extensión, en sistemas neuroendocrinos .
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 del cerebro . Un ejemplo es el refuerzo 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 investigaban 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 mecanismos previamente identificados y predecir la respuesta y adaptación sistémicas en diversas circunstancias. [ cita necesaria ]
Los experimentos de electrofisiología se utilizaron en los primeros días de la neuroendocrinología para identificar los acontecimientos fisiológicos en el hipotálamo y, especialmente, en la hipófisis posterior. En 1950, Geoffrey Harris y Barry Cross delinearon la vía de la oxitocina estudiando la liberación de oxitocina en respuesta a la estimulación eléctrica. [24] En 1974, Walters y Hatton investigaron el efecto de la deshidratación del agua estimulando eléctricamente el 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 implicó estudiar las propiedades eléctricas de las neuronas hipotalámicas. [24] Esto permitió investigar el comportamiento de estas neuronas y los efectos fisiológicos resultantes. El estudio de la actividad eléctrica de las células neuroendocrinas permitió distinguir finalmente entre neuronas del sistema nervioso central, neuronas neuroendocrinas y células endocrinas. [25]
El modelo de Hodgkin-Huxley traduce 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 normalmente se basan 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 mediante el empleo de este método. [8]
El modelo de integración y disparo apunta a la simplicidad matemática al describir sistemas biológicos centrándose en, y sólo en, el umbral de actividad de una neurona. Al hacerlo, 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 la salida de un sistema depende de sus entradas. [8] Este modelo se ha utilizado para describir la liberación de hormonas a la glándula pituitaria posterior, específicamente oxitocina y vasopresina. [9]
El modelo de campos funcionales o medios se basa en la premisa "cuanto más simple, mejor". [8] Se esfuerza por reducir la complejidad del modelado de sistemas multifacéticos mediante el uso de 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 múltiples poblaciones de células, utilizar varios conjuntos rápidamente se vuelve demasiado complicado. Este modelo se ha utilizado para describir varios sistemas, especialmente los relacionados con 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 hormona del crecimiento. [9]