Las hormonas hipofisarias y su relación con el hipotálamo
La hipófisis o glándula pituitaria se encuentra situada en la base del encéfalo, unida al hipotálamo, y es en nuestra especie de un tamaño aproximado al de un garbanzo (Fig. 13.6). Durante las primeras décadas del siglo pasado se consideró que era la principal glándula reguladora del sistema endocrino y, aunque es cierta su mediación en muchos procesos fisiológicos, perdió su protagonismo cuando se descubrió que estaba bajo el control del hipotálamo.
Los resultados obtenidos por diferentes investigadores a partir de los años cuarenta fueron determinantes para establecer que era una estructura del SN, el hipotálamo, la que desempeñaba el papel principal en el control del sistema endocrino y de la que dependía el funcionamiento de la hipófisis. Años antes, se había descubierto que desde una terminación nerviosa podían ser liberadas hormonas a la circulación general, desarrollándose el concepto de neurosecreción. Por otro lado, se había observado que cuando era extirpada la hipófisis de su ubicación normal y se trasplantaba a otra parte del cuerpo donde era adecuadamente vascularizada, el injerto permanecía vivo durante mucho tiempo, pero el animal operado reaccionaba como si no tuviera hipófisis, dejaba de crecer, no se reproducía y su metabolismo quedaba alterado, lo que hacía evidente que la hipófisis debía estar unida al hipotálamo para funcionar normalmente. Posteriores estudios anatómicos e histológicos de la glándula hipofisaria demostraron la existencia de una conexión sanguínea entre el hipotálamo y la hipófisis, y fue el fisiólogo Geoffrey Harris (1913-1971), considerado el padre de la Neuroendocrinología, quien planteó la hipótesis de que el hipotálamo podía liberar determinadas hormonas en los vasos sanguíneos que le unen con la hipófisis, el sistema porta hipotalámico-hipofisario. Estas hormonas, al llegar a la hipófisis, inducirían la liberación de las hormonas hipofisarias.
En la década de los setenta, R. Guillemin y A. Schally (Fig. 13.7), entre otros, confirmaron esta hipótesis al demostrar la presencia de estas hormonas hipotalámicas. En resumen, se puede decir que este conjunto de investigaciones puso de manifiesto que algunas neuronas del hipotálamo liberan hormonas en respuesta a la información neural, es decir, actúan como transductores neuroendocrinos constituyendo el punto de conexión entre el SN y el sistema endocrino. Esta conexión supone un puente entre los estímulos ambientales procesados en el SNC y la función secretora de las glándulas endocrinas.
Hoy se conocen numerosas hormonas hipotalámicas así como sus mecanismos de acción y sus funciones en e! organismo. Las hormonas liberadas por neuronas hipotalámicas reciben el nombre de neurohormonas debido a que son sintetizadas en neuronas a las que se denomina células neurosecretoras o neuroendocrinas. Aunque el término de neurohormonas es el más adecuado cuando nos referimos a las hormonas o precursores de hormonas sintetizados en neuronas, en este capítulo se utilizará también el término más general de hormonas para designarlas.
Los terminales axónicos de las neuronas hipotalámicas pueden formar contactos sinápticos como los de cualquier otra neurona o pueden liberar hormonas en la circulación sanguínea. Según los axones se dirijan a los lóbulos anterior o posterior de la hipófisis tienen diferentes posibilidades para liberar sus hormonas.
La hipófisis está formada por dos regiones muy diferenciadas (Fig. 13.6): un lóbulo posterior o neurohipófisis, considerado una extensión del hipotálamo, y el lóbulo anterior o adenohipófisis que no posee ninguna conexión nerviosa y actúa como una glándula real. Estas dos partes funcionan de forma totalmente independiente y tienen orígenes embriológicos diferentes. Entre estas dos zonas hay una región relativamente pequeña, denominada parte intermedia, apenas diferenciada en humanos pero sí en otras especies, y cuya función es la síntesis de la hormona estimulante de melanocitos (MSH).
El control que el hipotálamo ejerce sobre la hipófisis se lleva a cabo de dos formas diferentes:
- liberando hormonas a la circulación general desde la neurohipófisis;
- sintetizando hormonas que son segregadas al sistema porta hipotalámico-hipofisario hasta alcanzar la hipófisis anterior donde estimulan o inhiben la actividad secretora de sus células.
De esta manera, el hipotálamo, que a su vez recibe información de un gran número de estructuras cerebrales, constituye una región clave en la interacción que se establece entre el SN y el sistema endocrino.
Las hormonas hipotalámicas serán tratadas a continuación, cuando se explique cada una de las partes de la hipófisis.
Hormonas de la Neurohipófisis
La hipófisis posterior libera dos hormonas, oxitocina y vasopresina, producidas en los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo. Estos núcleos hipotalámicos contienen grandes células (neuronas magnocelulares) cuyos axones se dirigen a través de la eminencia media y el tallo hipofisario hasta la neurohipófisis, donde terminan en numerosas ramificaciones que entran en contacto con los capilares sanguíneos (Fig. 13.9). Realmente la neurohipófisis no es en sí una glándula endocrina, sino una red especializada de capilares que recibe las hormonas del hipotálamo y las libera a la circulación sanguínea.
La vasopresina y la oxitocina son péptidos formados por nueve aminoácidos, con una estructura muy semejante, sólo difieren en dos aminoácidos. Se sintetizan como prohormonas en los somas de las neuronas magnocelulares y son transportadas en vesículas a lo largo de los axones hasta la neurohipófisis donde van a ser liberadas. El procesamiento de las prohormonas en vasopresina y oxitocina se produce durante el transporte a lo largo del axón. La liberación de estas hormonas tiene lugar cuando los potenciales de acción producidos en las propias células neurosecretoras llegan hasta el terminal axónico.
Funciones de la Oxitocina
La oxitocina está involucrada fundamentalmente en la función reproductora de los mamíferos, tanto en la fecundación, como en el parto y la lactancia (Figura 13.10).
Al igual que ocurre en otros mamíferos, la estimulación sexual de la mujer durante el coito aumenta la secreción de oxitocina, la cual interviene en las contracciones uterinas que ocurren durante el orgasmo. Estas contracciones uterinas facilitan la fertilización del óvulo al propulsar el esperma hacia las trompas de Falopio. En el caso de los hombres parece ser que facilita la circulación del esperma y la contracción del tejido muscular liso de los órganos reproductores.
Por otro lado, debido a su capacidad para provocar la contracción del útero, la oxitocina participa en el parto y, aunque por sí sola no lo inicia, tiene un papel fundamental en la intensidad y frecuencia de las contracciones uterinas. Su liberación se produce como respuesta a la presión ejercida por el feto a término sobre el cuello del útero: la información sensorial producida por el estiramiento intenso del cuello del útero es transmitida por vía nerviosa hasta el hipotálamo donde se produce la síntesis de oxitocina, la cual llega por la sangre hasta el útero donde aumenta las contracciones y favorece la expulsión del feto. Por tanto, durante el parto, por un mecanismo de retroalimentación mediado por la oxitocina, se produce un ciclo de contracciones uterinas que van aumentando en intensidad y frecuencia, y que culminan con el nacimiento del bebé. La administración de oxitocina se utiliza frecuentemente para inducir o acelerar el parto cuando el útero es sensible a ella, ya que sólo responde a esta hormona cuando han tenido lugar los cambios hormonales inducidos a lo largo de la gestación.
La oxitocina es la hormona de la lactancia ya que produce la eyección de leche al provocar la contracción de las células mioepiteliales que rodean los alvéolos de las glándulas mamarias. La succión que realiza el lactante produce una estimulación táctil en la madre que es transmitida desde las terminaciones nerviosas del pezón, a través de la médula espinal, hasta el tálamo y la corteza cerebral, y desde ahí a las neuronas magnocelulares hipotalámicas cuya activación produce la liberación de oxitocina desde la neurohipófisis. El reflejo de lactancia (Fig. 13.10) es un buen ejemplo de reflejo neuroendocrino, donde los impulsos nerviosos que llegan hasta el hipotálamo provocan la secreción endocrina. El tiempo que tarda en producirse este reflejo es la razón que justifica el hecho de que cuando el lactante empieza a mamar no obtiene leche inmediatamente, sino que ésta llega al pezón tras una demora de unos 30 segundos.
Sobre el hipotálamo confluyen otras aferencias que pueden modificar el reflejo de lactancia. Puede estar asociado a estímulos ambientales, de tal manera que se produzca la liberación de oxitocina antes de que tenga lugar la estimulación sensorial de los pezones. Así, ante el llanto de un bebé hambriento, muchas madres experimentan la secreción de leche, debido a las asociaciones que se han establecido entre estímulos auditivos y visuales, y la estimulación del pezón. Por el contrario, este reflejo puede ser inhibido por estados emocionales que impiden el inicio y desarrollo de la lactancia.
Además, la oxitocina actúa como neuromodulador en el cerebro donde interviene en diferentes procesos conductuales. Parece ser que es la hormona implicada en la formación de vínculos entre individuos y en el establecimiento de relaciones afectivas duraderas. Es sensible al tacto y al contacto físico, y está demostrado que favorece la conducta maternal: la inyección intracerebroventricular de oxitocina a ratas hembras vírgenes hace que éstas desarrollen comportamiento maternal hacia sus cachorros adoptivos, mientras que la administración de un antagonista que bloquea los efectos de esta hormona suprime el inicio de comportamiento maternal después del parto. Esta misma función se ha descrito en múltiples especies, incluida la nuestra. De hecho se ha observado que, al igual que ocurre en la madre, se produce un incremento de oxitocina en el cerebro de los padres cuando mantienen contacto físico con su bebé. También está implicada en el amor romántico (tienen mayores niveles las personas que dicen estar enamorándose), en el deseo y en la receptividad sexual. En cuanto a su implicación en el establecimiento de vínculos de pareja, se ha observado en ratones hembra que durante la cópula aumenta la liberación de oxitocina, hormona que actúa sobre los sistemas del cerebro relacionados con el placer y la recompensa, y se supone que esto incrementa el establecimiento de lazos de pareja monogámica con su pareja sexual.
Además de intervenir en el establecimiento de lazos familiares, se investiga la implicación de la oxitocina en la formación de vínculos sociales ya que parece jugar una función importante en el establecimiento de relaciones de confianza entre personas. Desde finales del siglo pasado se han realizado investigaciones que estudian la concentración sanguínea de esta hormona en algunas neuropatologías que implican una alteración importante de la interacción social como en el caso del autismo. En esta línea, se ha demostrado que la administración de oxitocina reduce algunos comportamientos típicos del espectro autista. En el SNC, la oxitocina actúa como neuromodulador en diferentes regiones cerebrales (hipocampo, amígdala, núcleo accumbens, entre otros) que tienen relación con la percepción social, la emoción, la motivación, etc, y, en consecuencia, no es extraño que esta hormona reduzca algunos problemas que guardan relación con el autismo.
Funciones de la Vasopresina
A la vasopresina se la conoce también como hormona antidiurética (ADH) o como arginina vasopresina (AVP) y es una hormona implicada en la regulación de los líquidos del organismo, función que es vital si tenemos en cuenta que nuestro cuerpo está compuesto en un 60% de agua. Su efecto principal es inducir un descenso en la producción de orina, o lo que es lo mismo, aumentar la cantidad de agua que se retiene.
Esto se debe a que produce un aumento en la permeabilidad para el agua en las membranas celulares de los túbulos colectores del riñón lo que permite que el agua y los electrolitos se reabsorban y no se eliminen en la orina. De esta manera, la vasopresina es uno de los factores que intervienen en la regulación del volumen sanguíneo, el balance electrolítico y la presión arterial, contribuyendo así al mantenimiento de la constancia del medio interno u homeostasis. Sin esta hormona, el riñón produce grandes cantidades de orina muy diluida, alteración que se conoce con el nombre de diabetes insípida.
La liberación de vasopresina en la circulación sanguínea por parte de las neuronas magnocelulares de los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo (Fig. 13.11) está influida por varios sistemas de retroalimentación que controlan el ritmo de descarga de estas neuronas. Reciben aferencias desde algunos órganos circunventriculares que, como ya se ha señalado, se localizan en las paredes de los ventrículos encefálicos y desempeñan un papel fundamental en la detección de cambios en los fluidos. Además reciben información periférica desde los barorreceptores arteriales localizados en el arco de la aorta y el seno carotideo, cuyas señales llegan hasta el hipotálamo desde el núcleo del tracto solitario a través del haz prosencefálico medial. Estos receptores de presión son esenciales para la detección de cambios en el volumen sanguíneo el cual debe mantenerse dentro de unos límites bastante estrictos para el correcto funcionamiento del corazón. Cuando se producen pérdidas importantes de sangre, como en el caso de una hemorragia, la vasopresina actúa regulando la presión, de ahí su nombre, provocando vasoconstricción arterial y capilar lo que hace que el flujo sanguíneo sea más lento y de esta manera aumenten las posibilidades de supervivencia.
El consumo de alcohol inhibe la producción de esta hormona y no se produce la reabsorción de agua que es eliminada por la orina (razón por la que aumenta la excreción de orina cuando se bebe alcohol).
La vasopresina actúa como neuromodulador en el cerebro donde, entre otras funciones, parece desempeñar un papel mediador en la formación de la memoria. Además, al igual que la oxitocina en el caso de las hembras, parece que está implicada en que los machos establezcan apego y vinculación de pareja. Se ha observado en una especie de roedores (el topillo de la pradera, Microtus ochrogaster) que cuando un macho y una hembra copulan, permanecen ya juntos toda la vida. Esta monogamia se debe a la vasopresina ya que si se inhibe su liberación, el macho se vuelve polígamo (como su especie hermana, el topillo de la montaña, Microtus montanus, en la que los machos son polígamos y no cuidan de la prole). Se ha descubierto que las variaciones en un gen que codifica el receptor de la vasopresina están implicadas directamente en la monogamia y la poligamia en esta especie. De este mismo gen existen en nuestra especie variantes que se han relacionado con diferencias en la fidelidad de pareja que muestran los hombres (Fig. 13.12).
Hormonas de la Adenohipófisis y Hormonas Hipotalámicas Implicadas en su Liberación
La adenohipófisis, en comparación con la neurohipófisis, es una verdadera glándula endocrina compuesta de células secretoras. Además, la adenohipófisis está a su vez bajo un estricto control hormonal.
Para funcionar normalmente, la hipófisis anterior debe permanecer unida al hipotálamo a pesar de que no mantiene ninguna conexión nerviosa. Tiene pues que existir un vínculo químico entre el hipotálamo y la adenohipófisis, ese vínculo son las neurohormonas hipotalámicas.
Estas neurohormonas hipotalámicas se denominan hormonas liberadoras u hormonas inhibidoras según actúen estimulando o inhibiendo la secreción hormonal de las células de la hipófisis anterior. En la Tabla 13.1 aparecen las hormonas liberadas por la hipófisis anterior así como las hormonas hipotalámicas que activan o inhiben su liberación.
Las neurohormonas que controlan la adenohipófisis son liberadas por las neuronas parvocelulares del hipotálamo en un sistema vascular especializado, el sistema porta hipotalámico-hipofisario. Este sistema garantiza que las neurohormonas no se diluyan en la circulación sanguínea general y que estas señales hormonales sean captadas por las células de la adenohipófisis (Fig. 13.13).
La distribución de neuronas hipotalámicas que liberan sus hormonas en el sistema porta es muy amplia, aunque un gran número de ellas se localiza en el área preóptica medial y en los núcleos del interior de la zona periventricular. La mayoría de estas hormonas hipotalámicas también se localizan en otras zonas del hipotálamo y en distintas estructuras del SNC donde actúan como sustancias neuroactivas y no sólo como hormonas que regulan la liberación de las hormonas de la hipófisis anterior (Tabla 13.1).
De las hormonas segregadas por la hipófisis anterior, cuatro son hormonas trópicas, es decir, hormonas que tienen como diana otras glándulas (tiroides, corteza suprarrenal y gónadas) sobre la que actúan para regular su producción hormonal. Es el caso de la hormona estimulante del tiroides (TSH), la hormona adrenocorticotrópica (ACTH) y las gonadotropinas, que incluyen la hormona foliculo-estimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH). Además de estas hormonas trópicas, la adenohipófisis libera la hormona del crecimiento (GH) y la prolactina (Fig. 13.14).
La hormona estimulante del tiroides (TSH) o tirotropina se fija a receptores específicos local izados en la membrana de las células de la glándula tiroides para estimular la liberación de hormonas tiroideas. La secreción de TSH está regulada por la hormona liberadora de tirotropina (TRH), hormona hipotalámica que estimula su síntesis y secreción, y por los niveles plasmáticos de hormonas tiroideas.
Las gonadotropinas, que son la hormona foliculoestimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH), controlan las funciones ováricas y testiculares, aunque ambas hormonas reciben sus nombres por la función que realizan en la hembra. La secreción de estas hormonas está controlada tanto por la liberación periódica de una hormona hipotalámica, la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), como por los niveles plasmáticos de hormonas gonadales.
La hormona adrenocorticotrópica o corticotropina (ACTH) tiene como función principal regular la secreción de glucocorticoides de la corteza suprarrenal. La secreción de ACTH se halla bajo el control ejercido conjuntamente por el hipotálamo a través de la liberación de hormona liberadora de corticotropina (CRH) y por el efecto regulador de los glucocorticoides circulantes.
Además de estas hormonas que actúan sobre diferentes glándulas endocrinas cuyo funcionamiento se describirá más adelante, ya se ha comentado que otras dos hormonas son liberadas por la adenohipófisis: la hormona del crecimiento y la prolactina.
La hormona del crecimiento (GH), llamada también somatotropina, estimula el crecimiento del cuerpo mediante la producción en el hígado de diferentes sustancias a las que se denomina colectivamente somatomedinas. Las somatomedinas afectan al crecimiento a través de sus acciones sobre los huesos y otros tejidos. Éstas activan la síntesis de proteínas y afectan al metabolismo de la glucosa. Los niveles plasmáticos de GH son dependientes de la edad, manteniéndose en niveles muy elevados durante toda la pubertad. Su escasez produce enanismo hipofisario, mientras que un exceso da lugar a gigantismo. Cuando el exceso de esta hormona se da en la edad adulta, no produce gigantismo debido a que los huesos ya no crecen en longitud, pero sí se produce acromegalia, alteración caracterizada por un aumento en los tejidos que todavía son sensibles a sus efectos, como es el caso de la mandíbula y las articulaciones de manos y pies.
La secreción de GH está regulada por dos hormonas hipotalámicas, una que facilita su liberación, la hormona liberadora de hormona del crecimiento (GHRH), y otra que la inhibe, la hormona inhibidora de hormona del crecimiento o somatostatina. Diferentes señales extrahipotalámicas regulan la producción de somatostatina, señales que están condicionadas por el estrés, la nutrición, el ejercicio y el ritmo vigilia/sueño.
La prolactina es una hormona hipofisaria que toma su nombre de su efecto estimulador de la producción de leche en los mamíferos tras el parto, aunque también interviene en otros procesos relacionados con la reproducción como son la supresión postparto del ciclo reproductivo y la conducta maternal. Los niveles de prolactina son normalmente bajos, sin embargo aumentan de forma importante durante el embarazo para promover el desarrollo de las mamas, y de forma muy significativa en el momento del nacimiento, provocando una rápida secreción de leche. El control hipotalámico de la secreción de prolactina es principalmente inhibitorio.
La dopamina, localizada en el núcleo arqueado y en el sistema porta, y con receptores en las células que liberan prolactina, es el principal factor inhibidor de la liberación de prolactina. Mientras dura la lactancia del bebé, el hipotálamo, que recibe diferentes aferencias, reduce la secreción de dopamina, manteniendo un nivel suficiente de esta hormona que actúa directamente para que la producción de leche no se detenga. El hipotálamo juega un papel fundamental en la secreción láctea, tanto por liberar oxitocina, como por controlar la liberación de prolactina. Además, al formar parte de los circuitos implicados en la emoción, se puede entender el hecho de que estados emocionales intensos alteren el funcionamiento del sistema secretor de leche.
Las hormonas que se liberan en respuesta a la acción de las hormonas trópicas adenohipofisarias son:
- las hormonas tiroideas,
- las hormonas corticosuprarrenales y
- las hormonas gonadales.
Los tres ejes neuroendocrinos más importantes son:
- el eje hipotalámico-hipofisario-tiroideo,
- el eje hipotalámico-hipofisario-adrenal y
- el eje hipotalámico-hipofisario-gonadal.