Principios generales de las hormonas
Hasta principios del siglo XX se mantuvo la idea de que tanto la coordinación y regulación de las funciones de diferentes partes del organismo, como el control de la relación de éste con el medio que le rodea, dependía exclusivamente del sistema nervioso (SN). Con el nacimiento, al inicio del siglo pasado, de la Endocrinología, definida como la «ciencia de las secreciones internas», empezó a conocerse la implicación de las hormonas en la regulación de diferentes funciones fisiológicas (metabolismos energético, nutrición, desarrollo, crecimiento, etc). Aunque implícitamente también se sabía de las acciones que las hormonas ejercen sobre la conducta, hasta la mitad del siglo XX no se empezó a investigar de forma sistemática las influencias mutuas que se establecen entre ellas, dando origen estos estudios a una nueva disciplina de la Psicobiología, la Psicoendocrinología, que centía su interés en conocer los mecanismos por los que las hormonas afectan a la conducta y a los procesos psicológicos, y cómo éstos a su vez pueden influir en la liberación y el funcionamiento de las hormonas.
Los organismos cuentan con mecanismos que operan para mantener una estabilidad interna, u homeostasis, a pesar de los cambios en el medio externo. El mantenimiento de un ambiente interno constante es necesario para el funcionamiento adecuado de los componentes celulares de los diferentes tejidos.
Así, por ejemplo, para que las neuronas puedan funcionar adecuadamente han de recibir a través de la circulación sanguínea un aporte constante de glucosa y el fluido extracelular que las baña debe tener una determinada concentración de Na⁺, K⁺ y Ca2+. Si la concentración de estos iones se altera, la comunicación neuronal no puede producirse correctamente. El mantenimiento de la homeostasis requiere la acción coordinada de diferentes sistemas que recojan información, la integren y den la respuesta más apropiada.
Para dar una respuesta adaptativa a las variaciones del medio interno y a los estímulos del entorno, los organismos han desarrollado en el curso de la evolución dos sistemas de coordinación interna y de interacción con el exterior, el SN y el sistema endocrino, que cooperan entre sí a lo largo de toda la vida. Ya se ha descrito cómo el desarrollo del SN da lugar a la arquitectura neural necesaria para poder integrar la información que recibimos del ambiente con acontecimientos que reflejen aspectos importantes del estado fisiológico del organismo, y dicha integración es la que permite a un organismo elaborar conductas adaptativas y respuestas fisiológicas esenciales para la supervivencia de los individuos y la continuidad de la especie. Pues bien, es a través de! sistema endocrino como consigue el SN en gran medida estos fines.
El sistema endocrino interviene en la regulación y el control de diferentes procesos del organismo mediante señales químicas, las hormonas, que se difunden a través de la circulación sanguínea y transportan mensajes que pueden llegar a todas las células del organismo y su efecto sobre ellas dependerá de la existencia de receptores. Aunque, durante mucho tiempo, basándose fundamentalmente en las diferencias observadas entre la comunicación neuronal y hormonal, se consideró que el SN y el sistema endocrino funcionaban de una manera completamente independiente, ahora conocemos que la interrelación entre ambos sistemas es tan estrecha que lleva a considerarlos en su conjunto como sistema neuroendocrino.
Por otro lado, sabemos que el desarrollo de nuestro organismo, y por supuesto de nuestro SN, está en gran medida dirigido por los genes y que de la interacción de esa información genética con la información proveniente del medio, surge nuestro fenotipo. Los genes necesitan un medio interno adecuado para poder expresarse y este medio se lo proporcionan en gran medida las hormonas, que son factores epigenéticos fundamentales. Nuestro cerebro no llegaría nunca a ser el que es si no fuese por el efecto de diferentes hormonas como, por ejemplo, las hormonas gonadales y tiroideas, imprescindibles para la expresión correcta de los genes.
En el mismo encéfalo hay diferentes núcleos que sintetizan hormonas y la principal glándula endocrina, la hipófisis, está alojada dentro de éste y directamente relacionada con el hipotálamo constituyendo el eje hipotalámico-hipofisario. Este eje controla procesos vitales del organismo como son el crecimiento y la regulación de la temperatura corporal, pero también está implicado en el control de muchos comportamientos básicos como son la conducta reproductora y la respuesta a una situación estresante. La interacción entre SN y sistema endocrino es el objeto de estudio de la Neuroendocrinología.
Principios generales de las hormonas
El concepto de hormona, término derivado del verbo griego hormaein que significa excitar o estimular, se remonta al siglo XIX cuando el fisiólogo francés Claude Bernard (1813-1878) habló de «Secreciones internas» para distinguir las sustancias secretadas a la circulación sanguínea de aquellas que se secretaban al exterior, si bien el término hormona como tal no fue utilizado hasta principios del siglo XX. Las hormonas son moléculas orgánicas producidas y liberadas fundamentalmente por las glándulas endocrinas. Las glándulas endocrinas liberan las hormonas en la sangre y a través de la circulación sanguínea se difunden hacia otras zonas del cuerpo donde actúan sobre determinados órganos o tejidos diana. Aunque las hormonas pueden llegar a través del torrente sanguíneo a cualquier parte del organismo, sus efectos se producen únicamente en aquellas células (denominadas células blanco o diana) que disponen de receptores a los que las hormonas se unen de forma específica para realizar su función.
Las hormonas son sustancias activas en concentraciones muy bajas y ésta es la razón de la dificultad que supuso la identificación y medición hormonal. El desarrollo de la técnica de radioinmunoensayo (RIA) y una modificación posterior de esta técnica denominada ensayo inmunoabsorbente con enzima ligado (ELISA) han permitido identificar y cuantificar hormonas en concentraciones muy pequeñas.
Para realizar funciones tan especializadas, las hormonas se encuentran bajo un control muy estricto. Normalmente se liberan en forma de pulsos en lugar de secretarse de manera continua. Como consecuencia de esta liberación pulsátil, puede haber grandes diferencias en poco tiempo en los niveles de hormonas circulantes. Tras segregarse una determinada hormona, permanece un tiempo en sangre (algunas sólo durante unos segundos) hasta ser degradada, y su efecto puede producirse de una forma inmediata o bien después de unas horas. Estas diferencias temporales son debidas a que existen distintos mecanismos de acción hormonal.
Mecanismos de Acción de las Hormonas
El estudio de las hormonas y sus receptores ha puesto de manifiesto la existencia de dos mecanismos de acción diferentes, bien a través de receptores de membrana, bien a través de receptores intracelulares.
Las hormonas hidrosolubles, como es el caso de las hormonas peptídicas (entre las que están las hormonas del hipotálamo, de la hipófisis y del páncreas) y las hormonas de la médula adrenal, no atraviesan fácilmente las membranas celulares y actúan a través de receptores de membrana que se sitúan en la cara externa de la membrana de la célula diana (Fig. 13.1).
Cuando la hormona se une al receptor, éste sufre una modificación en su configuración. En su forma modificada, el receptor puede activar o producir un mensajero intracelular conocido como segundo mensajero (algunos transmisores sinápticos también pueden producir sus efectos a través de un segundo mensajero). Este segundo mensajero (la hormona es el primero) desencadena una serie de reacciones que dan como resultado una gran amplificación de la señal. Puede cambiar la actividad de un gran número de moléculas enzimáticas, iniciando reacciones que modifican las funciones celulares, o bien afectar a la síntesis de proteínas que a su vez producen cambios en la fisiología celular.
Las hormonas esteroides (se incluyen en este grupo las hormonas procedentes de la corteza adrenal y de las gónadas) y tiroideas son liposolubles, y ejercen su acción mediante un mecanismo diferente pues sus receptores se hayan en el citoplasma, son receptores intracelulares. Cuando las hormonas llegan a los tejidos diana, atraviesan la membrana plasmática y se unen en el interior de la célula a proteínas receptoras específicas (Fig. 13.2).
El complejo hormona-receptor es transportado al núcleo de la célula donde actúa uniéndose a secuencias reguladoras de ADN adyacentes a genes específicos y de esta manera afecta directamente a su expresión génica y, por lo tanto, a la síntesis de las proteínas codificadas por ellos. Las nuevas proteínas sintetizadas dan como resultado un cambio funcional de la célula, en las sustancias que en ella se elaboran o en los receptores que contiene (ej. la proteína sintetizada puede ser una proteína estructural que constituye un receptor para una hormona diferente). Las funciones activadas en la célula como consecuencia de las proteínas recién sintetizadas constituyen la respuesta celular a las hormonas.
Comparación entre la Transmisión Neuronal y la Comunicación Hormonal
En capítulos anteriores se ha estudiado cómo se produce la comunicación neuronal y se ha explicado qué implica la transmisión química de información a través de la hendidura sináptica y la actuación de los neurotransmisores sobre la célula postsináptica. La acción hormonal es más amplia en cuanto que las hormonas se difunden generalmente por todo el cuerpo a través de la sangre pudiendo llegar a múltiples lugares y actuar sobre cualquier célula que disponga de receptores.
La comunicación neuronal se produce rápidamente, en milisegundos. Se trata de un suceso «todo o nada» involucrado en procesos que se han de producir rápidamente para permitirnos, por ejemplo, percibir los objetos que tenemos delante o mover nuestro cuerpo. Por el contrario, los mensajes hormonales son habitualmente más lentos y de intensidad graduada, y están implicados en la regulación de procesos que tienen una duración prolongada como la digestión, el crecimiento, el desarrollo sexual o la reproducción.
A pesar de estas diferencias, la transmisión neuronal a través de la sinapsis y la comunicación hormonal comparten muchas características. Tanto las neuronas como las células de las glándulas endocrinas son células secretoras que actúan sobre otras células a través de mediadores químicos que se unen a receptores específicos y de la existencia de éstos dependerán sus efectos. Ambas sintetizan sustancias químicas que se desplazan hacia la membrana celular en vesículas que se funden con la membrana para liberar neurotransmisores u hormonas según el caso (Fig. 13.3).
Sin embargo, los neurotransmisores recorren el escasísimo espacio de la hendidura sináptica, mientras que las hormonas pueden desplazarse a cualquier parte del cuerpo a través de la circulación sanguínea. La llegada de un impulso nervioso a un terminal presináptico produce una entrada de iones Ca2+ y la posterior liberación del neurotransmisor. También las células endocrinas pueden ser estimuladas por mensajes neurales, o bien mediante otros mensajes químicos, incluidas las mismas hormonas.
Tradicionalmente se ha considerado que el SN estaba aislado del sistema endocrino debido a que la barrera hematoencefálica impedía que sustancias que circulaban en sangre pudieran afectarle, pero sabemos que esto no es así. Los órganos circunventriculares constituyen zonas del encéfalo donde la barrera hematoencefálica ha sido modificada o no existe. Las células de estos órganos están dotadas de unas características receptivas especiales de man era que pueden servir como transductores de la señal hormonal para convertirla en señal nerviosa.
Todos estos conocimientos dificultan establecer límites entre SN y sistema endocrino, y más si se tiene en cuenta que comparten el fin común de coordinar las actividades fisiológicas y el comportamiento de los organismos. Además, a continuación se explica que algunas neuronas segregan hormonas que llegan hasta las células receptoras a través de la circulación sanguínea. Por otro lado, algunas de las hormonas que se describen en este capítulo como es el caso de la noradrenalina, la vasopresina, la oxitocina, la hormona liberadora de corticotropina, etc también actúan en el SN como neurotransmisores o como neuromoduladores y parece ser que surgieron en la evolución como factores reguladores celulares de los organismos más primitivos, antes de que existiesen sistemas nerviosos.