Endocrinologia

Endocrinologia generale

Fino a qualche anno fa l'endocrinologia presentava dei confini stabili, ma man mano che le conoscenze sono aumentate è diventato evidente che questa visione risulti riduttiva ed incompleta. L'endocrinologia è in rapporto di continuità e complementarità con tutte le altre funzioni di controllo.

Endocrinologia metabolica

Endocrinologia metabolica (psiconeuroimmunoendocrinologia intestinale): le patologie dismetaboliche sono le più diffuse negli animali a causa di sedentarietà, iperalimentazione, squilibrio nei nutrienti ecc.

Endocrinologia sessuale-riproduttiva

Nozioni generali

Gli animali sono disegnati per cercare di mantenere l'omeostasi, ovvero mantenere tutti i parametri che sono compatibili con la sopravvivenza entro valori stabiliti. La tendenza all'omeostasi va contro la necessità antitetica di adattarsi alle variazioni dell'ambiente esterno (giorno, notte, caldo, freddo) e ambiente interno (in base all'assunzione dell'alimento ci saranno risorse adatte o meno a compiere attività motoria o di altro genere). Tutte queste condizioni fanno variare il nostro metabolismo.

• Funzione autocrina: la cellula si automodifica per adattarsi all'ambiente; es: quando viene presa una cellula da un organismo e viene posta in un altro ambiente (colture cellulari), la variazione ambientale determina un cambiamento, un adattamento; qualsiasi cellula del nostro corpo si adatta continuamente.
• Funzione paracrina: la cellula poi comunica con distretti circostanti; es: cellule staminali sono organizzate in nicchie e all'interno di questi contesti avremmo la funzione paracrina.
• Funzione endocrina: per comunicare con distretti lontani viene utilizzato il sangue che causa il riassorbimento e il rilascio di sostanze; questo però con le dovute eccezioni perché alcuni distretti sono separati dalla circolazione sistemica: barriera ematoencefalica ed ematotesticolare, semipermeabili in un certo senso, ma lo vedremo più avanti.

Scoperta delle secretina 1902 che stimola la secrezione pancreatica: lo stimolo meccanico a livello di ampolla duodenale fa rilasciare nel torrente circolatorio una molecola che trasferisce il messaggio al pancreas esocrino, questo ha dato origine alla parola ormone, ovvero molecole rilasciate nel sangue per arrivare ad un bersaglio. Le stesse molecole però possono avere le tre diverse funzioni citate sopra, per cui la limitazione di un ormone alla sola funzione endocrina è sbagliata, la loro funzione dipende dai vari contesti. Gli ormoni inoltre non sono solo fattori di controllo positivo ma possono anche avere un effetto negativo di rallentamento della funzione.

Se parliamo di meccanismi di controllo quindi parliamo di:

• Sistema nervoso: abbiamo un linguaggio specifico dato dalla trasduzione di segnali elettrici basato sulla modulazione di frequenza di potenziali elettrici e percorre le vie segnate dalle cellule nervose del sistema. È caratterizzato da una dinamica d'azione particolare, cioè può essere molto rapido, parliamo di secondi (riflesso monosinaptico). Nel sistema nervoso inoltre abbiamo anche la memoria, quindi mantiene il messaggio per molto tempo, anche tutta la vita.
• Sistema endocrino: prevedendo la diffusione di una sostanza nel sangue e poi nel liquido interstiziale richiede da pochi secondi a minuti, dipendente anche dalla sostanza. Il sistema endocrino non ha memoria, agisce adattandosi di volta in volta e libera sostanze che hanno una biodisponibilità/emivita che va da secondi a ore e il suo effetto perdura per giorni, si adegua continuamente ma non conserva in maniera propria una memoria degli eventi, anche se attraverso il tempo vedremo che gli ormoni lasciano delle tracce nei tessuti e nelle vie che vanno a modulare.
• Sistema immunitario: abbiamo mediatori chimici liberati nella zona di interesse o nel circolo sanguigno. Il sistema immunitario presenta le cellule della memoria, ovvero cellule che mantengono la memoria del contatto con l'antigene per mesi, anni e anche tutta la vita dell'animale; anche qui quindi la risposta può essere da pochi secondi a minuti. Teniamo però presente che il sistema immunitario è quello composto da più componenti variabili e risulta quindi più complesso.

Nel sistema nervoso la comunicazione avviene attraverso la liberazione di neuromediatori, questi però nel sangue possono essere ormoni (ad esempio il VIP-peptide vasoattivo intestinale). Allo stesso modo molte molecole che fanno parte della comunicazione del sistema immunitario sono contemporaneamente ormoni e neurotrasmettitori. Anche qui quindi la stessa molecola a seconda del contesto può regolare la risposta immunitaria, un segnale nervoso o un segnale endocrino (autocrino, paracrino); questo ci porta ogni volta a dover contestualizzare.

Tutte queste funzioni vedranno poi un'integrazione a livello globale, per cui le differenze tra questi sistemi sono sfumate in termini di effetto sulle varie parti dell'organismo, quello che è diverso è il linguaggio usato e il tempo di latenza e memoria del sistema.

Particolarità del sistema endocrino

• Tempi di azione da secondi a giorni
• Effetti di lunga durata
• Gli effetti dipendono dalle concentrazioni degli ormoni (ovvero dalla variazioni di concentrazione degli ormoni)
• Fondamentalmente il sistema endocrino è un sistema effettore

L'insulina, che è un ormone che regola la glicemia, ha come effetto acuto il controllo della concentrazione ematica di glucosio. A breve/medio termine quindi controlla la glicemia, ma ampliando l'orizzonte temporale appartiene anche alla famiglia dei growth factor, molecole che controllano il trofismo dei tessuti, intervengono nel promuovere la differenziazione cellulare e nel controllare l'equilibrio che definisce il destino delle cellule. Una cellula può rimanere in uno stato di quiescenza, andare verso un profilo differenziativo diverso a seconda del contesto in cui si viene a collocare o andare in apoptosi. Uno degli ormoni che salvaguardia i tessuti prevenendo l'apoptosi è l'insulina e agisce andando ad influenzare le vie che portano le cellule staminali a differenziarsi, perciò in un arco di tempo prolungato (giorni/settimane), la variazione di insulina andrà a farsi sentire sul destino differenziativo dei pool di cellule staminali quiescenti. La stessa molecola quindi avrà effetti diversi a seconda del momento in cui la osserviamo.

L'altro aspetto prioritario è legato al fatto che come effettori del mantenimento dell'omeostasi, gli ormoni risentono, e a loro volta sono soggetti, a oscillazioni nei parametri fisiologici. Ad esempio, la secrezione di insulina non sarà proporzionale alla glicemia tout pour, ma alla variazione di glicemia nel tempo, esattamente come le cellule che percepiscono come messaggio la concentrazione ematica di insulina, non risponderanno tanto alla concentrazione di insulina di per sé, quanto alla sua variazione nel tempo.

Questo si sposa bene al concetto che i sistemi recettoriali, in senso lato l'acquisizione di informazioni dell'organismo, è fondamentalmente legata alla variazione nel tempo dello stimolo; i nostri sistemi recettoriali sono infatti fasici, non tonici, ovvero non rispondiamo all'intensità quanto alla variazione nel tempo dello stimolo stesso, e questo condizionerà in maniera rilevante sia l'azione degli ormoni, sia il modo che ha il veterinario di interpretare la situazione che si viene a riscontrare in analisi ematobiochimiche.

Non conta tanto la variazione nel tempo del singolo ormone, ma la variazione di più ormoni che agiscono in maniera integrata, associata. Un esempio: durante il ciclo estrale non sarò interessato alle concentrazioni di estrogeni e progesterone o alle variazioni delle due classi ormonali, quanto alla variazione nel tempo del rapporto tra estrogeni e progesterone; la stessa cosa avviene nel rapporto nel tempo tra concentrazione di glucagone e insulina in una determinata finestra temporale, non sarà quindi sufficiente un rilievo puntiforme.

Facilmente invece sentiremo parlare di esami in cui verranno fatti rilievi seriali con protocolli standardizzati, e in base alle risposte dell'organismo alla variazione di questi parametri sarà emessa una diagnosi. Il sistema endocrino si dice effettore perché non è la sede dell'integrazione delle risposte che poi devono essere messe in atto: accoppia una risposta a uno stimolo senza dar luogo ad un'elaborazione dell'informazione; questo è vero fino a un certo punto perché non possiamo parlare di endocrinologia separatamente dalla neurologia, si dovrebbe parlare di neuroendocrinologia.

Natura chimica degli ormoni

Quando parleremo dei singoli ormoni andremo a specificare la struttura della molecola di cui parliamo, questo perché:

• Gli ormoni possono avere strutture chimiche molto diverse tra loro
• C'è una connessione intima tra biologia del sistema e struttura chimica
• La diagnostica utilizzata in laboratorio per misurare e caratterizzare gli ormoni dipendono dalla loro natura chimica

Ad esempio, abbiamo ormoni idrofilici che si sciolgono bene nell'acqua, quindi nella componente liquida del sangue, altri sono lipofili quindi avranno difficoltà ad essere veicolati dal sangue tal quali e vedranno la necessità del legame con proteine carrier.

Inoltre, quasi tutti gli ormoni hanno peso molecolare basso, per cui è molto facile che vengano escreti dai reni, quindi potremmo trovare concentrazioni più o meno elevate e avere un'influenza sull'emivita dell'ormone da parte dell'emuntorio renale. Alcuni di questi ormoni hanno un metabolismo che risente della loro struttura chimica al punto che hanno un'emivita breve.

Gli ormoni si dividono nelle seguenti classi:

• Ormoni derivati da aminoacidi: ormoni tiroidei, catecolamine, melatonina
• Peptidi, proteine e glicoproteine
• Steroidi: derivano dal colesterolo
• Prostaglandine: da acido prostanoico

Poche prostaglandine hanno un'emivita abbastanza lunga tale da renderle capaci di diffondersi nel torrente circolatorio e in tutto l'organismo, solitamente infatti hanno un'emivita molto breve che dipende dalla loro struttura che dà conto anche della loro origine e a partire da questa dei sistemi farmacologici che possiamo utilizzare per controllarla. Le prostaglandine sono derivati dell'acido prostanoico, questo deriva da acido arachidonico (acido grasso polinsaturo) che deriva dal catabolismo dei lipidi della membrana cellulare.

L'enzima che sintetizza l'acido arachidonico dai lipidi di membrana è la fosfolipasi A2. La fosfolipasi in condizioni particolari (durante il normale svolgimento delle funzioni cellulari o in corso di infiammazione) trasloca sulla membrana, diventa attiva e produce acido arachidonico; questo viene metabolizzato da una famiglia di enzimi che si chiamano ciclo-ossigenasi e producono prostaglandine, trombossani, leucotrieni e altre molecole mediatrici.

Le prostaglandine in generale possono avere funzione endocrina (macula densa a livello renale o citoprotezione adattativa nello stomaco ad esempio) o possono essere mediatori della risposta infiammatoria. La differenza delle prostaglandine nella loro azione, oltre nel che tipo di cellula, risiede anche nel tipo di enzima che viene utilizzato per metabolizzare l'acido arachidonico. Le ciclo-ossigenasi COX-1 sono sempre presenti all'interno della cellula e producono prostaglandine "buone" della normale omeostasi cellulare, le altre sono le COX-2, inducibili, che fanno parte della risposta infiammatoria.

Nel momento in cui interveniamo con i farmaci antinfiammatori dobbiamo evitare l'overlapping di effetti tra una terapia anti-infiammatoria e la produzione di prostaglandine che sono effettori di un messaggio. Gli antinfiammatori sono di due tipi:

• Cortisonici (steroidi derivati del colesterolo) che mimano l'effetto di ormoni prodotti dal surrene che vanno ad inibire la fosfolipasi A2 quindi bloccano sul nascere l'infiammazione, effetto potente e rapidità d'azione molto importante.
• Non steroidei che bloccano le COX (farmaci antinfiammatori), il problema è che questi se usati per tempi brevi non danno problemi, per tempi lunghi invece si, come avviene anche per gli steroidei in realtà.

Es: pastore tedesco anziano con displasia dell'anca e dolore articolare cronico, la terapia anti-infiammatoria sarà anch'essa cronica ma non posso bloccare la produzione di ormoni fisiologicamente necessari, dovrò quindi targettare la terapia nei confronti del COX-2 (rimadyl, coxib), in questo modo interferiscono meno con il sistema delle prostaglandine fisiologiche.

Tra l'altro essendo lipidi polinsaturi, le prostaglandine hanno anche una facilissima aggredibilità da parte di enzimi (esterasi) che le distruggono nell'arco di pochi secondi, per cui addirittura si dice che vengono prodotte on demand. Cosa diversa ovviamente sarebbe per una proteina, che ha una struttura più resistente. La natura chimica definisce quindi anche la biodisponibilità di una molecola. Normalmente qualsiasi farmaco/ormone entra nel torrente circolatorio, forma dei complessi (in modo specifico o meno), e avremo una fase complessata che è in equilibrio con la molecola libera: quella disponibile al legame con il recettore è la frazione libera. La frazione libera sul totale della molecola dipende da due fattori:

• Costante di affinità tra molecola di interesse e carrier
• La concentrazione di entrambe

Si compone quindi di volta in volta un equilibrio dinamico tra le due. Sarà quindi necessario discriminare qual è la frazione libera nel sangue. Quando parleremo della tiroide ad esempio ci interesserà più la concentrazione di ormoni tiroidei liberi (free) piuttosto che la concentrazione di ormoni tiroidei in senso lato. Lo stesso per quando studieremo la calcemia, quello che ci interessa è il calcio in forma ionica libero non il calcio totale che può essere complessato a proteine, ossalati, fosfato ecc.

Quindi di volta in volta, a seconda delle caratteristiche chimiche dell'ormone, ci dovremmo porre questi problemi:

1. Qual è la natura chimica
2. Qual è la sua emivita
3. Qual è la sua capacità di diffondere nelle cellule attraverso le membrane
4. Qual è la sua biodisponibilità

Recettori

• In genere non saturati da concentrazioni fisiologiche di ormone
• In genere sono glicoproteine
• Turn-over complesso
• Up- e down-regulation
• Funzionamento fasico/tonico
• Il legame ormone-recettore segue le leggi dell'equilibrio chimico

Le variabili che entrano in gioco sono:

• Rapporto tra la concentrazione di recettore e agonista
• Costante di affinità

Anche qui, ogni ormone avrà dei recettori suoi specifici ma potrà interagire con costante di affinità minore anche con altri recettori; inoltre ogni classe di recettori specifici si suddivide in sottoclassi (es: s.n. recettore alfa-1, alfa-2 ecc.), per interpretare quindi l'effetto dell'ormone dobbiamo tener conto di queste caratteristiche. In genere i recettori sono glicoproteine quindi hanno una stereospecificità per l'agonista e sono soggetti ad un turnover complesso.

Una molecola espressa su una membrana cellulare, come un recettore, viene espressa in un contesto specializzato detto micro-dominio (zattere lipidiche-rafts o caveole). Il turnover di questi domini è complesso perché riconosce vari step, i passaggi critici sono:

• La sintesi, quindi la produzione a partire da DNA di RNA
• Vari splicing alternativi, quindi da un singolo gene vengono prodotti vari trascritti
• L'mRNA ha una vita media che può essere modulata; pensiamo ai miRNA (microRNA)
• Sistemi di regolazione dell'espressione genica post traduzionale in cui viene regolata la disponibilità dell'RNA ad essere processato
• Dopo di che ci sarà la sintesi della proteina
• Le modifiche post traduzionali e l'inglobamento della proteina nel sistema vacuolare e attraverso questo arriverà sulla membrana
• Dalla membrana il processo è reversibile, la proteina può essere riportata all'interno come caveosoma ecc.

Ognuno di questi passaggi può essere regolato: esistono sistemi molto complessi di regolazione che partono dalla modulazione dell'espressione genica; pensiamo agli effetti degli ormoni sull'epigenetica e viceversa. Tutti questi eventi sono responsabili nel rendere efficiente l'espressione del recettore nel sito in cui deve essere attivo.

Quindi da una parte sono momenti funzionali nella vita metabolica della cellula, dall'altra sono soggetti a regolazione; questa vede l'up- e down- regulation come momenti opposti che definiscono la presenza o meno del recettore. L'ormone stesso, attraverso questi meccanismi, ha effetto sulla sua stessa concentrazione: man mano che le concentrazioni dell'ormone aumentano, man mano darà luogo a una down regulation dei suoi sistemi. Questo vede sempre come target il mantenimento dell'omeostasi: avrò una carenza cronica di un ormone, avrò un effetto di up-regulation del sistema e viceversa. Ci sarà quindi continua comunicazione tra ormone e meccanismi di recezione/amplificazione del segnale.

La modulazione in senso cronico dell'ormone porterà ad un up and down-regulation e questo non è da trascurare perché ad esempio molte patologie di comune riscontro quali insulino-resistenza (diabete di tipo II), dipendono proprio dall'alterazione di questi meccanismi. Un animale alimentato in maniera errata e che non fa attività fisica, che si annoia e non riesce a mettere in atto i comportamenti etologici, ha come unica fonte di gratificazione l'assunzione di alimento, spesso di pari passo con quella del proprietario, e ciò porta...