Endocrinologia veterinaria

Endocrinologia

Endocrinologia generale

Endocrinologia metabolica (psico-neuro-immuno-endocrinologia intestinale): le patologie dismetaboliche sono le più diffuse negli animali e sono spesso causate da sedentarietà, iperalimentazione, squilibrio nei nutrienti...

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. Tutte queste condizioni fanno variare il nostro metabolismo.

I meccanismi coinvolti nel mantenimento omeostasi/adattamento sono:

• Funzione autocrina: la cellula si automodifica continuamente 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.
• Funzione paracrina: la cellula è in grado di comunicare con distretti circostanti in modo tale che ci sia uno scambio continuo di informazioni tra cellule adiacenti (attraverso molecole attive localmente).
• Funzione endocrina: attraverso il circolo sanguigno gli ormoni (“messaggi”) raggiungono quasi* tutti i distretti dell’organismo.

* Eccezioni: alcuni distretti (barriera ematoencefalica ed ematotesticolare) sono separati dalla circolazione sistemica.

Scoperta della secretina (1905)

La scoperta della secretina ha dato origine alla parola “ormone”: molecole rilasciate nel sangue per arrivare ad un bersaglio.

Il rilascio di secretina è stimolato dalla discesa del pH gastrico, quindi dall'aumento dell'acidità del suo contenuto. Non a caso, la secretina agisce primariamente sul pancreas esocrino, stimolandolo a secernere a livello di ampolla duodenale un succo pancreatico diluito e ricco di bicarbonato, per tamponare l'acidità del chimo gastrico.

Le stesse molecole possono avere le tre diverse funzioni sopra citate: la limitazione di un ormone alla sola funzione endocrina è sbagliata, la loro funzione dipende dai vari contesti.

Inoltre, gli ormoni non sono solo fattori di controllo positivo ma possono anche avere un effetto negativo di rallentamento della funzione.

Sistemi e meccanismi di controllo dell’organismo

• Sistema nervoso: meccanismo di controllo che si basa sulla trasduzione di segnali elettrici basato sulla modulazione di frequenza di potenziali elettrici. È caratterizzato da una dinamica d’azione rapida (es. riflesso monosinaptico).
• Sistema endocrino: si avvale della liberazione di ormoni nel torrente circolatorio, utilizzato per raggiungere il proprio target. Richiede da pochi secondi a minuti, dipendente dal tipo di ormone (biodisponibilità, profilo idrofilo, cinetica...). Il sistema endocrino non ha memoria, si adegua continuamente e libera sostanze che hanno una biodisponibilità/emivita che va da secondi a ore e il suo effetto perdura per giorni.
• Sistema immunitario: meccanismo di controllo che si basa sull’azione di mediatori chimici liberati nella zona di interesse o nel circolo sanguigno. La dinamica d’azione può essere molto rapida grazie alla presenza delle cellule della memoria che sono in grado di sensibilizzarsi nel riconoscimento di antigeni (anche per tutta la vita dell’animale).

Attenzione: questi tre meccanismi non sono completamente diversi e svolgono una funzione integrata.

I neuromediatori rilasciati dal SN, nel circolo sanguigno sono ormoni (Es. VIP-peptide vasoattivo intestinale).

Allo stesso modo molte molecole che fanno parte della comunicazione del sistema immunitario sono contemporaneamente ormoni e neurotrasmettitori.

Quindi una molecola, a seconda del contesto, può regolare: la risposta immunitaria, un segnale nervoso o un segnale endocrino (autocrino, paracrino).

Es: istamina.

• Neurotrasmettitore SN.
• Ormone di controllo della secrezione di HCl sistema endocrino.
• Molecola immunomodulatrice sistema immunitario.

Particolarità del sistema endocrino

• Tempi di azione da secondi a giorni.
• Effetti di lunga durata.
• Gli effetti dipendono dalle variazioni di concentrazione degli ormoni.
• Fondamentalmente il sistema endocrino è un sistema effettore (non ha memoria e perciò non esiste un centro di integrazione endocrino).

(In realtà la sua azione può essere integrata con il SN: sistema neuro-endocrino).

L’insulina, che è un ormone che regola la glicemia, ha come effetto acuto il controllo della concentrazione ematica di Glc.

A breve/medio termine controlla la glicemia, ma ampliando l’orizzonte temporale appartiene anche alla famiglia dei growth factor: molecole che controllano il trofismo dei tessuti ed intervengono nel promuovere la differenziazione cellulare e nel controllare l’equilibrio che definisce il destino delle cellule (quiescenza-differenziamento-apoptosi).

La stessa molecola quindi avrà effetti diversi a seconda del momento in cui la osserviamo.

Effetti insulina

• Breve/medio termine: controllo [Glc] ematico.
• Lungo termine (gg/settimane): growth factor, salvaguardia e trofismo dei tessuti prevenendone l’apoptosi; agisce influenzando le vie che inducono la differenziazione dei pool di cellule staminali quiescenti.

Gli ormoni, essendo effettori del mantenimento dell’omeostasi, risentono a loro volta delle oscillazioni nei parametri fisiologici.

Es. La secrezione di insulina non sarà proporzionale alla glicemia attuale, ma alla variazione [Glc] nel tempo e le cellule target su cui agirà l’insulina risponderanno sulla base della sua variazione.

I sistemi recettoriali cellulari sono fasici, non rispondono all'intensità quanto alla sua variazione nel tempo; in questo modo sono in grado di percepire più facilmente diversi cambiamenti ormonali.

NB: nella manifestazione di un fenomeno non conta tanto la variazione nel tempo del singolo ormone ma è data dall'integrazione di diversi ormoni.

Es: ciclo estrale → variazione nel tempo del rapporto tra estrogeni e progesterone.

Es: glicemia → variazione nel tempo del rapporto tra insulina e glucagone.

Natura chimica degli ormoni

Un ormone è una sostanza chimica che trasmette segnali da una cellula (o gruppo di cellule) a un'altra cellula (o altro gruppo di cellule) tramite il torrente circolatorio.

Gli ormoni, in base alla diversa struttura chimica, interagiscono in maniera diversa con la biologia del sistema.

In clinica conoscere le caratteristiche strutturali delle molecole ormonali è fondamentale per poterne misurare correttamente la concentrazione.

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.

Quasi tutti gli ormoni, indipendentemente dalla loro struttura chimica, hanno un peso molecolare basso, per cui vengono facilmente escreti dall’emuntorio renale.

Gli ormoni possono essere divisi in due categorie:

• Ormoni idrofili (amminici, peptidici): vengono trasportati facilmente nel sangue e si legano a specifici recettori presenti sulla membrana citoplasmatica della cellula bersaglio. Attivazione di una specifica proteina di membrana intracellulare (proteine G) → attivazione enzima (es. adenilato ciclasi) → sintesi II messaggero intracellulare (es. cAMP) → cascata enzimatica → amplificazione del segnale → modificazione del metabolismo della cellula.
• Ormoni liposolubili (steroidi, retinoidi, tiroidei): necessitano di proteine carrier per essere trasportati nell’organismo ma entrano facilmente nella cellula e si legano a recettori nucleari. Il complesso ormone-recettore entra nel nucleo per modificare l'espressione genica attivando di conseguenza la sintesi di proteine che regolano il metabolismo.

Per quanto riguarda la loro emivita, gli ormoni sono piuttosto eterogenei da questo punto di vista, in quanto è proprio la struttura chimica a determinare il loro tempo d’azione.

Prostaglandine

Data la struttura e la natura lipofila, la maggior parte delle prostaglandine ha un’emivita breve (ed azione paracrina), perciò solo poche sono in grado di diffondere nel torrente circolatorio e in tutto l’organismo.

Essendo lipidi polinsaturi, sono facilmente e rapidamente degradabili da parte di enzimi (esterasi): si dice che vengono prodotte “on demand”.

La natura chimica definisce quindi anche la biodisponibilità di una molecola.

Sintesi ed azione delle prostaglandine

Le prostaglandine sono derivati dell’acido prostanoico, il quale deriva dall’acido arachidonico.

L’acido arachidonico è un acido grasso poliinsaturo molto rappresentato fra i fosfolipidi che compongono la membrana cellulare.

Esso viene dissociato dai fosfolipidi di membrana grazie all’attività dell’enzima fosfolipasi A₂, a sua volta stimolato, per esempio, da una noxa irritativa.

Dopo essere state rilasciate, le molecole di acido arachidonico possono essere ulteriormente convertite in eicosanoidi, grazie ad enzimi ciclo-ossigenasi:

• COX-1 (isoforma costitutiva) → prostaglandine “buone” che regolano l’omeostasi cellulare (es. macula densa a livello renale o citoprotezione adattativa nello stomaco).
• COX-2 (isoforma inducibile) → prostaglandine pro-infiammatorie.

Attenzione all’uso di antinfiammatori

Utilizzando i farmaci antinfiammatori è necessario evitare l'overlapping di effetti tra una terapia anti-infiammatoria e la produzione di prostaglandine che sono effettori di un messaggio.

Gli antinfiammatori si suddividono in due categorie:

• Steroidei (cortisonici): mimano l’effetto di ormoni prodotti dal surrene che inibiscono la fosfolipasi A₂ → bloccano sul nascere l’infiammazione: effetto potente e rapidità d’azione molto importante.
• FANS - Farmaci Antinfiammatori Non Steroidei (es. acido acetilsalicilico): inibiscono l’azione degli enzimi ciclo ossigenasi → bloccano la produzione di prostaglandine responsabili del dolore e dell’infiammazione. In tal modo, però, bloccano anche le funzioni positive delle prostaglandine, per esempio, il controllo della produzione del muco gastrico.

Attenzione: all’utilizzo dei FANS sono associati effetti collaterali legati ad alterata funzione gastrica.

Es: cane con displasia all’anca e dolore cronico.

Per ridurre l’eventuale danno gastrico, la terapia antinfiammatoria cronica sarà finalizzata all’inibizione delle COX-2 (Es. rimadyl, coxib).

Biodisponibilità

Gli ormoni steroidei, a differenza di quelli peptidici, sono sintetizzati solamente da pochi organi e non vengono immagazzinati in tessuti di riserva, bensì prodotti all'occorrenza e prontamente liberati nel plasma.

Nel plasma, in virtù della loro scarsa solubilità in acqua, devono necessariamente legarsi a proteine di trasporto ma soltanto la quota libera, scorporata da tali proteine o legata ad esse in maniera blanda, rappresenta la frazione biodisponibile ed attiva dell'ormone.

Le proteine di trasporto mantengono una riserva circolante di ormoni, importante in caso di improvvisi cambiamenti della loro concentrazione.

Hanno inoltre la capacità di prolungare la vita media degli stessi, proteggendoli dalla degradazione; dall'altro lato, però, ne limitano l'azione, bloccando il loro ingresso nelle cellule (solo la quota libera, quindi scorporata da tali carriers è biologicamente attiva).

Quindi, sulla base delle caratteristiche dell’ormone è necessario definire:

• Natura chimica.
• Emivita.
• Capacità di diffondere nelle cellule attraverso le membrane.
• 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 influenzano il legame ormone-recettore sono:

• Rapporto tra la concentrazione di recettore e agonista (ormone o farmaco).
• Costante di affinità.

Ogni ormone ha dei recettori specifici ma può interagire anche con altri recettori (con costante di affinità minore).

Ogni classe di recettori specifici si suddivide in sottoclassi (es: s.n. recettore -1, -2...).

La dipendenza tra [ormone/farmaco] e recettori è una curva sigmoide.

• A concentrazioni subliminali (< soglia) o superiori ad una certa soglia la modifica della concentrazione dell’ormone (e di conseguenza % di recettori saturati) non ha effetto in termini di output.
• Nell’intervallo dell’ambito dinamico invece l’effetto dipende dalla concentrazione dell’ormone. In questo intervallo esiste una proporzionalità tra quantità di ormone ed effetto.

In condizioni fisiologiche, il sistema è “disegnato” affinché la percentuale di recettori saturati sia intorno al 50% per essere il più plastico possibile e rispondere nella maniera più appropriata alle variazioni della concentrazione di ormone.

In questo modo, ci saranno sempre dei recettori di scorta pronti a leggere un incremento della concentrazione e ci sarà sempre un pool di recettori legati, che in caso di diminuzione della concentrazione, perderà l’agonista.

Esiste un dialogo continuo tra ormone e meccanismo di recezione/amplificazione del segnale, che si esplica nel rapporto tra ormone libero e recettore libero in funzione della concentrazione.

Le concentrazioni ematiche degli ormoni sono estremamente basse perché quando interagiscono con i recettori, attivandoli, viene innescata l’amplificazione del segnale.

In genere i recettori sono glicoproteine costituite da domini che ne determinano un’elevata stereospecificità per l’agonista.

Genericamente un recettore è costituito da:

• Domini extracellulari (su cui si lega il ligando).
• Domini transmembrana costituiti da aa idrofobici (es. elica).
• Domini intracellulari costituiti da aa idrofili.

I recettori sono soggetti ad un turnover dei micro-domini di membrana (zattere lipidiche-rafts).

Il turnover di questi domini è complesso perché riconosce vari step, i passaggi critici sono:

• Trascrizione del gene da un filamento di DNA ad uno di mRNA per la sintesi proteica.
• Splicing alternativo → da un singolo gene vengono prodotti vari trascritti.
• Sintesi proteica → può portare a modifiche post trascrizionali della proteina.
• Maturazione funzionale, folding proteico e l'espressione della proteina sulla membrana (solitamente trasportata tramite vescicole*).
• Il recettore che viene espresso sulla membrana può essere rimosso (processo reversibile), la proteina può essere riportata all’interno come caveosoma...

→ Up/down regulation.

* Esistono vari tipi di vescicole contenenti proteine, tra cui la caveola: microdominio presente nelle membrane biologiche caratterizzate da composizione lipidica; rappresenta la frazione di modulazione e generazione dei segnali intracellulari.

La caveola costituisce un’invaginazione sulla membrana cellulare stabilizzata dalla caveolina (proteina) e resa accessibile dall’esterno → permette l’interazione tra recettore-legando (e la successiva traduzione del segnale).

Le caveoline interagiscono con parecchie molecole segnale nella membrana e costituiscono l’impalcatura per organizzare i preassemblati complessi della segnalazione: i domini ricchi di caveoline contengono src, proteine G, PKC e RhoA.

Le DRM (detergent resistance membrane) sono delle zone della membrana cellulare in cui la catena di trasduzione del segnale sono già preimpacchettate e impostate per essere utilizzate.

Ogni passaggio del turnover può essere regolato, esistono sistemi molto complessi di regolazione che partono dalla modulazione dell’espressione genica.

Es. Effetti degli ormoni sull’epigenetica (e viceversa).

L’espressione del recettore può essere regolata tramite up-down regulation:

• Up-regulation: progressivo incremento dei recettori di membrana → aumenta la sensibilità della cellula.
• Aumento dell’espressione della proteina già sintetizzata e presente nella vescicola.
• Aumento della trascrizione (richiede tempo).
• Down-regulation: progressiva diminuzione dei recettori di membrana.

Se le molecole del segnale (es. ormone o neurotrasmettitore) aumentano la loro concentrazione nello spazio extracellulare, i recettori di membrana esauriranno la loro funzione in tempi relativamente brevi → diminuzione del numero di recettori di membrana per quel determinato agente (il ricambio dei recettori è più lento del loro consumo).

Effetto precoce (sistemi facilmente modulabili):

• Diminuzione della fusione delle vescicole → regolazione della presenza del recettore.
• Se la concentrazione di ormone continua ad essere alta si ha effetto sulla sintesi e stabilità del messaggio.

Effetto tardivo: Se