Reproducción Animal Lectura Seleccionada 36 El hipotálamo y la glándula pituitaria anterior * (*) Material traducido y adaptado por O.R. Wilde del original de FRED J. KARSCH para estudiantes del Curso de Reproducción Animal

No debería sorprender que el proceso reproductivo en mamíferos este gobernado por el sistema nervioso central. Sin dude, la gente ha reconocido desde tiempos bíblicos que la actividad de crianza en muchas especies, esta limitada a estaciones particulares del año, así señala un papel pare el sistema nervioso al percibir información acerca del entorno y llevar esta información a las gónadas. Lo que es sorprendente que el mecanismo especifico por medio del cual el sistema nervioso ejerce este control, ha permanecido hasta trace poco, en el misterio. No se concebía, hasta el descubrimiento de Geoffrey Harris y John Green en los '40, que el cerebro pueda dirigir la actividad del lóbulo anterior de la glándula pituitaria. Ello hizo que los detalles de este sistema de control comenzaran a ser apreciados completamente. Hasta hoy en día. muchos aspectos importantes de esta regulación no han sido definidos.

Fig. 1.1. Organización del sistema de control de gobierno de la reproducción. Un esbozo organizacional del sistema que gobierna la reproducción se detalla en la Fig. 1.1. Esta claro ahora que esta información emanada de una variedad de estímulos externos (por ejemplo: visual, auditivo, táctil, olfatorio) es alimentada dentro del sistema nervioso central y converge en el hipotálamo. Allí, la información es procesada, amplificada, traducida a una señal humoral y transmitida a la glándula pituitaria anterior, donde es mas amplificada y transmitida vía hormonas gonadotróficas a las gónadas. Estas ultimas responder en muchos modos, uno de los cuales es la secreción de hormonas sexuales. Estas, a la vez, actúan sobre una variedad de tejidos blancos, incluido el cerebro y glándula pituitaria. Esto forma una red ampliamente compleja de transferencia de la información, una red que permite la amplificación, propagación e integración de señales a través del cuerpo. En este capitulo, nos centraremos en la interrelación entre el cerebro y el lóbulo anterior de la glándula pituitaria. La cobertura adicional de este tópico se suministra en Capitulo 1, Libro 7, de la Primera Edición de esta serie. Los capítulos restantes del presente libro están dirigidos hacia otros aspectos de este sistema de control. Organización anatómica del eje hipotálamo-pituitario El hipotálamo. El cerebro consiste de nacimientos lobulares de las paredes del tubo neural lleno de fluido. Las cavidades centrales de estos nacimientos son llamados ventrículos. Ellos contienen el fluido cerebro-espinal, un filtrado de sangre en que una variedad de sustancias producidas en el cerebro son segregadas. El hipotálamo forma la base del cerebro en la región del diencéfalo, una subdivisión del cerebro anterior (Fig. 1.2). La frontera hipotalámica esta limitada frontalmente por el quiasma óptico, caudalmente por los cuerpos mamilares, y dorsalmente por el tálamo (otra región del diencefalo). El hipotálamo rodea el tercer ventrículo lleno de fluido. Esta hecho de diversos tipos de elementos estructurales, incluidos cuerpos

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celulares de neuronas hipotalámicas con sus axones y terminales; axones y terminales de otras neuronas con sus cuerpos celulares fuera del hipotálamo, y axones de neuronas extrahipotalámicas que lo atraviesan. También contiene células gliales que forman la estructura de sostén pare las neuronas. Finalmente, tiene un tipo muy especial de suministro de sangre, particularmente en la región de la eminencia media (ver debajo). Los cuerpos celulares de las neuronas hipotalámicas no están esparcidos difusamente a través de las células gliales, sino que están agrupados en regiones discretas llamadas núcleos. Hay muchos de tales núcleos, solamente algunos de los cuales son importantes pare el control de la reproducción. Los cuerpos celulares de los núcleos hipotalámicos envían proyecciones axonales a una de cuatro regiones generales: (1) otras áreas del cerebro, (2) otros núcleos hipotalámicos, (3) la eminencia media, y (4) el lóbulo posterior de la glándula pituitaria (Fig. 1.3). Este arreglo estipula una red extremadamente compleja de comunicaciones neurales e interacción tanto entre centros reguladores neurales como endocrinos. Fig.: 1.2: La organización anatómica del eje hipotálamo hipofisiario. Las flechas designan la cantidad relativa de flujo de sangre en cada dirección en el tallo pituitario. MN: neurona endocrina magnocelular, PN: neurona endocrina parvicelular (Adaptado de F. H. Netter-Ciba collection of medicine illustration; vol. 4, CIBA; Nueva York (1965).

La región de la eminencia media merece mención especial porque es un área de confluencia de mensajes neurales y sangre-transportados que regulan la función del lóbulo anterior de la glándula pituitaria. La eminencia media abarca la base del hipotálamo y se continua con el tallo pituitario. Contiene pocos, si existen, cuerpos de células nerviosas, pero consisten de axones y terminales tanto de neuronas hipotalámicas como extrahipotalámicas, células gliales, y ependimales especializadas llamadas tanacitos. Estas ultimas líneas celulares del tercer ventrículo tienen importancia potencial en la transferencia de información del fluido cerebro-espinal a la glándula pituitaria. Además de estas estructuras neurales, la eminencia media contiene un plexo capilar conectado con el sistema porta hipotálamo-pituitario. Debido a este arreglo anatómico y su proximidad a la glándula pituitaria, el hipotálamo supone una significación especial como interfase entre el sistema nervioso central y el sistema endocrino. Puede ser visto como un cuadro conmutador ampliamente complejo conectando al cerebro por encima del sistema endocrino. La glándula pituitaria. La glándula pituitaria, o hipófisis, consiste de dos subdivisiones mayores, el lóbulo anterior o adenohipófisis y el lóbulo posterior o neurohipófisis (Fig.1.2). El lóbulo posterior esta dividido en el proceso infundibular y el freno infundibular o tallo pituitario, el cual conecta anteriormente a la eminencia media. El lóbulo posterior esta hecho de tejido neural y esta conectado al resto del cerebro a través del tallo. El proceso infundibular contiene terminales de neuronas cuyos cuerpos celulares residen en el hipotálamo. Así, hay un enlace neural directo entre la hipofisis posterior y el cerebro. Este es particularmente importante pare la secreción de hormonas de la pituitaria posterior. El lóbulo anterior de la pituitaria (o adenohipófisis} esta subdividido en la pars distalis, pars intermedia y pars tuberalis. La pars tuberalis rodea el proceso infundibular y se extiende hacia arriba pare incidir debajo de una porción de la eminencia media. A diferencia del lóbulo posterior, el lóbulo anterior no contiene fibras y terminales nerviosas y asi no esta en contacto neuronal directo con el hipotálamo. En lugar de eso, esta conectado al cerebro por una conexión vascular, el sistema porta hipotálamo-hipofisiario. El sistema porta hipotálamo-hipofisiario. Este sistema tiene su plexo capilar principal en la eminencia media. Sus vasos cursan hacia abajo al tallo pituitario y terminan en el plexo capilar secundario dentro del lóbulo anterior (Fig. 1.2). La mayoría de la sangre suministrada al lóbulo anterior viene a partir de este sistema portal; en algunas especies ocurre por sobre el 90 por ciento del total. Así, la mayoría de la Cátedra de Zootecnia General I Facultad de Agronomía y Zootecnia Universidad Nacional de Tucumán

sangre alcanza el lóbulo anterior viajando en vasos primeramente bañados por fluido extracelular en el plexo capilar de la eminencia media, una región rice en terminales de neuronas hipotalámicas. La existencia del sistema porta hipotálamo-hipofisiario no fue reconocido hasta los últimos años de la década de los '20 y primeros de los '30. En un principio, se pensó que la sangre fluía hacia el tallo desde la pituitaria al hipotálamo. Ampliamente a través de los esfuerzos de George Wislocki, se estableció con el tiempo que esa sangre fluye hacia el tallo, ofreciendo de ese modo un itinerario para la transferencia de información desde el cerebro a la pituitaria anterior. Recientemente hemos llegado a conocer que, edemas, una proporción pequeña de sangre puede realmente fluir sobre el tallo pituitario, ofreciendo así un enlace vascular directo desde la adenohipófisis al hipotálamo. Fig. . 1.3. Diagrama mostrando las proyecciones mayores de las neuronas hipotalámicas. Los números indican los cuatro diferentes tipos de núcleos hipotalámicos. AH, adenohipófisis; NH, neurohipófisis; QO, quiasma óptico; EM, eminencia media; CM, cuerpo mamilar.

La glándula pituitaria anterior consiste de muchas diferentes tipos de células clasificadas sobre la base de su tamaño, forma, y característica histológicas de tinción. Con quizás una excepción, hay un tipo de célula separada para la síntesis y secreción de cada una de las seis hormonas adenohipofisiarias conocidas. La excepción es la célula tipo pare las hormonas gonadotróficas, es decir hormona luteinizante (LH) y hormona foliculo-estimulante (FSH). La mayoría de los trabajadores acuerdan que LH y FSH son sintetizadas y segregadas por la misma célula, refiriéndose estas como gonadotróficas. Hay controversia en este punto, sin embargo, y hay aquellos que reclaman que algunas células gonadotróficas segregan solamente una hormona. Estos se vuelve importante cuando consideramos los mecanismos de regulación de la secreción diferencial de LH y FSH en ciertas circunstancias fisiológicas (ver Capitulo 4). El otro tipo de célula es de particular significación pare la reproducción es el lactotrófico, célula que secreta Prolactina. Las restantes hormonas adenohipofisiarias, como la tiroido-estimulante, la adrenocorticotrófica y la hormona de crecimiento, juegan solamente un papel menor en la regulación de reproducción, por lo que no se consideraran. LH y FSH son glicoproteínas consistentes de dos cadenas peptídicas, las sub-unidades alfa y beta (Fig. 1.4). Las cadenas alfa de LH y FSH son idénticas, mientras que sus cadenas beta difieren y así confieren especificidad biológica. Tanto las cadenas alfa como beta son necesaria pare actividad biológica. Fig. 1.4. Representación esquemática de fuentes y estructuras de hormonas pituitarias anteriores de importancia mayor en la reproducción. Note que FSH y LH provienen de la misma célula y tiene la misma estructura pare la sub-unidad Cátedra de Zootecnia General I Facultad de Agronomía y Zootecnia Universidad Nacional de Tucumán

La Prolactina consiste de una única cadena peptídica. Hay considerable variación entre especies en la exacta secuencia de amino ácidos de la hormona gonadotrófica; puede haber hasta diferencias sutiles en la estructura de las gonadotrofinas de machos y hembras dentro de una misma especie. No obstante, preparaciones de LH y FSH de un sexo son ciertamente biológicamente activas en el otro, mientras que esto puede no siempre ser cierto en preparaciones de diferente especies.

Organización funcional del eje hipotálamo-pituitario. Neuronas endocrinas. La mayoría de las neuronas descargan sustancias neurotrasmisoras desde sus terminales a una sinapsis; Estas sustancias entonces modular la actividad de otra neurona post-sinaptica. Muchas neuronas hipotalámicas, son algo diferente en que no liberan neurotrasmisores de sus terminales en un sinapsis; en lugar de eso liberan hormonas en la corriente de sangre. Estas neuronas son llamadas neuronas endocrinas. Las hormonas liberadas entonces modular la función de células en un sitio distante. En la mayoría de los otros modos, las neuronas endocrinas son similares a las neuronas convencionales: tienen cuerpos de célula, dendritas y axones con dilataciones de terminal; son capaces de generar potenciales de acción; y su actividad esta influenciada por neuronas tradicionales que las excitan en sinapsis a través de la acción de neurotrasmisores (Fig. 1.5). Hay dos tipos generales de neuronas endocrinas en el hipotálamo: las neuronas magnocelulares y las neuronas parvicelulares. Como su nombre implica, las neuronas magnocelulares son grandes. Sus cuerpos celulares radican en los núcleos supraóptico y paraventricular, y sus axones cursan a través del hipotálamo a la eminencia media y desde allí por al tallo pituitario a terminales en la glándula pituitaria posterior (ver Fig. 1.2; MN). Las neuronas magnocelulares sintetizan y segregan las hormonas pituitarias posteriores ocitocina y vasopresina. Las neuronas parvicelulares son mucho mas pequeñas; sus cuerpos celulares están agrupados en muchos núcleos hipotalámicos y sus axones terminan generalmente en la eminencia media ( ver Fig. 1.2; PN). Debido a su tamaño grande, se conocen una gran cantidad de otras actividades funcionales de las neuronas magnocelulares y esto esta descrito en Capitulo 2. Sus hormonas son producidas en los cuerpos celulares, empacados en gránulos de almacenamiento que son transportados por los axones a las terminales, y liberadas de las terminales por la llegada de potenciales de acción. Hormonas liberadoras e inhibidoras Como trace el hipotálamo pare dirigir la actividad de la pituitaria anterior? Las neuronas endocrinas parvicelulares sintetizan hormonas que estimulan o inhiben la liberación de hormonas de la glándula pituitaria anterior. Estas hormonas de liberación-inhibición son descargadas desde terrninales nerviosas en la eminencia media, donde ellas difunden a capilares porta hipotálamo-hipofisiario. Desde allí son llevados al plexo vascular que rodea el tallo pituitario y distribuido a células a través de la glándula pituitaria anterior (Fig. 1.5). Fig. 1.5. Representación de neuronas convencionales (izquierda) y neuronas endocrinas (derecho) que controlan la reproducción. Observe que las neuronas convencionales liberan neurotrasrnisores ( nt ) en las sinapsis, y que las neuronas endocrinas liberan hormonas ( H ) en vasos portales. d, dendritas, a, axón, T. terminal. Las flechas indican dirección de flujo de la información.

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Aunque la existencia de factores hipotalámicos de liberación fue reconocida en los '40, no fue hasta cerca de 1970 que los primeros fueron caracterizados estructuralmente y se sintetizaron químicamente, ampliamente a través de los esfuerzos independientes de dos laureados Nobeles, Roger Guillemin y Andrew Schally. Se penso originalmente que existían factores individuales por cada hormona pituitaria anterior. Una vez que se conocieron sus estructuras y estuvieron disponibles sus preparaciones sintéticas puras, se encontró que existe una gran cantidad de superposición. Por ejemplo, la hormona que estimula la liberación de LH también induce la secreción de FSH, por lo que se los denomino factores de liberación de las gonadotrofinas (GnRH). Algunos investigadores sostienen aun el punto de vista que hay también otro factor que selectivamente obtiene la liberación de FSH. Otro ejemplo de superposición es suministrada por hormona liberadora de la tirotrofina (TRH) que, en dosis grandes, también cause la secreción de Prolactina. No se conoce sin embargo, como el TRH esta involucrado en la regulación fisiológica de la secreción de Prolactina. La identidad química de estas hormonas de liberación e inhibición, y su mecanismo de acción en las células de la pituitaria anterior, están descrito en el Capitulo 1 del Libro 7 (Primera Edición). Todos necesitamos decir aquí que la LH y la FSH están bajo el control estimulatorio de GnRH, mientras que la Prolactina esta predominantemente bajo control inhibitorio del factor inhibidor de la Prolactina (PIF), y que la mayoría de la gente esta de acuerdo en que es la dopamina.. Las hormonas de liberación son todas polipétidos. Aun no se conoce ningún factor pare inhibir la secreción de LH o FSH. Transporte de las hormonas de liberación-inhibición. Como son llevadas desde sus sitios de síntesis las hormonas hipotalámicas al sistema portal en la eminencia media? El progreso en este área se ha demorado considerablemente por la dificultad en encontrar el núcleo hipotalámico específico que sintetiza las hormonas de liberación-inhibición. Esta dificultad surge, en parte, de la probabilidad que estas hormonas no sean acumuladas en sus sitios de síntesis en cuerpos celulares, sino que como en el sistema magnocelular, son transportados rápidamente a lo largo de los axones a depósitos de almacenamiento en terminales nerviosas. No obstante, con las técnicas altamente sensibles de radioinmunoensayo e inmunocitoquimica, el GnRH fue localizado en cuerpos celulares en la región basal media del hipotálamo (núcleo arcuato) y en regiones mas anteriores también (áreas hipotalámica anterior y preóptica), aunque hay diversidad de especies a este respecto ( Fig. 1.6). Hay dos escuelas generales de pensamiento respecto a como las hormonas hipotalámicas de liberación alcanzan los vasos portales en la eminencia media: a) a través de axones y b) a través del fluido cerebro-espinal (Fig. 1.7). De acuerdo con la teoría de transporte axonal, las neuronas endocrinas que sintetizan los factores de liberación-inhibición tienen axones que se proyectan a terminales localizados en capilares de los vasos portales de la eminencia media. Así, las hormonas son transportadas a la eminencia media a través de las mismas células en que aquellas son producidas (neurona 1 en la Fig. 1.7).

Fig. 1.6. Distribución de factor liberador de las gonadotrofinas en el hipotálamo. E1 arco mas densamente sombreado indica las regiones donde el hormona liberadora ha sido almacenada. POA, área preóptica; MI, eminencia media; OC, quiasma óptico: MB, cuerpo mamilar; AP, hipófisis anterior; PP, hipófisis posterior.

De acuerdo con la teoría del transporte del fluido cerebro-espinal, al menos alguna neurona endocrina tiene Cátedra de Zootecnia General I Facultad de Agronomía y Zootecnia Universidad Nacional de Tucumán

axones que se proyectan a terminales en la interfase entre el propio hipotálamo y el tercer ventrículo lleno de fluido (neurona 2 en la Fig. 1.7). Allí, las hormonas hipotalámicas son segregadas en el ventrículo y transportadas a través del fluido cerebro-espinal a la región de la eminencia media, donde son recogidas por células especializadas llamadas tanacitos. Los tanacitos se proyectan a través de la eminencia media a estructuras parecidas a terminales nerviosas en cerrada proximidad a los vasos portales. Los tanacitos descargan las hormonas liberadoras, puenteando así la brecha entre el fluido cerebro-espinal y los vasos portales. De esta manera, las hormonas de liberación, secretadas inicialmente en el tercer ventrículo son llevadas finalmente a la pituitaria anterior. Aunque las teorías del transporte axonal y del liquido cerebro-espinal no son mutuamente excluyentes, hay mucho mas evidencia en apoyo de la anterior; la evidencia pare el transporte fluido cerebro-espinal de las hormonas hipotalámicas es ampliamente anatómica. Habiendo establecido la organización anatómica y funcional del sistema que permite flujo de información desde el cerebro a la glándula pituitaria anterior, permítasenos ahora examinar como la actividad de las neuronas endocrinas es controlada y como esta se relaciona con regulación de. la secreción de gonadotrofinas. Regulación de las neuronas endocrinas. Dos tipos generales de control actúan en concierto pare regular la actividad de las neuronas endocrinas relevantes a reproducción: el control por otras neuronas a través de neurotrasmisores sinápticos, y el control por hormonas entregadas por la sangre . Cada uno de estos será ahora considerado separadamente. Regulación neuronal (neurotrasrnisores). Como mencionado anteriormente, hay un complejo de redes neuronales que vinculan el hipotálamo con el resto del cerebro. Estas irrumpen sobre las neuronas endocrinas hipotalámicas a través de un numero de diferentes arreglos, algunos de los cuales son ilustrados en la Fig. 1.7. Estos incluyen neuronas cuyos cuerpos celulares residen fuera del hipotálamo (neurona 3 en la Fig. 1.7) y otras cuyos cuerpos celulares están contenidos dentro del propio hipotálamo (neurona 4). Ya sea el tipo, puede formar una sinapsis con la neurona endocrina en la región de su cuerpo celular (neurona 3 y 4), o en su terminal (neurona 5). Una única neurona endocrina puede estar en contacto sináptico con muchas neuronas convencionales, algunas son estimuladoras y otras inhibidoras. Así, la actividad de una neurona endocrina en cualquier punto, refleja a un tiempo una acción reciproca entre una variedad de entradas (input) positivas y negativas.

Fig. 1.7. Diagrama propuesto de vías de transporte de las hormonas liberadoras (RH) desde sus sitios de producción a los conductos sanguíneos portales, y el diferente arreglo (discutidas en el texto) por medio de los cuales las neuronas convencionales se comunican con neuronas endocrinas. EN, neuronas endocrinas; Nt, neurotrasmisor; T. tanacito; CSF, fluido cerebro-espinal.

Cuál es el rol que juegan las neuronas que residen fuera del hipotálamo en el control de reproducción? Tales neuronas transmiten información relevante a una variedad de estímulos sensoriales (visual, olfatorio, etc.; ver Fig. 1.1). En contraste, las neuronas que residen

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dentro del hipotálamo y forman sinapsis con neuronas endocrinas, facilitan la comunicación entre los diversos núcleos hipotalámicos. Esto permite una coordinación finamente entonada de las numerosas funciones endocrinas controladas por el cerebro. A nivel de sinapsis, la neurona entrante descarga una sustancia neurotrasmisora especifica. Esta se liga a receptores de membrana en la neurona pos-sináptica, modificando así su actividad, incluyendo un cambio en su tasa de ligar y descargar neurotrasmisores u hormonas desde su terminal. Que neurotrasmisor controla la secreción de gonadotrofinas? Mucho esfuerzo se ha gastado en identificar lo s neurotrasmisores e intentar correlacionar su s patrones de liberación con diversas condiciones reproductivas. La liberación de neurotrasmisores, lamentablemente, ha mostrado ser extremadamente difícil de monitorear, y aun tenemos mucho que aprender acerca de este nivel importante de control. No obstante, un número de enfoques experimentales puntualizaron un papel pare tres monoaminas: dopamina y noradrenalina (catecolaminas), y serotonina (indoleamina). El hipotálamo es rico en estas monoaminas. Distintos cambios en la secreción de LH, FSH y Prolactina pueden ser inducidos administrándolas, o por la aplicación de agentes que alteran su síntesis, metabolismo, o por la actividad de receptores pos-sinápticos que las ligan. Deberíamos recordar, a este punto, que una de estas monoaminas (dopamina}, también funciona como una hormona, debido a que es segregada dentro del sistema de vasos portales y actúa en la pituitaria anterior inhibiendo la secreción de Prolactina. Aun mas, la función neurotrasmisora de la dopamina incluye probablemente la regulación de secreción de GnRH. Esto apunta a una superposición en los mecanismos que regular a la LH, FSH y Prolactina, y puede explicar por que la secreción de gonadotrofinas frecuentemente tiende a ser bajo cuando la secreción de Prolactina es alto. Mas recientemente, un gran interés ha surgido en otra clase de compuestos, los péptidos opioides endógenos. Uno de estos péptidos neurotrasmisores, la B endorfina, se ha encontrado en una concentración alta en el hipotálamo y la sangre portal pituitaria. Aun más, la administración de péptidos opioides parece inhibir la secreción de LH y FSH, y estimular la secreción de Prolactina mientras que un antagonista opiode como el naloxone puede estimular la secreción de gonadotrofinas. Finalmente, las hormonas liberadoras por si mismas pueden jugar papeles limitados como neurotrasmisores. Por ejemplo, se ha asegurado que el GnRH puede servir como un neurotrasmisor en el control de comportamiento sexual. Regulación hormonal El segundo nivel de control sobre las neuronas endocrinas es suministrado por la actuación de hormonas a través de lazos de retro-alimentación. Aunque es conocido que el cerebro es un tejido blanco pare las hormonas, la naturaleza especifica de la interacción aun no es clara. Por ejemplo, los esteroides gonadales se unen en las neuronas a proteínas receptoras de alta afinidad, mucho mas de lo que lo hacen en otros tejidos blancos, donde sus efectos son evocados a través del genoma y modificación de la síntesis proteica (ver Capítulos 4, 5 y 6 en Libro 7, Primera Edición). Sin embargo, hay alguna indicación que efectos mas rápidos (mili segundo s) de esteroides en neuronas son mediados por otro s mecanismos que no involucran síntesis proteica. Dado que tanto hormonas como neurotrasmisores modifican la actividad de las neuronas endocrinas, cual es la naturaleza de esta acción reciproca?. Las hormonas modular la liberación de neurotrasmisores? Alteran las respuestas de las neuronas endocrinas a los neurotrasmisores, quizás cambiando umbrales de excitabilidad, permeabilidad de membrana, o receptores pare neurotrasmisores? Funcionan las hormonas como neurotrasmisores, generando o inhibiendo directamente potenciales de acción? Estas son preguntas cruciales, pare las que no tenemos respuestas. Finalmente, los sitios de ligamiento pare las hormonas esteroido-gonadales no están limitados al hipotálamo, sino que están distribuidos ampliamente a través del cerebro. Combinados con evidencias que la implantación de esteroides en sitios neurales discretos fuera del hipotálamo, puede tener efectos profundos en la reproducción, la amplia distribución de sitios ligadores sugiere que las acciones de las hormonas gonadales no están restringidas simplemente al hipotálamo. Claramente, estas hormonas esteroides también actúan sobre neuronas extrahipotalámicas, las cuales a su vez, eslabonan con neuronas endocrinas en el hipotálamo. Independientemente del sitio de acción de las hormonas gonadales

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en el cerebro, el resultado final es un cambio en la tasa de descarga de hormonas hipotalámicas en la circulación portal y una modulación en la secreción de hormona pituitaria. Control de la secreción de gonadotrofinas Modos tónico y cíclico (onda o pulsátil) de secreción. Es aceptado generalmente que la secreción de LH y FSH esta controlada por dos sistemas reguladores funcionalmente separados pero superpuestos - el sistema tónico y el sistema de onda o cíclico (Fig. 1.8). El sistema tónico produce los siempre presentes niveles basales de hormonas pituitarias circulantes, que promueven el desarrollo de elementos tanto germinal como endocrino de las gónadas. El sistema de cíclico, en contraste, opera más bien agudamente, siendo generalmente evidente por solamente 12-24 horas en cada ciclo reproductivo de la hembra. El modo cíclico de secreción es responsable de un masivo (frecuentemente varios cientos de veces) aumento de las gonadotrofinas circulantes; la función primaria del cual es provocar la ovulación en la hembra (ver Capítulos 5 y 6). Es el modo cíclico de secreción de gonadotrofinas que dote a la hembra con la capacidad de ciclar. En muchas especies (como la rata el ratón, el conejillo de indias y la oveja), el sistema de oleada es capaz de funcionar solamente en la hembra. Aunque este sistema esta presente en el feto desarrollado de ambos sexos, este se torna permanentemente inoperante en el machos por la acción de las hormonas testiculares segregadas durante una etapa intrauterina critica o en el desarrollo posnatal temprano (ver Capitulo 3 de Libro 2). En tales especies, este proceso de diferenciación sexual ocurre en el cerebro mismo, no en la glándula pituitaria anterior, que permanece sexualmente indiferenciada. La existencia de un sistema tónico en ambos sexos como de un sistema cíclico (o de oleada) solamente en hembras, esta en armonía con el concepto que los centros reguladores tónico y cíclico residen en diferentes regiones del hipotálamo. La clara demostración de una tal separación especial viene de los trabajos en la rata (Fig. 1.9). En esta especie, el modo tónico de secreción de gonadotrofinas esta gobernado por neuronas endocrinas cuyos cuerpos están localizados en el hipotálamo medio basal, específicamente en el núcleo arcuato. La onda de gonadotrofína requiere, sin embargo, señales o input de regiones mas anteriores, el área preóptica y el núcleo supraquiasmático. Son las regiones anteriores las que parecen sin diferenciación sexual. En efecto, recientes evidencias apuntan a una diferencia estructural grande en el área preóptica de la rata macho y hembra (ver Libro 2, Capitulo 3). Fig. 1.8. Representación esquemática de dos diferentes modos de secreción de FSH y LH. Observe que la secreción tónica estimula el desarrollo gonadal, mientras que la cíclica cause ovulación. Otro hecho interesante del sistema onda de LH en roedores es que su operatividad esta acoplada al ciclo luz-oscuridad. Así, la onda de LH ocurre normalmente en un tiempo fijo del día (últimas horas de la tarde). Esta sincronía (timing) de la onda de LH aparece originarse en la región general del núcleo supraquiasmático, un área hipotalámica pensada como contenedora de un componente importante del reloj biológico. Conque extensión estas características del sistema onda de LH puede aplicarse a otros especies? Es probable que existan considerables diferencias. En el mono macaco de la India, por ejemplo, el sistema Cátedra de Zootecnia General I Facultad de Agronomía y Zootecnia Universidad Nacional de Tucumán

onda de LH no esta acoplado al ciclo luz-oscuridad y no esta diferenciado sexualmente. La onda de LH no se observe normalmente en monos machos, pero esto es debido al hecho que las hormonas segregadas por el testículo del adulto no son compatibles con la inducción de la descarga de LH. El sistema de oleada mismo es completamente competente en el varón. En otro primate, el mono martmoset, el sistema onda de LH esta presente en ambos sexos; y aun en la especie humane la onda de LH puede ser inducida en el varón si las condiciones hormonales son adecuadas. Las diferencias entre especies en el sistema cíclico de LH, pueden reflejar la importancia relativa de las regiones hipotalámicas anteriores al generar la oleada. Por ejemplo, el área preóptica (APO) y el núcleo supraquiasmático (NSQ), que son claramente necesarios pare este evento en roedores, pueden estar borrados en el mono macaco de la India sin estropear el modo de oleada de secreción de gonadotrofinas. En efecto, no ha sido posible aun separar anatómicamente, los sistemas tónico y cíclico en el mono. Así, el hipotálamo medio basal (núcleo arcuato}, la eminencia media y la glándula pituitaria anterior parecen capaces de actuar como una unidad en si misma, conteniendo todos elementos neuroendocrinos esenciales pare ambos modos de secreción (Fig. 1.9). Finalmente, al considerar las diferencias entre especies de la onda de gonadotrofína, es importante recordar que en algunos animales (como el conejo, gato, ferret y el camello) este evento es disparado normalmente por el acto de coito. En estas especies, que son referidas como de ovulación refleja o inducida, la estimulación de terminaciones nerviosas en la vagina y cerebelo active un reflejo neuroendocrino que incluye la transmisión de impulsos desde la cuerda espinal al hipotálamo y la activación de neuronas productoras de GnRH. En la mayoría de las especies, sin embargo, la onda de gonadotrofinas ocurre independientemente del coito. En tales animales, que son llamados ovuladores espontáneos, el sistema cíclico (de oleada) es activado exclusivamente por la influencia estimulatoria de las hormonas gonadales. Esto nos lleva a una consideración de los controles de retro-alimentación. Control de retro-alimentación (feed-back) de secreción gonadotrofinas. La mayoría de las hormonas en el cuerpo son parte de lazos de retro-alimentación o feed-back hemostáticos, por medio de los cuales cada hormona regularizan su propia tasa de secreción dentro de limites bien definidos. Tres niveles operacionales de feed-back hormonal hen sido propuestos pare el sistema hipotálamo-pituitario-gonadal: feed-back de lazo largo, feed-back de lazo corto y feed-back ultra corto (Fig. 1.10). El mejor documentado de estos es el feed-back de lazo largo, en el cual las hormonas segregadas por las gónadas ejercen sus efectos reguladores a nivel de la glándula pituitaria anterior y/o el sistema nervioso central (nivel 1 en la Fig. 1.10). El feed-back de lazo corto (nivel 2) se refiere a una acción de hormonas pituitarias pare regular su propia secreción, quizás actuando dentro del hipotálamo al cual son entregadas por reflujo de sangre sobre el tallo pituitario. El feed-back ultra corto se refiere a una acción neural de las hormonas hipotalámicas pare regular su propia secreción (nivel 3). Fig. 1.9. Diagrama que ilustra la ubicación anatómica de los centros que controlan los modos tónico y cíclico de secreción de gonadotrofinas (Gn) en roedores y monos. Observe que el sistema cíclico esta borrado en roedores machos (el cual tiene una mayor área preóptica que la hembra pero no en monos. APO, área preóptica; NSQ, núcleo supraquiasmático; ARC, núcleo Cátedra de Zootecnia General I Facultad de Agronomía y Zootecnia Universidad Nacional de Tucumán

arcuato, EM, La mayoría de los lazos de retro-alimentación endocrina son negativos (inhibitorios) debido a que la hormona en cuestión provoca una disminución en su propia tasa de secreción. Algunos feed-backs hormonales, sin embargo, son estimulatorios (positivos) porque, hasta un cierto punto, una hormona puede estimular su propia versión. El modo tónico de secreción de gonadotrofinas esta gobernado por una acción de retro-alimentación negativa de los esteroides; la remoción de las gónadas, por lo tanto, producen un gran aumento en la secreción tónica de LH y FSH (ejemplo en la Fig. 1.11). El sistema cíclico (o de onda), en contraste, esta regulado por una acción de retro-alimentación positiva de los esteroides gonadales, al menos en ovuladores espontáneos. Que esteroides gonadales particulares desempeñan papeles de retro-alimentación y donde actúan en el eje hipotálamo-pituitario? Tres tipos de esteroides gonadales (estrógeno, progesterona y andrógeno) ejercen el feed-back negativo mas importante. El estrógeno también tiene una función de retro-alimentación positiva porque promueve la onda de gonadotrofína en hembras. Estos esteroides pueden actuar dentro del cerebro pare modificar la tasa de secreción de las hormonas de liberación-inhibición; pueden actuar sobre la glándula pituitaria anterior pare alterar su respuesta a las hormonas hipotalámicas, o pueden actuar en ambos sitios. El sitio que prevalece varia con la especie, el esteroide, y si el feed-back es positivo o negativo.

Fig. 1.10. Ilustración de tres niveles de retroalimentación hormonal propuesto pare el eje hipotálamo-pituitario-gonadal. (1) retro-alimentación lazo largo; (2) retro-alimentación de lazo corto, (3) retroalimentación de lazo ultra corto. GnRH, hormona liberadora de gonadotrofinas; AH, adenohipófisis; NH, neurohipófisis. El generador de pulso hipotalámico. Quizás uno de los más fascinantes aspectos de la regulación neuroendocrina de la reproducción es la naturaleza pulsátil de secreción de hormona. Esta propiedad del sistema se puso en evidencia primero alrededor de 1970, inicialmente de estudios clásicos en el mono macaco de la India realizados por Ernst Knobil y sus colegas, y extendido poco después de eso a una amplia variedad de especies. En general, el modo tónico de secreción de gonadotrofinas (más marcadamente LH) no procede en una tasa constante. Mas bien, esta caracterizado por estallidos discretos de secreción separada por periodos en que hay relativamente poca o ninguna secreción. Este patrón pulsátil es mas evidente en animales gonadoctomizados, en que el sistema de control tónico esta libre de supresión de retro-alimentación negativa (Fig. 1.12). Fig. 1. 11. Izquierda: Ejemplo de retroalimentación negative de lazo largo entre estrógeno (E) y LH. En el sentido del movimiento de las agujas del reloj del rizo, un aumento en E causa una disminución en la secrecidn tónica de LH. Desde que la LH estimula la secreción de E, la caida de LH causa una disminución en E. Esto retira la inhibición de la LH, por lo tanto aumenta. La concentración de una solución creciente de LH entonces estimula la secreción de estrógeno ovarico. Y asi sucesivamente. Derecha: Representación del aumento de la LH serica que ocurre cuando el lazo de feed-back negativo esta quebrado por ovariectomia (OVX).

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El descubrimiento de la naturaleza episódica de la liberación de gonadotrofinas ha llevado al concepto que el modo tónico de secreción esta controlado por un oscilador, o generador de pulso, que reside en el sistema nervioso central. Ha sido confirmado recientemente, por el grupo de Gary Jackson de Illinois y por el grupo de Lain Clarke en Melbourne, que este oscilador genera una descarga quantal rítmica de GnRH desde neuronas endocrinas que, en torno, manejan la secreción pulsátil de gonadotrofinas (Fig. 1.12, parte baja). Fig. 1.12. Ilustración de la secreción de hormona cíclica en una hembra ovariectomizada y la base nerviosa postulada pare secreción pulsátil de hormonas pituitarias. AH, adenohipófisis, GnRH, factor liberador de las gonadotrofinas; LH,. hormona luteinizante (adaptado de R. L. Goodman y F. J. Karsch. En Biological Clocks, Second Reproductive Cycles. Donde está localizado el generador de pulso y como hace su trabajo? El generador de pulso parece estar contenido dentro de la región basal media del hipotálamo en las pocas especies en que ha sido localizado. No se conoce mucho acerca de como trabaja, debido ampliamente a dificultades metodológicas en pinchar y estudiar las pequeñas neuronas parvicelulares que segregan GnRH. Las neuronas endocrinas magnocelulares que liberan las hormonas pituitarias posteriores, sin embargo, también operan en modo pulsátil, y hay un mayor conocimiento acerca de ellas (ver Capitulo 2). Basados en hallazgos en neuronas magnocelulares, podemos inferir que el patrón pulsátil de secreción surge de un tiroteo rítmico y sincrónico de poblaciones completes de neuronas endocrinas. Estas producen una descarga quantal sincrónica de hormonas almacenadas en terminales nerviosas hipotalámicas. Se ha reconocido recientemente por estudios en el mono macaco de la India, que la naturaleza pulsátil de secreción de GnRH es obligatoria pare la secreción normal de gonadotrofinas, y por lo tanto pare el éxito de la reproducción. En monos hembras cuya secreción endógena de GnRH ha sido suprimida por lesiones del núcleo arcuato, un patrón episódico de reemplazo de GnRH restablece la normal secreción de gonadotrofinas y ciclos menstruales, mientras que infusiones constantes de GnRH son ineficaces. Control del generador de pulso La actividad del generador de pulso es modificado normalmente por una variedad amplia de entradas (imputs) que transportan información acerca tanto del entorno interno como externo. Por ejemplo, el aumento pos-castración de la secreción tónica de gonadotrofinas, es provocada por un gran aumento tanto en frecuencia como en amplitud del pulso de LH. Las acciones de retro-alimentación negativas de las hormonas gonadales, por lo tanto, tienen que ser afectadas a través del sistema generador de pulso. Fig. 1. 13. Control de secreción de LH pulsátil por hormonas gonadales. Note la modulación diferencial de amplitud y frecuencia AH, adenohipófisis; NH, neurohipófisis; GnRH, factor liberador de las Gonadotrofinas; I.H, hormona luteinizante. En presencia de las gónadas, la Cátedra de Zootecnia General I Facultad de Agronomía y Zootecnia Universidad Nacional de Tucumán

frecuencia y amplitud de los pulsos de gonadotrofinas sufre normalmente grandes fluctuaciones. Estos cambios son atribuibles en parte, a variaciones en hormonas gonadales particulares actuando en diferentes sitios en el eje hipotálamo-pituitario (Fig. 1.13). En algunas especies, por ejemplo, la frecuencia del pulso de LH parece estar inhibido por progesterona en la hembra y testosterona en el macho, implicando un sitio neural pare los efectos de retro-alimentación de estos esteroides para retardar el generador de pulso. La amplitud del pulso de LH, por otra parte, es reducido en ambos sexos por estradiol, actuando sobre la pituitaria pare disminuir su respuesta a las oscilaciones de GnRH liberado en la sangre portal (la amplitud del pulso de LH puede también ser disminuido por una reducción en la cantidad de GnRH descargado en cada bolo; no se conoce aun si los estrógenos también actúan de este modo) Cambios profundos en el generador de pulso también ocurren en pubertad, durante el curve del ano en reproductores estacionales (ver Capitulo 3), y en respuesta a un numero de agudos estímulos externos originados por visión, olfato y terminales táctiles. Unos de los ejemplos mas impactantes de esto ultimo es el patrón de pulso de LH en ratones machos durante exposición a una hembra (Fig. 1.14). Art Coquelin y Frank Bronson hen observado que la exposición inicial a un ratón hembra obtiene prontamente un pulso de LH en el macho. La exposición repetida a la misma hembra evoca pulsos adicionales de LH, pero decreciendo progresivamente en amplitud, hasta que la respuesta apenas ocurre. En este punto, la exposición a una nueva hembra restaura la respuesta, produciendo un pulso pleno de LH en el macho. Esta fascinante observación, que esta vinculada olfatoriamente a la orina de la hembra, demuestra no solamente que estímulos social-olfatorios pueden accionar sobre el sistema generador de pulsos pare LH, sino también que el sistema es susceptible a la habituación. Estudios de David Lindsay y sus colegas en Australia Occidental hen mostrado también que la exposición de una oveja al olor de un carnero, le aumentara la frecuencia de la descarga pulsátil de LH, obteniendo por lo tanto un indicio de como la introducción del carnero puede acortar y sincronizar el comienzo del estro en una manada de ovejas en anestro. Estas observaciones excitantes abren una dimensión totalmente nueva pare comprender la regulación neuroendocrina de la secreción de gonadotrofinas. Fig. 1. 14. Control de la secreción cíclica de LH en ratones machos por exposición a la hembra. Note que la exposición a una hembra obtiene prontamente un pulso de LH. Pero el tamaño del pulso disminuye con repetidas exposiciones a la misma hembra. La exposición a una nueva hembra ( 2 ) puede restaurar el nivel inicial. Desde el primer descubrimiento del enlace vascular entre el hipotálamo y glándula pituitaria anterior en los anos 1930 y 1940, hemos recorrido un largo camino en la comprensión de los medios por los cuales el sistema nervio so central regula la actividad de las gónadas. Muchos detalles intrincados de la red compleja de transferencia de la información esbozada en Fig. 1.1 hen sido clarificados, pero muchas piezas del acertijo aun necesitan ponerse en su lugar. Se dijo así, que la pituitaria anterior era el conductor de la orquesta endocrina; si esto es así, entonces es el hipotálamo el que escribe la partitura, en respuesta a la retro-alimentación de la audiencia.

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