ENDOCRINOLOGIA APPUNTI, Appunti di Endocrinologia

Scarica ENDOCRINOLOGIA APPUNTI e più Appunti in PDF di Endocrinologia solo su Docsity! 1 Legenda: SN=sistema nervoso SNA=sistema nervoso autonomo SE=sistema endocrino SI=sistema immunitario ENDOCRINOLOGIA- Prof. V. Scalera I lezione 8 ottobre 2019 L’endocrinologia è la scienza che studia le ghiandole a secrezione interna i cui prodotti sono, ovviamente gli ORMONI. Gli ormoni hanno un effetto sull’organismo, nel suo interno, sui vari organi. Naturalmente considereremo l’endocrinologia, sia da un punto di vista fisiologico che patologico: qualsiasi stato di alterazione ha come conseguenza la patologia, ma come vi dicevo la scorsa lezione l’importante è tener conto degli aspetti fisiologici perche’ al di fuori del fisiologico siamo nel patologico. L’ endocrinologia si relaziona con una serie di altre discipline come l’anatomia, la biologia cellulare, la biologia dello sviluppo, l’embriologia e, naturalmente anche la fisiologia. Che cos’è l’ORMONE: l’O. è una molecola biologicamente attiva, un messaggero chimico che viene secreto e che, una volta in circolo, ha un’azione su un tessuto, su una cellula bersaglio ed è in grado di far cambiare, sostanzialmente modulare, regolare le funzioni di quella cellula o di quel tessuto. Nel corso dell’ evoluzione queste molecole sono state messe a punto dagli organismi proprio perche l’ organismo pluricellulare ha la necessita’ sostanzialmente di organizzarsi al suo interno, e per questo ha bisogno che le cellule al suo interno possano dialogare tra loro. Una delle maniere per poterlo fare è produrre un segnale che possa essere in grado di avvisare le altre cellule ed agire operativamente per far cambiare o alterare la capacita’ metabolica di queste (ultime). Il grande problema di tutti gli organismi pluricellulari è la grande distanza che esiste tra molte cellule ma che pero’ devono essere comunque in grado di dialogare e di cooperare tra loro. L’organismo pluricellare quindi, necessita di una grande rete di comunicazione che possa essere in grado di coordinare la crescita, il differenziamento, l’omeostasi , il metabolismo ecc.ecc.. 2 Le modalita’ fondamentali di comunicazioni possono essere ‘’DIRETTE’’ (ricordiamo ad es. il passaggio di piccole molecole) attraverso : -Giunzioni comunicanti , strutture non solo con funzioni meccaniche di connessione cellulare, ma sono soprattutto preposte proprio alla comunicazione, al dialogo tra le cellule in quanto, queste giunzioni , permettono il passaggio di piccole molecole; ( pensiamo alla variazione del Ca++ intracellulare di una cellula A, queste giunzioni si aprono, fanno passare il segnale che accoppia la cellula A alla cellula B nella funzione;) ovviamente queste catene di cellule sono limitate ad alcuni gruppi, non tutte le cellule dell’organismo infatti possono comunicare in tal modo. Non ultimo, attraverso qs giunzioni possono passare le correnti elettriche: se la cellula si depolarizza o si iperpolarizza, la corrente risultante puo’ fluire attraverso queste vie a bassa resistenza e comunicare il segnale anche ad altre cellule. -Mediatori Chimici , i quali o possono direttamente trasmettere il segnale chimico attraverso le sinapsi, agendo quindi su una zona ben precisa della cellula con cui viene in contatto; oppure puo’ essere una segnalazione di tipo autocrina, esocrina, paracrina e endocrina. La paracrina è destinata a cellule molto prossime alla cellule che rilasciano il segnale , mentre quella endocrina ,in cui il segnale chimico è immesso nel torrente circolatorio. è in grado di influenzare cellule a grandissima distanza tra di loro. Ricordiamo come nella lezione precedente avevamo parlato del Sistema Nervoso in cui il segnale di tipo nervoso non puo’ essere in grado di interessare in maniera capillare tutte le cellule dell’organismo, altrimenti avremmo dei nervi enormi (grandi quanto una casa cit.!!!). E’ pertanto fondamentale per poter dialogare disporre di molecole che possano essere immesse nel torrente circolatorio e riconosciute a seconda dei distretti. Nelle figura proiettata è possibile vedere due cellule A e B in contatto tramite le giunzioni comunicanti ; notiamo i connessoni costituiti da proteine (connessine) che, quando sono aperti, permettono il passaggio del segnale da una cellula all’altra. 5 Nella slide si riconosce un neurone, un motoneurone α, in contatto sinaptico con una cellula muscolare; il suo stato di eccitamento è trasmesso tramite i potenziali d’azione e ovviamente si tratta di impulsi elettrici veri e propri, segnali tutto o nulla che a livello sinaptico vengono trasformati in segnali chimici. Naturalmente il segnale è molto veloce perche’ è direttamente mandato alla cellula bersaglio, in maniera diretta il segnale chimico viene comunque riconosciuto dai recettori quindi è preciso (oltre ad essere veloce), perche’ c’è una determinata area (membrana postsinaptica) nella quale il segnale viene riconosciuto ; ed è rapido perche’ le velocita’ di eliminazione del neurotrasmettitore attraverso la fessura sinaptica, in qualsiasi modo avvenga, ricaptazione, diffusione o idrolisi, è determinante e fondamentale in quanto una volta cessato il segnale di rilascio del neurotrasmettitore, si raggiunge il cut off perche’ non c’è piu’ segnale chimico e dunque non deve esserci piu’ una risposta. Quindi è veloce, preciso e rapido. Diverso ovviamente dal segnale chimico a distanza che, avra’ la stessa logica ma durata temporale diversa (es. differenti range temporali tra segnali chimici che sono implicati nella trascrizione genica e quelli che non lo sono: una volta che la proteina è stata prodotta, il cut off non è rappresentato dal fatto che l’ormone scende di concentrazione ma dall’effetto biologico che esso espleta, cioe’ la proteina che è stata sintetizzata e che sta ancora operando finche’ il segnale non abbia avuto termine). Si vede sempre nella slide i vari tipi di trasmissione: trasmissione diretta attraverso il contatto diretto; trasmissione attraverso la sinapsi; trasmissione attraverso dei segnali paracrini, trasmissione attraverso dei segnali endocrini. 6 Nel paracrino la cellula è molto prossima al tessuto bersaglio, l’emivita di questo segnale chimico è relativamente modesta per cui la sua azione e’ diretta solo alle cellule cui è prossima e sulle altre non avra’ effetto; anche perche’ quelle concentrazioni possono essere determinate a ridosso di queste cellule come segnale paracrino, una volta che questo diffonde nell’organismo, a parte il cut off che rappresenta l’emivita di quel segnale chimico è rappresentato anche dalla divisione per cui non avra’ seguito in altre aree. Al contrario il segnale endocrino è destinato a tutte le cellule dell ‘organismo, prende la via del sangue e quindi diffonde nei vari tessuti e espleta l’azione esclusivamente dove è presente un recettore. Il problema del segnale chimico e le sue soluzioni: le cellule sono esposte naturalmente ad una miriade di segnali e stimoli provenienti sia da altre cellule che dall’esterno. La grande problematica di tutti gli organismi è la necessita’ di collaborazione tra tutti gli organi per mantenere l’omeostasi anche in presenza di variazioni ambientali o variazioni interne. Pertanto solo i segnali rilevanti devono essere selezionati, devono essere captati anche se in bassissima concentrazioni ed infine, devono essere trasdotti in un linguaggio intracellulare comune. La cellula deve essere in grado attraverso quel meccanismo di trasduzione di elaborare una sua strategia; ovviamente la selezione dei segnali avviene proprio a causa del fatto che le cellule producono, mettono a disposizione dei recettori con un altissimo grado di specificita’ che riconoscono quella molecola piuttosto che un’altra. I recettori quindi devono essere ad alta affinita’ ed essere accoppiati ad un meccanismo cellulare che amplifichi questo segnale che, molto modesto in entrata, deve dar luogo ad una risposta biologica considerevole in uscita. Le attivazione delle vie di segnalazione comuni all’ interno della cellula sono fondamentali come soluzioni al problema del segnale. E’ evidente come il segnale chimico a ridosso della membrana sinaptica sia molto veloce; al contrario il segnale endocrino è relativamente molto piu’ lento, e, ovviamente in base alla modalita’ di trasduzione sara’ piu’ o meno lento; inoltre considerando le sue bassissime concentrazioni (10ˉ8 10 ˉ9 molecole in circolo) è comunque in grado di generare una risposta nella cellula bersaglio, nel tessuto bersaglio. ( contrariamente a cio’ che succede nelle sinapsi dove le concentrazioni sono piu’ elevate ed recettori sono ad affinita’ piu’ bassa). L’affinita’ pertanto, gioca un ruolo fondamentale nel legame della molecola al suo recettore, proprio perche’ a basse concentrazioni deve essere in grado di generare una risposta; oltre a questo il segnale deve essere amplificato ma il punto di partenza è il riconoscimento selettivo del recettore ad alta affinita’. 7 Tutto il meccanismo del segnale in entrata e della sua trasduzione all’ interno della cellula è basilare, e il legame del recettore col ligando deve tradursi in un segnale interno della cellula che via via va amplificandosi e che, attraverso la via di trasduzione del segnale, da’ luogo a delle risposte biologiche ben precise. La trasduzione è dunque la risposta della cellula del recettore che ha legato il suo recettore specifico! La comunicazione mediante il segnale extracellullare implica sei tappe 1) E indispensabile che ci sia sintesi della molecola che trasmette il segnale. 2) Il rilascio (non a caso ma per promuovere una determinata risposta) della molecole segnale da parte della cellula che trasmette il segnale. 3) La molecola segnale deve essere trasportata e distribuita attraverso il torrente circolatorio perche’ deve arrivare alle cellule in grado di trasformare quel segnale in una risposta biologica. 4) Riconoscimento della molecola da parte di specifiche proteine recettoriali. 5) Dar luogo ad una modificazione del metabolismo, della funzione, del differenziamento che la cellula, una volta riconosciuto il segnale, deve elaborare e produrre. 6) Una volta che il segnale abbia agito, esso deve cessare la sua funzione e deve essere rimosso : il segnale solitamente ha una vita media che determina la fine della risposta cellulare; quindi in primis deve diminuire la sua concentrazione e comportare conseguentemente la caduta della risposta biologica. Ovviamente dalla via che è stata attivata questa caduta puo essere piu’ o meno repentina; es. se si sta sintetizzando una proteina per tornare indietro ci vuole piu’ tempo; ma se la proteina in questione gia’ esisteva, l’attivazione di una via di trasduzione porta non alla sintesi ex novo ma all’attivazione della funzionalita’ delle proteine; [Caso dell’azione dell’ ADH: Quando l’ ADH va in circolo e viene attivato il meccanismo a cascata, non fa altro che inserire delle parti di membrana che contengono le acquaporine gia’ pronte; appena cessa il segnale queste parti di membrana vengono riportati indietro nelle vescicole disponibili e pronte a fondersi per una tappa successiva. Caso dell’attivazione della secrezione acida (HCl) nelle cellule ossintiche delle ghiandole gastriche nello stomaco: in questa attivazione la trasduzione del segnale passa attraverso la membrana ma alla fine la cellula e’ in grado di secernere l’ acido cloridrico. Nella fattispecie le cellule ossintiche che hanno forma trapezoidale sono disposte nelle ghiandola con la parte luminale molto stretta e poco spessa ma ad altissima attivita’ di produzione di HCl: esse dispongono di un canalicolo intracellulare che, da una dimensione irrisoria aumenta le sue proporzioni a dismisura quando indotta alla secrezione; possiede infatti un sistema interno di membrane organizzate in anelli chiusi in fase non secretoria, ma che in fase di attivita’ si fondono e creano una notevole superficie di secrezione interna con il canalicolo che protrude al’esterno. Queste parti di membrana si assemblano e si disassemblano a seconda della fase (secretoria e non) ma il concetto importante è che sono gia’ preformate e il meccanismo, cioe’ l’ormone, quale segnale ultimo, è in grado di provocarne l’assemblamento in sua presenza e il disassemblamento in sua assenza.] Questi sono meccanismi veloci perche’ ci sono gia‘ delle molecole preformate che sono solo da attivare o disattivare, ma quando attraverso la trasduzione del segnale come ad esempio per gli ormoni di natura steroidea, si deve attivare la sintesi proteica, il processo è notevolmente piu’ lento e perdurera’ piu’ a lungo; infatti anche se la concentrazione e l’effetto dell’ormone diminuiscono, comunque le proteine sintetizzate saranno ancora presenti e funzionalmente attive. Gli organismi multicellari si devono adattare ad un ambiente esterno che cambia continuamente e mantenere l’ambiente interno che tende anch’esso a cambiare continuamente (omeostasi). 10 esplicano piu’ questa funzione e si deve effettuare terapia con i diuretici per ridurre la pressione arteriosa. altro es. cellule molto diffuse nel tratto gastro-intestinale che hanno caratteristiche simili e che producono un ormone che viene messo in circolo…???? ] In generale, le molecole segnale in circolo non viaggiano libere nel plasma ma possono essere legate a proteine: alcune sono legate ad albumine ( legame a bassa affinita’), mentre altre (molti ormoni) sono legate a proteine specifiche come le globuline ( legame ad alta affinita’). Es. la tireoglobulina per l’ormone tiroideo (triiodiotironina) ecc.. Le globuline sono specifiche e molto selettive. Tutti gli ormoni soprattutto gli steroidei essendo di natura idrofobica e non idrosolubile viaggiano sempre legati a proteine; il fattore importante ai fini dell’azione biologica è la concentrazione; ma non conta la concentrazione complessiva cioe’ sia quella legata che non, ma la concentrazione libera che è in equilibrio con quella legata. Quello libero puo’ legarsi ai recettori e quindi l’azione biologica è sostanzialmente legata all’ormone libero; esso dipende da quanto la ghiandola ne produce, da quanto ne viene immesso, da quanto ne viene legato dalle proteine di trasporto e dalla velocita’ con cui viene degradato; sta di fatto che il pool dell’ormone libero è quello in grado di interagire con il recettore e di espletare un effetto biologico. Vediamo nello schema feedback semplici e feedback piu’ complessi: 11 es.A (semplice) La cellula endocrina rilascia l’ormone, la cellule bersaglio trasduce il segnale, da’ luogo ad una risposta biologica che ha come effetto a feedback negativo il bloccare ad esempio, direttamente la risposta della cellula endocrina produttrice. es.B (complesso) Asse ipotalamico-ipofisario. L’ipotalamo rilascia l’ormone di rilascio, influenzando l’ipofisi; essa rilascia l’ormone trofico diretto alle cellule o ghiandole bersaglio, queste ultime rilasciano l’ormone, ed esso agira’ sui vari organi dando luogo all’effetto biologico. Questa catena puo’ essere interrotta in vari modi con meccanismi di feedback negativo: nel momento in cui l’ipotalamo rilascia l’ormone di rilascio, e l’ipofisi l’ormone trofico, direttamente l’ormone trofico a feddback negativo causera’ a monte nell’ipofisi una risposta negativa, bloccando il rilascio dell’ormone di rilascio. Ancora, anche l’ormone prodotto dalla cellula bersaglio alla fine della catena puo’ bloccare (sempre con un meccanismo a feedback negativo) il rilascio da parte dell’ipofisi dell’ormone trofico e il rilascio dell’ormone di rilascio. Esistono anche dei meccanismi a feedback positivi che tratteremo in seguito. 12 Si puo’ vedere l’effetto dell’ormone in funzione del log della sua concentrazione. (La scelta delle funzioni logaritmiche è dovuto ai valori molto alti delle concentrazioni ). La curva rappresenta l’effetto biologico a partire dalla completa assenza dell’ormone in cui non accade niente ( e si verifica un’attivita’ di base) fino al raggiungimento e superamento di un determinato valore di concentrazione (valore soglia) in cui comincia e si incrementa via via l’effetto biologico. La curva ad andamento sigmoide raggiungera’ un massimo al di la’ del quale l’effetto non aumenta (effetto biologico massimale). Il valore della [ ormone ] che dara’ una risposta semimassimale sara’ definito ED50 e possiamo calcolarlo. La risposta della fase massimale si raggiunge quando sono saturati tutti i siti dall’ormone e dipendera’ dalla quantita’ di siti espressi e messi a disposizione dalla cellula ( non dalla capacita’ di riconoscimento o dell’affinita’ del recettore verso l’ormone ). Quanto maggiore è la quantita’ di recettori espressi , tanto maggiore sara’ la risposta massimale(è vero anche il viceversa); inoltre anche gli eventi correlati saranno a saturazione: è il caso degli enzimi, che, una volta arrivati a saturazione non aumenteranno piu’ la loro attivita’ anche se il numero di recettori viene incrementato all’infinito. Di seguito in figura esempi di up-regulation e down-regulation,e , a parita’ di regolazione, esempi di come una diminuizione (aumento) di affinita’ sposti la curva verso destra (sinistra). 15 I LIGANDI Oltre agli ormoni che sono i ligandi specifici, altre sostanze che si possono legare ad un recettore : AGONISTI o SUPERAGONISTI ( se mimano in tutto e per tutto l’azione dell’ormone). AGONISTI PARZIALI. ANTAGONISTI. INATTIVI. I comportamento sono simili a quelli dell’inibizione, competitiva o non competitiva. La curva dose risposta è di interpretazione Menteliana 16 Ovviamente si misura la risposta con metodi idonei: ad esempio se stiamo trattando un enzima andiamo a considerare se esso viene bloccato (antagonista) oppure attivato (agonista). 17 Queste informazioni si mettono in grafico (ascissa-log Dose, ordinata –risposta). Si puo’ seguire l’andamento del processo ( simile a quello gia’ visto per l’ormone) e trovare il valore della risposta media che si definisce, EC50 o costante di semiattivazione (EC per un farmaco, ED per un ormone) Si puo’ valutare l’efficacia di un farmaco valutando le curve: Il farmaco A e il farmaco B hanno la stessa efficacia (= uguale vmax e uguale EC50 uguale attivazione ) ma A è piu’ potente di B perche’ agisce a minore concentrazione e ha un’affinita’piu’ elevata. Un farmaco altamente selettivo presenta un’elevatissima specificita’ e riduce quasi totalmente la possibilita’ di interazioni con altro tipo di recettori, e a qualsiasi altro tipo di reazioni biologiche. 20 La comunicazione tra cellule avviene con diverse modalita’ a seconda che consideriamo il SN o il SE (legge la didascalia della figura) N.B. Anche i neuroni sono in grado di rilasciare un ormone , vedi i neuroni della neuroipofisi nell’ipotalamo. 21 L’ormone rilasciato nella via sanguigna vienetrasportato a livello capillare e, immesso nel liquido extracellulare ed è destinato a prendere contatto con tutte le cellule dell’organismo. La risposta sara’ data da cellule dotate di recettori specifici e, soprattutto a distanze notevoli rispetto alla zona di produzione dell’ormone. Comunicazione Paracrina: Le cellule bersaglio sono in prossimita’ delle celule produttrici; pertanto il segnale , che viene presto idrolizzato, è relativamente modesto, agisce su distanze e per tempi brevi. 22 Comunicazione Autocrina: Il segnale è destinato non solo a cellule limitrofe, ma anche alla stessa cellula produttrice, quasi fosse un rinforzo per altri segnali. E’ il caso del differenziamento ma anche, ad esempio, nel caso delle cellule tumorali esse stesse si autostimolano all’accrescimento e inducono nelle cellule adiacenti addirittura una trasformazione in direzione neoplastica. Arrivando alle cellule bersaglio per diffusione, anch’essa viene presto degradata FUNZIONE DELL’ORMONE: l’ormone puo’svolgere, contemporaneamente piu’ funzioni.es.l’ Insulina 25 Di seguito è riportato il range normale della concentrazione del glucosio tra 60 e 100 mg/ml; al di sopra gia’ a 105, si comincia a parlare di possibile diabete ma fino a 110 è abbastanza accettabile. L’osmolarita’ del nostro sangue è circa 300 mOsm/l che corrisponde circa a 150 Na/Cl tanto che la soluzione fisiologica Na/Cl è circa 0,9%. A questa concentrazione non da’ shock osmotici , fa mantenere alle cellule la stessa capacita’ di trattenere l’acqua. Al di sotto di questa concentrazione (adesso riparla del glucosio ), si verifica gia’ una sofferenza neuronale perche’ il nostro SNC ha un metabolismo basato fondamentalmente sul glucosio; molto poco usa i corpi chetonici. ( Il cuore invece utilizza tutti i tipi di metaboliti purche’ non manchi un apporto continuo di sangue-Ossigeno; il cuore non è in grado di operare attraverso la glicolisi anaerobia. Pertanto funzionando continuamente e richiedendo un corrispondente apporto energetico produrra’ ATP attraverso la fosforilazione ossidativa) ). Al di sotto di 60 si presentano i primi segni neurologici, si presenta lo stimolo della fame, si ha il rilascio di glucagone , epinefrina, sudorazione, tremore. Ma, appena si scende al di sotto dei 40, il SNC ne risente notevolmente tanto da presentarsi convulsioni e coma. Non si deve mai scendere al di sotto di 50. Ovviamente il range normale deve essere sempre tenuto sotto controllo. Gli enzimi preposti a tale regolazione sono in generale l’insulina, il glucagone e l’adrenalina. Il meccanismo da parte dell’ insulina per tenere sotto controllo il valore della glicemia è monitorare direttamente le cellule β del pancreas produttrici dell’insulina stessa con lo scopo di controllare la concentrazione di glucosio; il che presuppone la presenza di un sensore per il glucosio: nella figura seguente si vede una cellula β non in attivita’ (at rest) ; essa non sta secernendo perche’ la concentrazione di glucosio si è abbassata sotto i valori fisiologici di setting; in qs situazione le cellule sono liberamente permeabili al glucosio , non c’e’ bisogno degli specifici trasportatori come quelli dipendenti dall’insulina, ma sono sempre presenti sulla membrana per cui continuamente permettono l’ equilibrio del glucosio tra l’interno e l’esterno della cellula: La cellula nel corso del suo catabolismo avra’ una concentrazione di Atp in funzione della concentrazione extracellulare di glucosio: se questa si abbassa ,si abbassera’ di conseguenza la quantita’ di ATP prodotto ; se al contrario questa aumenta, si puo’ osservare (sempre figura ) l’ ATP gate K channel che, in assenza di ATP è aperto ; se l’ATP aumenta, esso si lega al canale e lo chiude. Nello stato aperto la cellula è iperpolarizzata, i canali per il Ca sono chiusi per cui non c’è secrezione di insulina; nello stato chiuso la cellula si depolarizza (ricordiamo che è la permeabilita’ al potassio che fa variare il potenziale di membrana: quanto piu’ K entra, tanto piu’ ci avviciniamo al potenziale di equilibrio del k, quanto piu’ non entra, tanto piu’ ce ne allontaniamo provocando depolarizazione) (DOVREBBE ESSERE VERO IL CONTRARIO...IL K ESCE DAI CANALI NON ENTRA!!!! VERIFICATE ANCHE DALLE SLIDE) 26 La depolarizzazione deteminera’ l’apertura dei canali del Ca che sono voltaggio dipendenti ; il Ca è implicato nella cellula in tutti i fenomeni di esocitosi vescicolare; In qs caso viene esocitata la vescicola contenente l’insulina gia’ pronta per attivarsi, nel mezzo extracellulare comunicante con i vasi sanguigni che ne permettono la distribuzione a tutto l’organismo. Questo è un esempio di controllo diretto da parte della cellula stessa , non dall’esterno (come succede in altri casi dove ad es. l’asse ipotalamico-ipofisario controlla il rilascio di molti altri ormoni). Un caso analogo succede con le cellule che sono un grado di monitorare la concentrazione del Ca extracellulare e che possiedono una proteina Calcium sensor in grado di legare il calcio e di controllarne di conseguenza la concentrazione etracell. Il meccanismo di controllo della glicemia appena descritto è un feedback di tipo negativo; l’abbassamento del glucosio determina il ’resettaggio’ del ciclo e si interrompe il rilascio dell’ormone. A proposito del meccanismo ipo-iperglicemizzante insulina-glucagone/adrenalina, ripete il concetto di prima, cioe’ che solo quando disponiamo di due sistemi a controllo opposto (esempio di apparecchio che genera freddo, apparecchio che genera caldo per regolare la Temperatura), è possibile una fine regolazione di un processo, anche a costo di un dispendio energetico. Tutti gli ormoni di questa catena interagiscono con un feedback di tipo negativo La figura seguente è invece un esempio di feedback di tipo positivo, in quanto il feto, raffigurato gia’ in fase avanzata di accrescimento, incomincia a premere sulla cervice le cui pareti si stirano e questo porta al rilascio di ossitocina; questa provoca contrazioni, le contrazioni spingono ulteriormente il feto che, a sua volta stira maggiormente le pareti della cervice con incremento ulteriore di ossitocina. (di nuovo accosta il potenziale d’azione che è un feedback positivo che si arresta solo quando tutti i canali per il Na sono aperti e inattivati). Analogamente succede in questo ciclo che si interrompera’ , esclusivamente quando il feto verra’ partorito. L’anello impiantato dai ginecologi all’imbocco della cervice previene parti prematuri dovuti a spinte precoci del feto. 27 ENDOCRINOLOGIA IIa Martedi 15 ottobre 2019 Riprendiamo il discorso del neurone nel quale è il potenziale d’azione ad organizzare l’esocitosi del neurotrasmettitore; quest’ultimo in questo caso è la molecola segnale generalmente rilasciata e recepita a livello della sinapsi..ricordiamo che il SNA invece non ha delle vere e proprie sinapsi e i recettori sono diffusi sulle cellule dell’organo bersaglio. Ricordiamo che è il legame della molecola segnale allo specifico recettore che permette la risposta: la molecola segnale prodotta da una cellula endocrina è rilasciata nel liquidi extracellare e tramite il circolo sanguigno si distribuira’ in tutto l’organismo; ovviamente ci sara’ risposta cioe,’ ci sara’ TRASDUZIONE del segnale, solo se esistono sulle superfici delle cellule o al loro interno i suoi specifici recettori. Il recettore non è una semplice proteina che lega una molecola ma deve possedere numerose e ben determinate caratteristiche: Un esempio di specificita’ recettoriale è il carrier del glucosio che è in grado di distinguere l’ L-glucosio dal D-glucosio, anche se chimicamente sono molto simili , ( steroisomeri ); anche per gli aminoacidi le forme L (tranne per l’aspartato in cui L e D sono quasi equivalenti), hanno un’affinita’ notevolmente maggiore per i recettori rispetto alle forme D. L’ affinita’ è riconducibile alle dimensioni degli organi che secernono le molecole segnale che possono essere o ghiandole molto piccole o, addirittura cellule. Non possono essere costruite miliardi di molecole segnale per cui deve esserci questa elevatissima affinita’ da parte dei recettori, anche a concentrazioni di molecole segnale infinitesimamente piccole. La saturabilita’ è la conseguenza del legame tra la proteina e la molecola segnale quando tutti i recettori sono occupati. Anche La reversibilita’ perche’, nel momento in cui scende il livello di concentrazione delle molecole segnale, l’equilibrio (legge della conservazione di massa) si deve spostare. Infine il legame ligando-proteine deve essere finalizzato ad una risposta che deve trasferire un segnale all’interno della cellula, deve dare luogo cioe’, ad un’ attivazione di qualche via e comportare una risposta. Questo fa la differenza tra una semplice proteina di legame ed un recettore! 30 Ipotiroidismo e ipertiroidismo sono rispettivamente esempi di ridotta o eccesiva produzione ormonale. Le sintomatologie sono opposte e possono avere anche manifestazioni estreme e patologiche (come tachicardia e tremori nell’ipertiroidismo). Si puo’ anche verificare produzione di ‘’falsi biologici’’ cioe’ ormoni anomali, molecole non attive che possono dar luogo a delle difformita’ dei meccanismi endocrini. La resitenza all’azione ormonale vede ,pur in concentrazioni normali o superiori dell’ormone, una assenza di risposta.(es. il recettore puo’ non essere in grado di riconoscere la molecola segnale). L’anomalia del trasporto ormonale legate a mancanza di produzione di proteine di trasporto. L’anomalia del metabolismo ormonale puo’ consistere ad esempio in una situazione in cui una molecola, per un malfunzionamento o carenza di un enzima, ha un’ emivita maggiore del dovuto per cui permane anche quando il segnale è cessato, comportando una situazione alterata (riposta piu’ duratura o alterata). Altri casi: interferenza da parte di alcune molecole verso un ormone normalmente prodotto nella dovuta concentrazione; deficit di sintesi o di struttura del recettore (che non viene riconosciuto); problematiche a valle del legame recettoriale. 31 La coordinazione delle attività metaboliche nei diversi tessuti e organi dei mammiferi avviene mediante il sistema neuroendocrino. Le singole cellule di un tessuto specializzato percepiscono le modificazioni ambientali che circondano l’organismo, vengono convogliate verso il SNC, e rispondono secernendo un messaggero chimico extracellulare che passa a una cellula bersaglio dove si lega a un recettore specifico e innesca una modificazione dell’attività della cellula bersaglio stessa ( in generale, uno o piu tessuti). La gerarchia è stabilita da e nel SNC che ne è l’apice. L’ipotalamo è il centro di coordinazione che rivolge la sua azione primariamente e principalmente verso l’ipofisi anteriore (adenoipofisi) e posteriore (neuroipofisi) affinche’ rilasci i suoi ormoni destinati ad altri vari organi, cioe’ ghiandole bersaglio (tiroide, surrenale, ovaie,testicoli ecc…), che a loro volta possono rilasciare altri ormoni (cortisolo dai reni, T3 e T4 che regolano il metabolismo della tiroide, progesterone che regola il ciclo mestruale dalle ovaie…) verso i bersagli finali (muscoli, tessuti, ossa, organi riproduttivi, fegato, ecc..) 32 LA TRASDUZIONE DEL SEGNALE è la conversione di segnali extracellulari in una risposta intracellulare; è una proprietà universale delle cellule viventi ed è un processo fondamentale per la vita. Si possono osservare segnali extracellulari gia’ negli organismi unicellulari. Un segnale intracellulare va coordinato in base alle esigenze dell’organismo. A partire dalla seconda tappa (interazione del primo messaggero con il suo recettore) inizia la ‘’cascata ‘’di eventi; passaggio da ambiente extracellulare e intracellulare, inoltre tra la seconda e la terza tappa comincia l’Amplificazione: a partire da una singola molecola di ligando legata al recettore si produrra’ gia un’ Amplificazione del segnale. La trasduzione attiva gli effettori che consentiranno quelle variazioni che porteranno la risposta. Ovviamente la risposta è legata al perdurare del segnale, lo spegnimento del segnale invece, è importantissimo e fondamentale per il ritorno della cellula allo stato precedente, all’inattivita’, per poter ricominciare all’occorrenza un nuovo processo . Le molecole prodotte dal segnale amplificato sono considerate ‘’secondo messaggero’’. Abbiamo visto che la trasduzione del segnale puo’ portare a variazioni e modificazioni dell’espressione genica (quindi alterazioni di proteine che gia’ esistono), ma anche a fenomeni di trascrizione e regolazione genica (produzione di nuove proteine che rafforzino quelle gia’ presenti o svolgano una determinata funzione). 35 Il meccanismo della visione è un classico esempio di interazione di proteine recettoriali con fotoni. La trasduzione del segnale da fotoni comporta un passaggio di ioni controgradiente che sono sfruttati dalla cellula per produrre ATP. Riepilogo di come funzionano le ATPasi, in particolare la Na-K ATPasi, che trasporta ioni controgradiente utilizzando l’energia di idrolisi dell’ATP; i siti di legame con l’ATP sono strettamente correlati con quelli di trasporto, un evento avviene solo se in concomitanza l’altro; l’energia è trasferita dell’ATP al trasporto per poterlo effettuare controgradiente. Nelle F1ATPasi mitocondriali il principio sfruttato è lo stesso al fine di produrre ATP. Le ATP asi sono proteine in cui la funzione di trasporto è strettamente associata a quella ATPasica. La Na-K ATPasi demolisce energia metabolica per costruire gradienti, la F1ATPasi sfrutta il trasporto per costruire energia metabolica. Per tornare al nostro esempio, mentre nelle cellulle eucariotiche con la transducina si ha una variazione di conformazione del retinale da tutto Cis a tutto Trans, nei batteri e nelle alghe, i fotoni interagendo con delle proteine, possono essere impiegati nei trasporti ionici controgradiente; questi ioni vengono utilizzati per costruire energia metabolica. (si calcola che la maggior parte dell’Ossigeno non derivi dalle piante ma dal plancton e dai microorganismi acquatici) CICLO DELLE BALENE: inabissandosi sono responsabili del rimescolamento del plancton da cui dipende la sua (del plancton) sopravvivenza e la rimozione della CO2 dalla nostra atmosfera 36 Ovviamente il primo messaggero è la molecola segnale; le subunita’ della proteina G sono α β γ. Schema dell’ attivazione della proteina G: la molecola segnale lega il recettore 7M transmembrana ; questo dal lato citoplasmatico interagisce con le proteine G (che allo stato eterotrimerico sono inattive), e la cui subunita’ α lega il GDP (da cui il nome, in definitiva sono GTPasi); quando le proteine G sono attivate le subunita β e γ si distaccano, la subunita’ α scambia il GDP con il GTP e diventa in grado di interagire con un sistema effettore di membrana in grado di sintetizzare un secondo messaggero essenziale per trasformare il segnale extracellulare in uno intracellulare. (l’enzima amplificatore o effettore generalmente , ma non sempre, puo’ essere l’Adenilato ciclasi; ma anche la Fosfolipasi C). La subunita’ α stessa piu’ tardi idrolizza il legame con il GTP e passa allo stato inattivo col GDP legato. (sistema di auto cut-off). Infine la subunita’ α col GDP legato si riunisce alle subunita β e γ per ricostituire la proteina G ternaria, perche’ solo in questa forma è riconosciuta dal recettore attivato. Ricordiamo che tutto il meccanismo è possibile grazie alla fluidita’ del bilayer fosfolipidico. HI Acca. 37 40 Vediamo i differenti enzimi, canali ; in alcune famiglie agiscono non solo la subunita’ α, ma anche il complesso βγ è in grado di interagire e attivare effettori specifici. . Legge la tabella delle proteine G (in italiano); saperle in generale. Gs=stimolatorie Gi=inibitorie Golf=olfattorie Gt=trasducina Go=utilizzano soprattutto la βy Gq=attivano fosfolipasi N.B. Le G del II gruppo, agiscono sia attraverso la subunità α che attraverso la βγ (in grado di attivare i canali del K nel caso della Gi e attivare i canali del K e inattivare quelli del Ca nel caso Go ); questo doppio sistema che attiva il canale del K e blocca quello del Ca ( e viceversa), iperpolarizza la membrana della cellula il cui potenziale man mano si avvicina al quello di equilibrio del K; gli eventuali canali per il Ca presenti sensibili alle variazioni di potenziale, vedrebbero ridotta la loro conduttanza per cui si spegnerebbe il segnale di quest’ultimo; ovviamente depolarizzando la membrana avviene il contrario, e cioe’ si aprono i canali del Ca e si ‘riaccendono’ il segnale e la conduttanza al Ca. Lo spegnimento del Ca significa spegnere un secondo segnale poiche’ il Ca è ritenuto a tutti gli effetti un secondo messaggero (in altri casi si puo’ considerare anche un terzo messaggero), e verranno cosi’ a spegnersi anche tutti quei segnali intracellulari a cascata che dipendono dal Ca in quanto la sua concentrazione viene ridotta. La Go attraverso α e βγ attiva la fosfolipasi C. La Gt è la Trasducina che attiva tramite la sub α la fosfodiesterasi del GMP ciclico dei nostri fotorecettori, idrolizzandolo e riducendone il livello di concentrazione (ovviamente è la ciclasi che ha formato il GMP ciclico). Questo è un esempio di modulazione del segnale. 41 I bersagli delle proteine G sono principalmente degli enzimi che vanno ad aumentare il segnale intracellulare: Al punto 2 aggiungiamo che la fosfolipasi C produce anche il DAG anch’esso implicato in vie di trasduzione del segnale. Qui sotto vediamo una panoramica delle proteine G e degli effettori accoppiati ( la legge e dice che è da sapere in generale) Le PKA sono attivate da cAMP, le PKG sono attivate da cGMP, PKC sono attivate da derivati della fosfolipasi di tipo C (IP3 e DAG). 42 Ripete la struttura generale di una proteina G, legata al GDP è inattivata, legata al GTP è attivata, ecc… Dalla figura possiamo osservare come queste tappe possano essere bloccate in due punti da alcune tossine: la tossina colerica (enterossina prodotta dal vibrio cholerae) che, nelle proteine Gs previene l’idrolisi del GTP per cui la subunita’ α non cessa di funzionare e si verificano tutta una serie di eventi ( a partire dalla continua attivazione dell’Adenilato ciclasi, cAMP ecc…) che culminano a livello intestinale con gravi e importanti perdite di Sali minerali e conseguentemente liquidi (diarrea), che possono portare alla morte. la tossina della pertosse (bordetella pertussis), invece, nelle proteine Gi previene l’attivazione GTP- dipendente procedendo al disaccoppiamento dei recettori Ricordiamo che dopo un periodo di attivita’ il sistema si autospegne, l’idrolisi del GTP riforma il GDP e la proteina, di nuovo trimerica ad esso legata, torna allo stato inattivo. Ricordiamo che le nostre cellule sono come degli osmometri: l’acqua si muove con i soluti, per cui, se si perdono bicarbonato, sodio cloruro, potassio cloruro si perde anche acqua. 45 CREB), rilascio di ioni Ca, azione sui canali CFTR, modulazione dei canali per il Ca, a livello del muscolo cardiaco (cellule miocardio) azione sui canali per il Ca di tipo L. Nel tessuto cardiaco che è un sincizio funzionale, la contrazione coinvolge tutti i miocardiociti simultaneamente che sono o tutti attivi o tutti inattivi; ( al contrario del muscolo scheletrico che è organizzato in unita’ motorie in cui è possibile localizzare e circoscrivere la contrazione in base al lavoro da compiere e quindi al numero di unita’ da reclutare; pensiamo alla miriade di espressioni facciali che implica un sofisticatissimo sistema di reclutamento!). Il muscolo cardiaco ha le fattezze del muscolo scheletrico ma utilizza strategie tipiche del muscolo liscio. La contrazione dipende dal Ca, e non è tutto (max conc) o nulla (nessuna conc) come nel muscolo scheletrico, ma è modulabile grazie ai neurotrasmettitori (SNA) che ne regolano forza e intensita’ che percio’ puo’ andare via via crescendo. (ricordiamo nel muscolo scheletrico il complesso actina-miosina e troponina-tropomiosina) Nel cuore Il SNA fa regolazione estrinseca, Adrenalina e noradrenalina stimolano attraverso la via recettori- proteine Gs -AC (regolazione intrinseca) a produrre AMPc e di conseguenza la PKA (nelle cellule del miocardio) va a fosforilare numerosi canali tra cui quelli per il Ca di tipo L; maggiore è la conc di AMPc e maggiore sara’ la quantità di canali per il Ca fosforilati che rimarranno aperti. Il tempo di apertura è detrminante per far entrare il Ca extracellulare attraverso la membrana; sara’ proprio quest’ultimo a determinare il rilascio del Ca intracellulare dai recettori per la rianodina (RYR): rilascio di Ca-Ca indotto. All’aumentare del primo aumenta il secondo e di conseguenza la forza di contrazione ( effetto inotropo positivo). Un’ altra fosforilazione ad opera della PKA avviene sul lambano che, presente sulla membrana del reticolo, una volta fosforilato (fosfolambano) è un attivatore della pompa SERCa. La SERCa in tal modo sequestra piu’ calcio nel reticolo, e per le sistole dei cicli successivi i canali rianodinici ne potranno rilasciare una quantita’ maggiore (e quindi si avra’ una maggiore contrazione); immaginiamo che il sistema troponina-tropomiosina nel miocardio non viene saturato in qualsiasi condizione ma, partendo da un livello di non-saturazione si possono avere valori via via crescenti modulando cosi’ la contrazione. E in ultimo, la fosforilazione (sempre da parte della PKA) che riguarda la troponina I, ne fa variare l’ affinita’ per il Ca sempre ai fini della forza della contrazione cardiaca. Infatti, l’ouabaina (o strofantina g) potente veleno utilizzata in dosi opportune e con cautela come cardiotonico, inibisce la pompa Na-K; intal modo la [Na] intracellulare aumenta e di conseguenza lo scambiatore (antiporto) Na+-Ca2+ rallenta la sua attivita’, facendo cosi’ aumentare la [Ca] intracellulare e quindi la forza di contrazione. Quindi, il muscolo scheletrico usa il Ca intracellulare, queIlo cardiaco usa il Ca extracellulare per modulare quello intracellulare, il muscolo liscio usa sia il pool intracellulare sia quello extracellulare separatamente e talvolta in combinazione; il muscolo liscio come queIlo cardiaco ( al contrario di quello scheletrico che fa on/off per il Ca e la forza di contrazione dipende anche dal numero di unita’ motorie reclutate) è in grado di far variare la [Ca] intracellulare per modulare la forza di contrazione. Nel liscio il Ca (intra o extracellulare), interagisce non con la troponina (muscolo schel) ma con la proteina Calmodulina; il complesso Ca- Calmodulina attiva la proteina chinasi della catena leggera della miosina che fosforilata, cambia conformazione ed è in grado di riconoscere e legare l’actina (attivazione covalente, mentre nel musc schel e cardiaco si parla di attivazione’ allosterica); il complesso actina-miosina acquisisce la capacita’ ATPasica. I secondi messaggeri: AMPc, GMPc, DAG e IP3 (generalmente derivati dall’idrolisi dei fosfolipidi inositolo di membrana) e lo io CA2+ 46 L'idrolisi di PIP2 è attivata da diversi PLC, stimolati dalla proteina G o da una proteina tirosina chinasi. DAG: il diacilglicerolo attiva la famiglia delle proteine chinasi C, che svolgono un ruolo cruciale nella crescita e nella differenziazione delle cellule. Le PROTEINE CHINASI Una protein chinasi trasferisce il fosfato terminale di ATP a un gruppo ossidrilico su una proteina, mentre una fosfatasi proteica catalizza la rimozione del Pi mediante idrolisi; le chinasi e le fosfatasi della proteina sono esse stesse regolate da complesse cascate di segnale. Per esempio: Alcune chinasi proteiche sono attivate da Ca ++ - calmodulina. La proteina chinasi A è attivata dall'AMP ciclico (cAMP). Il grado di fosforilazione delle proteine dipende quindi dall’interazione tra chinasi e fosfatasi: infatti anche se una chinasi interrompe la sua attivita’ , il fosfato sulla molecola potrebbe rimanere, ecco perché è necessario l’intervento di una fosfatasi. (ripete l’esempio del musc. liscio in cui è una fosfatasi a defosforilare la catena leggera della miosina precedentemente fosforilata e a far cessare la contrazione. Vediamo qui sotto i fosfatidilinositoli con la parte idrofobica (gruppi acilici) immersa nel bilayer (fluido) e quella idrofillica a contatto col citosol; L’idrolisi da parte della fosfolipasi C, produrra’ il DAG che rimane nel bilayer ma puo’ muoversi liberamente in esso e attivare la PKC, e l’IP3 implicato nella mobilizzazione del Calcio. la Il DAG inoltre, è importante nella differenziazione e nella crescita cellulari; a lato vediamo la cascata di eventi che, dalla molecola segnale legata al recettore si arriva alla formazione del DAG e IP3; quest’ultimo permette l’apertura di un canale nel reticolo endoplasmatico liscio e liberare Calcio. Il Calcio insieme al DAG attiveranno la PKC che fosforilerà numerose proteine di varie vie trasduzione, (tra cui alcune porteranno anche a processi di trascrizione genica). Protein OH + ATP Protein O P O O  O  + ADP Pi H2O Protein Kinase Protein Phosphatase Protein OH + ATP Protein O P O O  O  + ADP Pi H2O Protein Kinase Protein Phosphatase 47 Le PKA sono sempre attivate dall’AMPc. Alcune proteine chinasi sono attivate dal sistema Ca-Calmodulina (es. precedente mucolo liscio) Il Ca è tossico e se permane nella cellula può provocare apoptosi; ma sono le fluttuazioni della sua concentrazione nel tempo (wave del Ca in dipendenza dalle concentrazioni extra ed intracellulari) a determinare effetti inibitori o stimolatori su determinati processi metabolici. Risposte della cellula a segnali multipli. Una singola cellula riesce a mostrare risposte specifiche a segnali multipli grazie alle SCAFFOLDING PROTEINS/ PROTEINE ADATTATRICI; sono proteine di supporto che facilitano l’interazione dei recettori con i propri effettori; assicurano la specificità nella attivazione delle vie di trasduzione del segnale;confinano il processo di segnalazione in una specifica regione della cellula. Esse sono denominate AKAPs (A-Kinase anchoring proteins). Ne esistono più di 50 tipologie: differenti tipi cellulari possiedono diversi tipi di AKAP. Esse interagiscono con PKA/strutture subcellulari specifiche come microtubuli, filamenti di actina. Le Qui accanto vediamo il bilancio del Ca mediante i vari meccanismi SERCa (ATPasi), canali del Ca,scambiatori ecc.. Il Ca nella cellula non puo’ essere presente in concentrazioni elevate e non puo’ essere tutto contenuto nel reticolo, per cui viene espulso attraverso il doppio sistema dello scambiatore Na/Ca e la Ca++-ATPasi di membrana; ricordiamo che lo scambiatore sodio-calcio è regolato dai gradienti elettrochimici del sodio e del calcio che, pertanto non possono essere molto forti; mentre la CaATPasi di membrana puo’ ovviamente gestirli. Questa è la tipica molecola che lega il Ca, la Calmodulina; si conoscono (e si vedono) i siti di legame per il Ca ed è noto che l’estremita’ carbossilica della lunga α- elica ha una maggiore affinita’ per il Ca rispetto all’amminoterminale; appena la molecola lega i 4 ioni Ca, acquista plasticità e può interagire con altri complessi proteici e attivarli. Naturalmente i legami sono reversibili e, come gia’ detto dipendenti dalla concentrazione di Ca. 50 Endocrinologia IV- 12 novembre 2019 Segnalazione tramite recettori di superficie collegati ad enzimi. Questi recettori possono essere collegati ad enzimi o essere essi stessi degli enzimi: 1) Recettori guanilico ciclasi (produzione di GMPc); 2) recettori tirosina-chinasici; 3) recettori associati a tirosina-chinasi; 4) recettori tirosina fosfatasi; 5) recettori serina/treonina chinasi; Un esempio di Recettori guanilico ciclasi è quello utilizzato dai peptidi natriuretici atriali, i quali determinano stimolazione del rene ad eliminare acqua e sali e rilassamento dei vasi sanguigni. I recettori guanilico ciclasi mediano il loro effetto, producendo direttamente GMPc che si lega ad una protein chinasi G attivandola la quale fosforila proteine specifiche a livello dei residui di serina e treonina. Esempio dei recettore tirosin-chinasico, il recettore per l’insulina: è un tetramero le cui porzioni β sono quelle ad azione tirosin-chinasica mentre le α sono quelle in grado di legare l’insulina; è proprio il legame con quest’ultima che innesca la capacita’ autocatalitica del recettore, il quale è in grado di autofosforilare le sue porzioni β e quindi, di attivarsi. Secondariamente diventano in grado di fosforilare altre proteine, come in questo caso, i 4 siti delle IRS (prima risposta all’Insulina); queste IRS fosforilate saranno in grado, a loro volta di dar luogo a molteplici segnali: un sito di fosforilazione puo’interagire con la fosfolipasi C; un altro sito di fosforilazione con la fosfoinositide-3-chinasi per dar luogo ad altri substrati di successivi eventi metabolici (PIP2; PIP3 –secondi messaggeri); un ulteriore sito di fosforilazione con un altro tipo di proteine e dar luogo all’attivazione di proteine RAS che passano, dalla forma inattiva che lega il GDP a quella attiva 51 che invece lega il GTP; le RAS sono proteine di tipo monomerico implicate in una serie di segnali intracellulari. Ovviamente è necessaria la presenza di SOS o fattore di scambio dei nucleotidi per far passare la RAS da inattiva legante il GDP, ad attiva legante il GTP; la RAS attiva le RAF che attivano tutta la via delle MAP chinasi fino alla trascrizione genica. Questi recettori tirosin-chinasici prima erano chiamati insulin like receptor in quanto funzionavano allo stesso modo dei recettori per l’insulina. I piu’ importanti sono: EGF = Epidermal growth factor IGF-1 = insulin-like growth factor NGF = nerve growth factor PDGF = piastrine derived growth factor M-CSF = factor stimulating Colonie - macrophages FGF = fibroblast i growth factor VEGF = vasculare endothelium growth factor Il legame di un ormone induce dimerizzazione e autofosforilazione dei recettori che in tal modo si attivano. I recettori per l'insulina sono già in forma tetramerica e di conseguenza il legame dell'ormone al suo sito provoca interazione allosterica fra le due metà del recettore che induce l'autofosforilazione del recettore, che si attiva e i suoi domini catalitici fosforilano una proteina chiamata IRS-1 (substrato 1 del recettore dell'insulina). 52 In generale le vie di trasduzione sono multiple; ecco un esempio riguardante il NGF: molti recettori per ormoni di crescita sono RTK, che si attivano solo in seguito alla dimerizzazione causata dal ligando e sono immediatamente in grado di autofosforilarsi e fosforilare altre proteine Un esempio molto importante di recettori RTK è rappresentato dai recettori di molti fattori di crescita, come EGF e PDGF. In questo caso, la fosforilazione dei residui tirosinici determina l’attivazione della proteina RAS, che come abbiamo visto prima, è estremamente importante nel controllo della proliferazione cellulare. Il dominio con cui il dimero interagisce è un SH2 della proteina GRB2 che a sua volta lega SOS che induce scambio di GDP con GTP nella RAS attivandola. La dimerizzazione del recettore e la conseguente attivazione possono portare ( come nel caso del recettore per l’insulina) a diverse vie: 1)Quella della PI3 chinasi legata alla sopravvivenza cellulare; 2)quella delle RAS e 3)della PLC che portano ad un incremento 55 MIOSTATINA Codificata dal gene Mstn, è sintetizzato nelle cellule muscolari scheletriche; inibisce la miogenesi. Mutanti della miostatina sono stati trovati in umani e mucche. Limitato al muscolo scheletrico nell'embriogenesi, può anche essere presente nel cuore, nelle ghiandole mammarie e nel tessuto adiposo negli adulti. Il prepropeptide di miostatina è composto da 3 subunità: a)Peptide C-terminale b)Sequenza segnale-Scissa da una proproteina convertasi chiamata Furina nell'apparato del Golgi c)Peptide N-terminale-ha un ruolo inibitorio e necessario affinché il peptide C si ripieghi in una struttura di cisteina a forma di nodo. Deve essere distrutto affinché il peptide C sia attivo. La scissione viene effettuata dalla proteina morfogenetica ossea (BMP-1) e da altre proteine della famiglia tolloid (metalloproteasi) La miostatina inibisce l’ipertrofia muscolare, infatti alcuni animali privati del gene della miostatina assumono sembianze enormi, sviluppando una smisurata massa muscolare. Inibitori della Miostatina SI MIOSTATINA NO MIOSTATINA 56 Esempi sulle funzioni della miostatina (in generale) Un anticorpo sperimentale diretto contro la miostatina, prodotto dalla Lilly, indicato dalla sigla LY2495655, sarebbe in grado di aumentare la massa magra muscolare e di migliorare le performance legate alle attività fisiche che richiedono potenza muscolare in pazienti ultra 75enni sarcopenici e con storia pregressa di cadute. La miostatina è anche prodotta in quantità anomala nell’organismo delle persone obese. E per questo, gli obesi hanno maggiori difficoltà a mettere su massa muscolare e trarre giovamento dall’esercizio fisico. “Considerando che l’esercizio è una delle terapie più efficaci contro l’obesità, questo produce un circolo vizioso, che intrappola i pazienti nella loro obesità”. Nella slide sono elencate le cause della sarcopenia e dell’obesità. Tutti questi fattori tuttavia, concorrono anche a provocare patologie importanti come il diabete di tipo 2, la dislipidemia, ecc.. Si crea un meccanismo a loop che può partire da disturbi relativamente meno gravi e portare a problematiche piu’ preoccupanti. Un diabetico puo’ ridurre drasticamente la sua massa muscolare magra! 57 Recettori intracellulari Un’altra categoria di segnali trova i suoi recettori all’interno delle cellule; questi recettori sono quelli per gli ormoni steroidei, tiroidei, per le vitamine A e D. Tutti gli ormoni steroidei tiroidei (non steroidi), le vit, A e D entrano liberamente nella cellula (sono molecole lipofilliche), ed entrano in contatto con i loro specifici recettori nel citosol, mentre l’effetto finale si espleta a livello nucleare. Questi sono grandi proteine monomeriche che in assenza di ligando si trovano in forma inattiva nel citosol o nel nucleo, legate ad altre proteine ‘inibitorie’ (Heat Shock Proteins, HSP), che li bloccano in forma inattiva. Il legame con il ligando endogeno (o con un farmaco) provoca la dissociazione dalle HSP e la dimerizzazione delle proteine; il dimero si lega a regioni specifiche del DNA (HRE, Hormone Responsive Elements) in grado di riconoscere i segnale e stimola o inibisce la trascrizione di specifici geni. Tutti gli ormoni steroidei nei mammiferi sono sintetizzati a partire dal colesterolo attraverso un intermedio comune, il progesterone. Gli enzimi della steroidogenesi sono in parte mitocondriali ed in parte microsomiali, con conseguente movimento dei substrati dentro e fuori dal mitocondrio. (ricordiamo una funzione importante e indispensabile del colesterolo che è quella di conferire fluidita’, compattezza e elasticita’ alle membrane biologiche, riducendo nel contempo la permeabilita’ ai piccoli soluti, come l’acqua; un bilayer semplicemente fosfolipidico infatti, sarebbe abbastanza permeabile all’acqua! Il colesterolo deve essere sempre presente senza ovviamente superare il limite consentito). Digressione sulle casa farmaceutiche che hanno variato arbitrariamente i limiti consentiti per il colesterolo per vendere le STATINE!!! Endocrinologia V- 14 novembre 2019 I diversi recettori intracellulari compongono una ‘superfamiglia’; hanno cioè una struttura molecolare molto simile. Inoltre, alcune regioni sono altamente conservate. Estremita’ ammino-terminale=Dominio per l’attivazione trascrizionale Segmento centrale=Dominio di legame al DNA Estremita’ carbossi-terminale=Dominio di legame al ligando 60 riduce la sua capacita’ di trasporto e di conseguenza la quantita’ di O legato e trasportato (l’O è rilasciato solo se a concentrazioni molto basse). Il NO ha un’affinita’ ancora maggiore per l’Hb per cui risulta molto tossico, ma avendo un’ emivita molto breve (1-5 sec) ed essendo prodotto solo dove è necessario, agisce a livello locale non determinando generalmente complicazioni. In alcune condizioni patologiche comunque, ne potrebbe essere prodotto troppo. L’NO essendo un gas attraversa liberamente le membrane. Non ha bisogno di recettori specifici sulla superficie delle cellule bersaglio. La sua concentrazione è circa 10-100 nM. E’ un radicale: possiede un elettrone non impegnato nella formazione di legami. E’ una specie chimica molto reattiva per cui è in grado facilmente di glicosilare le proteine, ed è instabile. La sua ossidazione produce nitrati (NO3-) e nitriti (NO2-). Gli effetti fisiologici dell’ossido nitrico si esplicano su: Sistema muscolare, con effetto miorilassante (liscio); Sistema circolatorio con effetto vasodilatatore; (coinvolto scambi gassosi Hb-cellule); Sistema nervoso come molecola segnale (neurotrasmettitore) – memoria a lungo termine; Sistema immunitario come agente battericida e come inibitore replicazione virale; Sistema digestivo in quanto media la dilatazione dello stomaco. Le PROTEINE RGS (Regulators of G protein signaling ) sono proteine in grado di regolare i segnali durante la fase di attivazione dei recettori legati a proteine G; esse si legano al complesso α –GTP (grazie al fattore di scambio dei nucleotidi) e ne stimoleranno e ne regoleranno l’attivita’; una volta che la subunita’ α inseguito ad idrolisi risulta legata al GDP (con rilascio di PPi), la RGS lascera’ l’ α , si potra’ riformare il trimero αβγ, e ricominciare un nuovo ciclo. L’NO viene sintetizzato a partire da arginina in una reazione di ossidazione (a 5 elettroni) catalizzata dall’enzima ossido nitrico sintasi (NOS) L’isoforma endoteliale della NOS: a partire dal recettore M3 per l’ Acetilcolina che è in grado di aumentare la conduttanza calcica, mediante Ca-Calmodulina, viene attivata la NOS che produca NO il quale, fluendo a breve distanza, attiva le GC (ad es.) in cellule muscolari lisce. Anche le citochine sono in grado di attivare le NOS 61 Le RGS inoltre sono implicate anche in reazioni in cui esse si associano a GEF (fattori di accelerazione della proteina RHO); quando RGS-RHO GEF si legano al complesso α-GTP gia’ attivo, e danno luogo all’attivazione della proteina RHO e nello stesso tempo alla GAPactivity di α-GTP. (ricordiamo che le RHO sono importanti per il rimaneggiamento del citoscheletro e dunque per il movimento cellulare); GEF accelera lo scambio dei nucleotidi che dà la forma attiva; GAP accelera l’idrolisi del GTP in GDP per dare la forma inattiva; questo è vero sia per le proteine G trimeriche che per quelle monomeriche (small G proteins vedi piu’ avanti). Il livello, il pool di AMPc, dipendono dall’attivita’ delle ciclasi, ma anche delle PDE; l’AC, indipendentemente dal tipo di cellula o di membrana a cui è associata, è soggetta ad un doppio controllo da parte di una proteina G stimolatrice tesa ad attivarla, e da parte di un segnale inibitorio (proteina G inibitrice) che tende invece, a bloccarla. La loro interazione determina la [AMPc]. Anche le PDE possono essere inibite da sostanze che sono presenti nel caffe’ (caffeina), te’ (teina), cacao (teobromina), che quindi promuovono l’aumento del livello di AMPc. Ovviamente il livello di AMPc determinerà quello delle chinasi e proseguire la cascata di eventi che portano alla risposta cellulare. Nell’esempio della seconda figura sopra, vediamo l’attivazione della fosfolipasi C : da un segnale esterno che attiva la Gq che attiverà la fosfolipasi C, questa liberera’ a partire dai fosfatidilinositoli di membrana, IP3 e DAG; il Ca++ rilasciato dal reticolo grazie all’IP3 e il DAG attiveranno la PKC. Il Ca ancora, formando il complesso Ca-Calmodulina sara’ in grado di attivare anche una Ca-Calmodulina chinasi intracellulare. 62 Genericamente le proteine G sono in grado di attivare le AC, le fosfolipasi, oppure direttamente canali ionici, come quelli del Ca++ o del K+ (quelli che conosciamo). Schematicamente e in generale: il 1°segnale (extracellulare) è rappresentato da un ormone o un neurotrasmettitore; il 2°segnale è rappresentato da AMPc, IP3 o Calcio; il 3°segnale è rappresentato dai substrati delle chinasi; il segnale va via via amplificandosi. Gli ormoni steroidei sono pochissimo o per nulla solubili in soluzioni acquose, per cui viaggiano per la maggior parte legati a proteine di trasporto; questa quantita’ legata di ormone è in equilibrio con quella solubile libera; la presenza della frazione solubile che puo’ diffondere e che ha attivita’ biologica è Uno stesso segnale extracellulare puo’ interagire con diversi tipi di recettori associati a G stimolatorie o a G inibitorie e quindi, dare via alle relative vie di trasduzione con, ovviamente, risposte differenti. E’ il recettore che interpreta e decodifica il segnale. Ne è un esempio l’azione del’ Adrenalina nel cuore e nell’intestino, con azioni ed effetti completamente diversi: stimolo nel primo, rilassamento nel secondo, eccitatorio nel primo, inibitorio nel secondo. Nel cuore ci sono le Gs, nell’intestino le Gi. 65 Localizzazione celllulare delle Rab Le varie vie di trasmissione del segnale interagiscono reciprocamente, mettendo in grado le cellule di produrre una risposta adatta a una combinazione complessa di segnali. Alcune combinazioni significano per la cellula che deve continuare a vivere, altri che deve riprodursi… La risposta è direttamente proporzionale alla quantita’ di molecola segnale e al numero di recettori espressi; di questi ultimi il ruolo, nonche’ proprio la quantita’, sono di fondamentale importanza, infatti la loro over-expression o less-expression possono determinare delle patologie. Signaling e Comunicazione incrociata Nel cross-talk (comunicazione incrociata) il metabolita di una via influenza l’attività dell’enzima di un’altra via. Il segnale sul recettore A inibisce la proliferazione, sul B la stimola molecole della fattori di kinas kinas kina Qui accanto un esempio di una rete di signaling. Ci sono sei recettori attivatori, di cui 3 per molecole della matrice e 3 per fattori di crescita che attivano tre protein kinasi citosoliche. Ciascun recettore attiva (frecce verdi) o inibisce (linea nera) la kinasi 1 o la 2 o entrambe con un meccanismo non specificato. I segnali delle chinasi 1 e 2 convergono sulla kinasi 3. Il risultato dipendera’ dalla combinazione degli stimoli extracellulari (inibitori, eccitatori o entrambi) che pervengono al recettore. . Segnali multipli: Se in una cellula arriva solo il segnale A, sara’ attivata una chinasi che andra’ a fosforilare e inattivare il recettore B; risposta: inibizione della proliferazione. (oppure il viceversa) Se invece i segnali A e B arrivano entrambi la risposta sara’ continuamente modulata, dipendera’ da diversi fattori, e influenzerà ad es., la durata della percezione del segnale, la densità relativa dei recettori e l’ampiezza relativa del segnale. Es: freno-acceleratore in salita; sistema orto-parasimpatico… 66 Egf = growth factor AMPLIFICAZIONE Accensione (On) e Spegnimento (Off) del segnale. La risposta recettoriale non è temporalmente indefinita. La maggior parte dei segnali è transitoria, si esauriscono in pochi minuti come pure la risposta è transitoria, mentre gli effetti possono durare anche parecchie ore. Se si accende un segnale, c’è anche bisogno di una via per spegnerlo. Per esempio: il mancato spegnimento di un segnale mitotico è una delle cause che induce un tumore; il mancato spegnimento di un segnale che fa aumentare la [Ca2+] nel citosol è una delle cause che induce la morte cellulare (apoptosi). Pertanto, di nostro interesse sono i sistemi biochimici in grado di passare rapidamente tra i due stati. In molti sistemi di signaling accensione e spegnimento sono operati da proteine G e/o da proteine di fosforilazione. Lo spegnimento delle risposte ai segnali può avvenire tramite dei meccanismi noti, come La risposta cellulare ai cambiamenti dell’ambiente esterno richiede spesso l’attivazione coordinata di processi cellulari multipli. In questo caso, l’epinefrina (adrenalina) e l’EGF attivano processi intracellulari diversi, aventi come risposta finale l’attivazione metabolica e la proliferazione cellulare. A partire dalla dimerizzazione del recettore, l’EGF avvia la cascata tirosina chinasica: attiva la Grb (prot adattatrice), le Sos, le Ras che fosforilano le Raf che attivano le MAP chinasi fino ad arrivare alla trascrizione genica (con attivazione dei fattori di trascrizione). Contemporaneamente il segnale dell’Epinefrina attiva l’AC, si produce AMPc che fosforila le PKA che vanno ad influire sull’attivita’ delle RAF, sempre ai fini della comune trascrizione genica. La modulazione puo’ avvenire in positivo o negativo. Il concetto di segnale a cascata implica, come è noto, quello di Amplificazione: da una molecola segnale, man mano che le tappe procedono, aumentano notevolmente le molecole risposta per arrivare ad un numero elevatissimo di molecole prodotto. L’Amplificazione del segnale, a partire da un altissima affinita’ per i recettori, è uno stratagemma della cellula per ottimizzare massimamente la resa delle reazioni con un investimento minimo di prodotto iniziale. 67 ad esempio: 1) La rimozione delle molecole segnale. La cascata tuttavia, continua a persistere tanto che, (es. ormoni steroidei che impiegano piu’ tempo ad attivare la risposta perche’ è coinvolta la trascrizione genica), la durata della risposta puo’ essere di parecchi giorni; anche nel caso delle proteine G quando viene eliminato il segnale, la via di trasduzione continua ad agire fin quando non intervengono, a favore dello spegnimento,vari processi. 2) Desensitizzazione dei recettori e 3) Down-regulation (modulazione, cioe’ riduzione) del recettore. I Meccanismi di inattivazione dell’azione ormonale prevedono la demolizione enzimatica rapida nel sito di azione (es. acetilcolinesterasi); la Trasformazione in altre sostanze meno attive o inattive (es. ormone T3 in T2); escrezione (eliminazione); innesco di un Feed-back negativo sulla secrezione ormonale (il segnale ormonale viene monitorato a monte con un feed-back negativo in grado di bloccare o ridurre il segnale). I feed back negativi sono importantissimi e possono anche essere provocati proprio dalle molecole risposta(effetto biologico ); Infine la Desensitizzazione recettoriale provocata dal permanere del legame recettore-ormone: cio’ spesso provoca la rapida attenuazione della responsività recettoriale (fenomeno temporaneo tipo adattamento). La desensitizzazione puo’ passare attraverso : -un disaccoppiamento recettore-proteine G in risposta ad una fosforilazione del recettore da parte di una determinata chinasi; -un’internalizzazione del recettore che viene allontanato insieme alla parte di membrana nella quale è immerso, attraverso processi di tipo endo-esocitotico (esempio delle acquaporine che possono essere internalizzate o espresse insieme alle loro parti di membrana); -una down-regulation dei recettori totali a seguito della ridotta sintesi di mRNA e di proteina, o di degradazione lisosomiale. Quando un agonista si lega ad un recettore, una chinasi fosforila il recettore su residui di serina o treonina provocando un disaccoppiamento del GPCR dalla G proteina (desensitizzazione) e al reclutamento della β- arrestina; Esempio di desentizzazione omologa sono le βARK: Le chinasi che fosforilano i residui di serina/treonina recettoriali sono le βARK (β-Adrenergic Receptor Kinase, una famiglia di chinasi dei recettori accoppiati a prot G (GRK) capaci di fosforilare esclusivamente il recettore occupato dall’agonista. Localizzate nel Questo processo avviene a prescindere dalla presenza del ligando che segue il suo iter di rimozione, riduzione o demolizione. Endocrinologia VI- 19 novembre 2019 Interruttori On-Off - Proteine di fosforilazione 9 La fosforilazione è il meccanismo più ou UL comune attraverso il quale le proteine LZ vengono modificate lungo una cascata di &= N segnali cellulari. Proteina » nese La fosforilazione avviene su aminoacidi che é hanno un gruppo ossidrile disponibile per il a n legame con un gruppo fosfato (serina, © 4 v treonina, tirosina). La presenza di un fosfato introduce nella ic -@ proteina una forte carica negativa con un m elevato ingombro sterico. Questo causa una on riorganizzazione dei legami tra aminoacidi responsabili della struttura terziaria della proteina. b) 2 Fisai SA. Reazione di fosforiazione/delostoriazione delle pro Cambia la struttura terziaria e si ha una transizione funzionale. E' una modifica reversibile. La defosforilazione è operata dalle fosfatasi. 70 71 Genericamente i recettori eptaelica (7 domini transmembrana) sono sempre associati a proteine G e possono attivare o inibire gli enzimi amplificatori come Adenilato Ciclasi o Fosfolipasi C. L’A.A. in presenza di Lipossigenasi dara’ luogo ai Leucotrieni; In presenza di ciclossigenasi (COX1, COX2) formera’ le Prostaglandine e i Trombossani. Molte sostanze generate dal metabolismo dell’AA tra cui Eicosanoidi endogeni come prostaglandine, trombossani, esercitano la loro azione attivando specifici GPCRs Descrive questo schema I fosfolipidi di membrana sono convertiti (oltre che dalla PLC) dalla PLA2 citoplasmatica in Acido Arachidonico (AA). AA è un acido grasso con funzione di secondo messaggero che in forma esterificata è localizzato nei fosfolipidi di membrana. È precursore della formazione di acidi grassi che, in modo autocrino o paracrino, modulano un ampia varietà di tipi cellulari. È un mediatore di risposte cellulari in risposta a: • stimoli fisiologici (istamina, bradichinina, angiotensina II), • fisici (es. ischemia) •farmacologici (es, sostanze ionofore in grado di liberare il Calcio) 72 Le funzioni svolte dai diversi organi ed apparati dell’organismo sono finalizzate a mantenere costanti le condizioni fisico-chimiche dell’ambiente interno, opponendosi a tutte le possibili variazioni del suo equilibrio, per poterlo sempre mantenere. Tutte le cellule dell’organismo sono immerse nel liquido extracellulare (ambiente interno) i cui costituenti ( glucosio, sodio, potassio ecc..) sono controllati in maniera precisa soprattutto a livello della concentrazione. Il sangue effettua continuamente scambi con il LEC, ed i due liquidi extracellulari sono in equilibrio; infatti, all’aumentare del volume dell’uno aumenta anche l’altro, all’aumentare della [Na] dell’uno aumenta anche la [Na] nell’altro (cosi’ come per gli altri ioni) e, ovviamente il viceversa. Ricordiamo che l’Osmolarita’ nel plasma è dovuta alla concentrazione di tutti i soluti, ma in particolare alla presenza del Sodio; infatti le soluzioni fisiologiche contengono NaCl (non le altre componenti) in concentrazione isotonica rispetto al plasma. Mantenere sottocontrollo il Na significa mantenere l’omeostasi del volume e la tonicita’ dei liquidi extracellulari. Le cellule, ricordiamo, si comportano come degli osmometri, in particolare quelle del sistema nervoso centrale che non tollera, a differenza di altri tipi cellulari, sbalzi di concentrazione e volume. Omeostasi ,uno dei grandi temi della fisiologia endocrina Il termine omeostasi definisce la capacità di autoregolazione degli esseri viventi, importantissima per mantenere costante l'ambiente interno nonostante le variazioni dell'ambiente esterno (concetto di equilibrio dinamico). Schema che illustra la formazione degli eicosanoidi ognuno dei quali ha una funzione ben determinata (vedi a lato); ricordiamo l’azione inibitoria esercitata da parte dei FANS sulle ciclossigenasi Tutto questo è reso possibile dalle cellule di scambio che si trovano tra l’ambiente interno l’organismo e l’ambiente esterno. Esse sono piu’ o meno permeabili: pensiamo alla pelle attraverso la quale avviene la traspirazione, alle mucose, alla vescica, al sistema tubulare, al sistema respiratorio, che sono tutti a contatto con l’ambiente esterno. 75 Nell’Ipotalamo si distinguono due gruppi di neuroni: - i neuroni magnicellulari, posti sopra il chiasma dei nervi ottici - i neuroni parvicellulari sono situati in varie sedi dell’ipotalamo, e producono gli RH e gli IH. Due dei nuclei ipotalamici (sopraottico e paraventricolare) collegano direttamente l’ipotalamo all’ipofisi tramite neuroni che, partendo da essi e terminando con i loro assoni nei capillari della neuroipofisi, formano un fascio ipotalamo-neuroipofisario che unisce i due organi e forma così il suddetto asse ipotalamo-ipofisario. All’ ipotalamo arrivano (Input): Fibre afferenti che terminano nell'ipotalamo e che conducono stimoli provenienti da organi; recettori gustativi della lingua; sistema limbico (coinvolto nell'olfatto); particolari aree cutanee come i capezzoli e i genitali esterni; corteccia prefrontale che conduce, attraverso il talamo, informazioni inerenti il tono dell'umore. Dall’ipotalamo si dipartono (Output): Fibre efferenti che si estendono dall'ipotalamo al tronco cerebrale e al midollo spinale dove entrano in contatto sinaptico con i neuroni vegetativi (SNA). Altre fibre si estendono attraverso l'infundibolo alla porzione posteriore dell'ipofisi; alcune giungono ai nuclei trigeminali e facciali per contribuire al controllo della muscolatura della deglutizione e altre ai motoneuroni spinali per stimolare il riflesso del brivido. Centri di regolazione ipotalamica: (in generale) Equilibrio idrico-salino e controllo di assunzione di liquidi e sete: Area preottica - cellule magnicellulari dei N Sopraottico e Paraventricolare- Area laterale. Regolazione assunzione di cibo: Area mediale e laterale - N. Arcuato N. Paraventricolare e Corpo Mamillare. Regolazione secrezione endocrina ipofisaria: cellule parvocellulari N. Sopraottico, N. Paraventricolare, N. Periventricolare e N. Arcuato. Controllo centrale sistema nervoso autonomo: Area posteriore e dorsale - N. Paraventricolare. Regolazione comportamento sessuale e aggressivita’: Area anteriore e preottica. Regolazione ritmi circadiani: N. Soprachiasmatico. Termoregolazione: Area anteriore e posteriore (noi siamo animali omeotermi per cui mettiamo in atto tutti i meccanismi relativi: sudorazione, vasodilatazione, vasocostrizione,ecc..). Ipotalamo A sinistra AREA ANTERIORE Al centro AREA INTERMEDIA A destra AREA POSTERIORE 76 Regolazione della temperatura corporea Gli esseri umani sono animali OMEOTERMI, ovvero in grado di mantenere entro certi limiti, la temperatura del proprio corpo costante. Tutti gli organismi a sangue caldo possiedono due meccanismi per il controllo della temperatura corporea: Comportamentale; Controllata dal sistema nervoso: serie di riflessi avviati dall’ipotalamo e mediati dal SNA: modificazione del metabolismo; sudorazione; dilatazione vasi sanguigni; contrazione vasal Ritmi biologici Tutti gli esseri viventi e la natura nel suo complesso rispondono a particolari ritmi ciclici di attività-riposo denominati BIORITMI. Ogni attività ciclica può essere definita in base al tempo necessario a completare un intero ciclo di attività. Ritmi biologici: CICLO circadiano (circa-dies=circa un giorno): SONNO-VEGLIA. CICLO ultradiano (si verificano più volte al giorno): ALIMENTAZIONE CICLI infradiani (richiedono più di un giorno): CICLO MESTRUALE, MIGRAZIONE degli UCCELLI. In figura sono rappresentati gli ormoni secreti dalla neuroipofisi, dall’adenoipofisi e i rispettivi tessuti- organi bersaglio. Neuroipofisi: i suoi ormoni vengono riversati dietro stimolazione direttamente nel sangue. ADHtubuli renali. OSSITOCINA muscolatura liscia uterina; ghiandole mammarie. Adenoipofisi: i suoi ormoni vengono rilasciati in seguito all’azione dei fattori di rilascio o inibitori secreti dai neuroni ipotalamici TSHtiroide. ACTHcorticale surrenale. PRL ghiandole mammarie. GHossa; tessuti. FSH,LHovaie; testicoli. 77 L’ipotalamo è il responsabile della risposta allo stress; essa si manifesta in due modi completamente opposti : -a breve termine (attacco e fuga): l’ Ipofisi influenza il SNA che stimola la midollare surrenale a rilasciare l’ Adrenalina, responsabile di una serie di eventi successivi e conseguenziali; si verificano aumento pressione arteriosa, accelerazione ritmo cardiaco, vasodilatazione muscolare; questa risposta è positiva, immediata ma di breve durata. -a lungo termine: è una risposta piu’ duratura nel tempo ma deleteria, negativa, in quanto comporta il rilascio di mineralcorticoidi e glucocorticoidi che tendono a far aumentare nel tempo, sia la pressione sanguigna che la ritensione idrico-salina. Tra la ghiandola e il prodotto finale c’è una serie di eventi a cascata. Il prodotto finale a sua volta arriva a monte del sistema dove può provocare inibizione e blocco secrezione (feedback negativo) o stimolazione e aumento della secrezione (feedback positivo) controllando così l’intero meccanismo a cascata. Questo schema lo ha letto tutto per cui sono da sapere i concetti principali. n.b. -nei soggetti molto anziani: - si perde la sensazione di sazieta’ che porta ad un ‘assunzione smodata di cibo; la situazione si complica nel caso di demenza senile in cui si perde anche la memoria di aver gia’ provveduto ai pasti. -si perde lo stimolo della sete con possibile disidratazione. 80 (ADH): Promuove il riassorbimento renale di acqua (effetto antidiuretico); la mancanza di ADH o dei suoi recettori provoca la eliminazione di grandi quantità di urina diluita (fino a 500-1000 ml/h) e priva di zuccheri, causando forte disidratazione. Tale condizione viene detta diabete insipido. La ipersecrezione di ADH (ad es. dovuta a tumori) provoca invece ipoosmolalità plasmatica che può arrivare ad uno stato di intossicazione da acqua dopo l’ingestione di grandi quantità di liquidi. Sindrome ipertonica: Si sviluppa quando il rapporto tra soluti ed acqua è aumentato. Questo disordine si manifesta quando l’assunzione d’acqua è minore rispetto alle perdite renali ed extrarenali. Le cellule perdono acqua e si raggrinziscono. I sintomi e segni principali sono: Disidratazione, febbre e morte. Sindrome ipotonica: Si ha una riduzione del rapporto tra soluti ed acqua. La sindrome si manifesta quando l’assunzione d’acqua supera la escrezione della stessa per via renale o extrarenale. Edema cerebrale, convulsioni e morte. Le 2 sindromi interessano entrambe particolarmente il sistema nervoso centrale e portano a decesso. La disfunzione della neuroipofisi causa una insufficienza nella regolazione dell’osmolarità nei fluidi extracellulari; le alterazioni dell’osmolarità possono provocare la morte causata da un repentino cambiamento nel volume cellulare del sistema nervoso centrale; Il restringimento cerebrale si ha nella sindrome iperosmotica, Il rigonfiamento cerebrale nella sindrome ipotonica. Nel Diabete Insipido centrale il 90% dei neuroni magnocellulari del SON (nucleo sopraottico) e del PVN (nucleo paraventricolare) devono essere distrutti. Sintomi clinici:Persistente poliuria (Nicturia) – diuresi superiore a 2.5 L/die, Sensazione della sete intensa, Sindrome Ipertonica del SNC, Irritabilità, Ottundimento mentale, Coma. Endocrinologia VII- 26 novembre 2019 Il controllo deve tener presente l’osmoticita’, ma soprattutto il livello complessivo del volume dei liquidi extracellulari da cui dipende il volume del sangue e il valore della pressione arteriosa; il mantenimento dell’equilibrio idrico-salino comporta un monitoraggio continuo quindi dell’acqua e del sodio perche’ sono strettamente correlati tra loro e al volume dei liquidi extracellulari. Un pasto molto salato stimola la sete; la successiva assunzione di acqua comporta aumento dei liquidi extracellulari; per ripristinare lo status quo ante devono essere eliminati sia acqua che sali. Se c’è bisogno di recuperare acqua sara’ rilasciato piu’ ADH, altrimenti il contrario, se bisogna eliminare piu’ acqua. 81 I recettori per il controllo dell’ADH( sistema ipotalamo-ipofisario) sono sparsi in tutto l’organismo e sono recettori di volume e di tonicita’; ricordiamo che il volume dei liquidi extracellulari dipende direttamente dalla quantita’ di sodio extracellulare (se aumenta l’uno aumenta anche l’altro). Il rilascio di ADH è sotto il controllo di osmorecettori ipotalamici molto sensibili che rilevano piccolissime variazioni (anche meno del 10 %); appena ci si discosta dal valore dell’osmolarita’ fisiologica, 290 mOsm., variera’ la quantita’ di ADH rilasciato; in ipertonia aumenta perche’ bisogna riassorbire piu’ acqua, in ipotonia esso diminuisce aumenta perche’ bisogna estrudere piu’ acqua. In condizioni di isotonia c’è un livello di base di ADH che viene rilasciato. I recettori di volume che comportano variazioni della PAM (pressione arteriosa)invece, registrano variazioni piu’ consistenti perche’ sono meno sensibili. (vedi i 2 grafici sopra). L’aggiunta di soluzione ipertonica di NaCl o Saccarosio, cioe’ in concentrazioni maggiori di quelle fisiologiche, causa un immediato effetto antidiuretico; non succede cosi’ con l’urea, che è molto permeabile alle membrane. Per spiegare questo effetto, ricordiamo il coefficiente di Staverman: nel misurare la tonicita’, un qualsiasi osmolita in un becker rispecchia esattamente la legge di van’t Hoff : la sua pressione aumenta all’aumentare della sua concentrazione, ma, nelle membrane biologiche, il comportamento degli osmoliti non è uguale perche’ esse possono essere piu’ o meno permeabili. La pressione osmotica della sostanza sara’ via via inferiore rispetto a quella teorica, quanto piu’ la sostanza sara’ permeabile alla membrana; il coefficiente di Staverman ( ∑ ), rapporta l’osmoticita’ teorica a quella rilevata; questo valore dunque varia in relazione alla membrana considerata. Tutte le cellule sono piu’o meno permeabili all’acqua, sia perche’ la scambiano rapidamente attraverso il bilayer fosfolipidico, sia perche’ in molte porzioni di membrana esprimono le acquaporine. Esistono comunque delle aree pochissimo permeabili all’acqua, ma questa caratteristica puo’ essere regolata. In seguito a elevata sudorazione l’organismo perde acqua ma tende a ritenere i sali; immediatamente gli osmorecettori ipotalamici rilevano incremento della tonicita’ e stimolano la sensazione della sete per ripristinare l’ equilibrio; contemporaneamente a livello renale si verifica una diminuzione della diuresi con conseguente produzione di urina concentrata (iperosmotica) allo scopo di trattenere piu’ acqua. L’ADH consente questo processo. Anche il volume dei liquidi extracellulari ha un suo ruolo; esso influisce sul volume plasmatico e quindi sulla pressione arteriosa; le variazioni di PA sono rilevate da barocettori presenti in distretti di bassa pressione (distretto polmonare max 25 mmHg in cond. Fisiol.) e di alta pressione (cuore sinistro max 120 mmHg in cond. fisiol.): Fibre afferenti dai barocettori dei nervi vago e glossofaringeo trasportano l’impulso a livello centrale nel nucleo del tratto solitario. Da qui fibre afferenti trasmettono l’impulso nervoso a livello del SON e PVN. Il controllo deve tener presente l’osmoticita’, ma soprattutto il livello complessivo del volume dei liquidi extracellulari da cui dipende il volume del sangue e il valore della pressione arteriosa; il mantenimento dell’equilibrio idrico-salino comporta un monitoraggio continuo quindi dell’acqua e del sodio perche’ sono strettamente correlati tra loro e al volume dei liquidi extracellulari. Un pasto molto salato stimola la sete;la 82 In relazione all’evento sara’ rilasciata l’opportuna quantita’ di ADH. La stimolazione dei barocettori a bassa-pressione è associata allo stimolo della sete in risposta all’ipovolemia. In piu’, poiche’ I’ipovolemia comporta diminuzione di pressione, gli atri che non si riempiono adeguatamente, rileveranno l’anomalia e stimoleranno il rilascio di ADH per trattenere piu’ acqua. Stimolo-risposta dei Barocettori e variazioni relative a cambiamenti di pressione arteriosa. Misurazione della pressione arteriosa media (PAM) (si misura il polso): pressione diastolica + 1/3 della differenza tra minima diastolica e massima sistolica. 85 distale sono presenti dei veri e propri canali per il Na+ che, primariamente, sono deputati alla sua regolazione (riassorbimento o escrezione); questi canali sono inducibili e sotto il controllo dell’Aldosterone. Il rene quindi è fondamentale per la determinazione della [urine] finale. E’ in quest’organo infatti che sono espressi cotrasportatori, antiporti, i suddetti canali (regolatori) per il Na e le AQP anch’esse inducibili. Es. Se ingeriamo uno stesso quantitativo di birra e di acqua, poiche’ l’alcol ha un effetto inibitorio sul rilascio dell’ADH, la quantita’ di urina è maggiore. Per la birra, la presenza di CO2 (gas) facilita l’assorbimento di alcol e l’urina viene anche prodotta piu’ velocemente. Regolazione del bilancio salino Il bilancio salino dipende soprattutto dal bilancio dell’NaCl. Il bilancio dell’NaCl è mantenuto grazie all’azione integrata di due meccanismi: controllo dell’osmolarità plasmatica, e i meccanismi di controllo del volume circolante effettivo. Il volume circolante effettivo (VCE) è definito come quella quota del volume di sangue che risulta efficace ai fini della “produzione” di pressione arteriosa e della perfusione dei tessuti. Il VCE è influenzato da🡪Volume del liquido extracellulare (LEC)🡪Volume del letto vascolare🡪Riempimento telediastolico delle camere cardiache🡪Performance ventricolare🡪Gittata cardiaca🡪pressione arteriosa. (v. legge di Starling) Si introduce quindi il concetto di volume circolante effettivo per il cui controllo risulta determinante la variabile della ‘’pressione del sistema vascolare”, sia sul versante venoso che su quello arterioso. Infatti: una riduzione della pressione venosa riduce il riempimento telediastolico dei ventricoli e quindi la performance miocardica; una riduzione della pressione arteriosa riduce la perfusione dei tessuti periferici. Il VCE non rappresenta tutto il sangue ma, quel volume empirico (non fisiologico) di sangue che effettivamente circola ed è presente nei distretti ad alta pressione ed è responsabile dei valori della pressione arteriosa. Normalmente il sangue tende ad accumularsi nel distretto venoso che funge da deposito (60% c.ca); il restante 40% è distribuito in tutti gli organi; i neuroni, attraverso i TRPP2 (TRPP = transient receptor potential polycystin) eTRPV4 (TRPV = transient receptor potential cation channel subfamily V member), sono in grado, depolarizzando la cellula in funzione del sodio presente, di monitorare direttamente i rilascio di vasopressina. 86 Fibre afferenti dai barocettori dei nervi vago e glossofaringeo trasportano l’impulso a livello centrale nel nucleo del tratto solitario. Da qui fibre afferenti trasmettono l’impulso nervoso a livello del SON e PVN. Sappiamo a questo punto che l’ADH controlla la ritensione di acqua, l’Aldosterone quella del sodio; ma insieme non possono controllare il volume dei liquidi extracellulari. Il meccanismo della perdita di sodio per poi perdere acqua sarebbe troppo lento per riportare l’equilibrio (ricordiamo che l’effetto di questi ormoni steroidei richiede tempo perche’ implica la trascrizione genica); Il terzo elemento del meccanismo è l’ANP che, antagonizzando sia gli effetti dell’Adh che quelli dell’Aldosterone, riduce la tempistica di ripristino. Un altro importante fattore che influenza la secrezione di ADH è il Peptide natriuretico atriale (ANP), un ormone di origine peptidica secreto da cellule specializzate del miocardio . Esso è conosciuto anche come fattore natriuretico atriale (ANF), ormone natriuretico atriale (ANH) e atriopeptina. Prodotto dai miociti atriali in seguito ad aumenti della volemia, incrementa l’escrezione di NaCl ed acqua. L'ANP è un peptide formato da 28 aa con un anello composto da 17 aa di essi al centro della molecola. Finora sono stati identificati tre recettori di membrana su cui agisce l'ANP. Essi sono chiamati ANPa, ANPb e ANPc. I peptidi natriuretici cardiaci, il peptide natriuretico atriale ANP ed il suo omologo prodotto a livello ventricolare BNP(B=brain), sono ormoni fondamentali nella omeostasi dei fluidi e dell’emodinamica, ed il loro ruolo nella regolazione del bilancio sodico, del volume ematico e della pressione arteriosa è ormai noto da tempo. A questo sistema ormonale è stato anche attribuito un ruolo di complessiva “cardioprotezione” per le loro ben documentate azioni anti-ipertrofia, anti-fibrosi e anti-aritmia cardiaca. L’ANP nasce come precursore di 151 aminoacidi (aa), il pre-pro-ANP, diretta traduzione dell’mRNA; questa molecola è però destinata ad essere privata della sua sequenza iniziale costituita da 25 aa: si ottiene cosi ̀il pro-ANP di 126 aa, precursore inattivo immagazzinato nei granuli perinucleari delle cellule cardiache atriali. 1)Atrial natriuretic peptide: E’ stata anche dimostrata l’espressione del gene dell’ANP in tessuti extracardiaci, in particolare: cervello, vasi e rene, sebbene in grado minore rispetto ai miociti atriali. Tuttavia, mentre l’ANP secreto dal cuore ha effetti sistemici, per l’ANP prodotto a livello extracardiaco si suppone un ruolo ormonale di tipo autocrino e paracrino ancora da definire. 2)Brain natriuretic peptide: Isolato per la prima volta nel cervello (brain natriuretic peptide) di suino nel 1989, è un peptide di 32 aa che presenta significative analogie con l’ANP. A differenza dell’ANP viene prodotto principalmente dai miociti ventricolari ed immesso in circolo in modo “costitutivo”, senza quindi essere immagazzinato in granuli secretori. L’espressione del gene del BNP aumenta in modo spiccato in situazioni quali l’ipertrofia ventricolare sinistra e soprattutto lo scompenso cardiaco. Legge tutto lo schema (v. sistema renina-angiotensina) 87 Nell’uomo il BNP è presente in circolo in concentrazioni di circa 1-2 pmol/l, pari a circa 1/6 di quelle dell’ANP, ma i suoi livelli in diversi casi patologici fino a 100 pmol/l. Il peptide natriuretico cerebrale è un affidabile marcatore dello scompenso cardiaco. In genere il peptide natriuretico cerebrale è fondamentale per la diagnosi di: cardiopatie; ipertrofia ventricolare; infarto; insufficienza ventricolare. Valori normali nel sangue devono essere inferiori a 100 pg/mL in un paziente sano. Se i valori sono compresi tra 100 e 300 pg/mL è possibile che il paziente presenti i sintomi dell’insufficienza cardiaca. Se il valore è superiore di poco a 300 pg/mL si ha in genere una insufficienza lieve, ma se il valore è superiore a 600 pg/mL l’insufficienza cardiaca potrebbe essere media. Nel caso il valore risulti, invece, superiore a 900 pg/mL l’insufficienza cardiaca è da considerarsi grave. 3)C-type natriuretic peptide: Isolato dal cervello di maiale nel 1990, è un peptide di 22 aa localizzato nel sistema nervoso centrale e nell’endotelio vasale, dove si presume abbia un’attività paracrina. In particolare il CNP sarebbe in grado di determinare una riduzione del tono vasale e di inibire la risposta proliferativa delle cellule muscolari lisce a vari tipi di stimolo. I livelli circolanti sono molto più bassi di quelli dell’ANP e del BNP, ma aumentano nei pazienti con scompenso cardiaco, insufficienza renale, ipertensione e broncopneumopatia cronica ostruttiva. NPC è presente nel cervello suggerendo che esso possa avere un ruolo come neurotrasmettitore o neuromodulatore piuttosto che come ormone. (spesso è molto difficile districarsi fra le numerosissime connessioni di un sinaptosoma e riuscire ad individuare precisamente le funzioni di molecole molto piccole!!) Regolazione del Pro-ANP da parte del sistema Corin (serina proteasi di membrana rivolta verso il LEC): Pro-ANP è scisso(idrolizzato) dal Corin (serina proteasi per N-ANP) in ANP, l’ANP attiva il recettore peptide natriuretico-A (NPR-A), una guanilato ciclasi transmembrana. NPR-A catalizza la sintesi di cGMP, che media escrezione di sale e acqua, vasodilatazione, e altri effetti. 90 Endocrinologia VIII-3 dicembre 2019 I peptidi natriuretici sono in grado di esercitare effetti potenziali sui vasi, sul rimodellamento del cuore, sulla funzione renale, sulla regolazione dell'equilibrio di sodio e acqua, e sarebbero anche in grado di esercitare un ruolo di mediazione tra cuore, tessuti adiposi e muscoli scheletrici. Inoltre esplicherebbero attivita’ metaboliche: potenti effetti lipolitici mediati dal recettore NP del tipo A/cGMP nelle cellule adipose umane, contribuirebbero alla mobilizzazione dei lipidi in vivo. La chiave di volta per superare i problemi di peso risiederebbe nel cuore; l’organo principale del corpo umano avrebbe controllo sul peso corporeo attraverso il rilascio di un ormone dagli effetti dimagranti, che condurrebbe all’abbattimento dei grassi in eccesso. Il funzionamento sarebbe simile a quello che si verifica quando il corpo deve reagire al freddo, con l’attivazione di un processo che serve a bruciare grasso per produrre più calore. In questo caso, sarebbe l’esercizio fisico, aumentando sempre un po’ la pressione sanguigna, a stimolare il rilascio di questi ormoni del cuore, chiamati appunto peptidi natriuretici cardiaci. Dopo un certo periodo i peptidi in questione potrebbero anche essere collegati a un aumento del numero di cellule di grasso bruno che è ormai noto per l’importante azione di protezione contro l’obesità. In effetti, le cellule di grasso bruno, al contrario di quelle del grasso bianco, oltre ad immagazzinare il grasso procedono alla conversione delle calorie in energia, un meccanismo che nelle persone obese non funziona correttamente. L’effetto metabolico provocato dai peptidi natriuretici cardiaci è legato all’attività di due recettori localizzati sulla superficie delle cellule adipose. Il primo è l’NPRA, un segnalatore che stimola le cellule del grasso bruno a bruciare il grasso. L’altro è l’NPRC ("recettore di autorizzazione "che agisce per interiorizzare e distruggere il ligando), che svolge un ruolo opposto, ovvero impedisce ai peptidi natriuretici l’attivazione di NPRA. Nelle cellule adipose in cui vengono fortemente espressi i recettori NPRA, gli acidi grassi risultano mobilitati e il meccanismo che converte il grasso in calore in piena attivazione: cosa esattamente ‘alteri’ i livelli dei diversi tipi di recettori non è ancora noto. HSL=hormone sensitive lipasi ATGL=lipasi adiposa del trigliceride In figura i meccanismi della mobilitazione dei grassi in una cellula adiposa: una volta che ANP e BNP si sono legati al recettore NPRA, viene formato attraverso la GC il GMPc e attivate le PKG che a loro volta attivano le MAP chinasi; le MAP chinasi inoltre,sono stimolate anche dalla PKA (attivata dall’AMPc attraverso l’AC, proveniente dalla via dei recettori βadrenergici-catecolamine). La via delle MAP chinasi interverranno nella conversione di grasso bianco (rari mitocondri) in bruno (moltissimi mitocondri). In un altro pathways parallelo le stesse PKA e le PKG sono in grado entrambe di agire sulle lipasi che mobilizzano gli acidi grassi. 91 Gli ormoni natriuretici ANP e BNP controllano il bilancio e l’omeostasi del glucosio in quanto aumentano la termogenesi e la lipolisi, il consumo di O a livello muscolare, l’ossidazione lipidica, stimolano la secrezione di Grelina la quale aumenta la velocita’ di svuotamento gastrico e stimola il senso di sazieta’ riducendo l’introito alimentare e attingendo alle riserve energetiche del tessuto adiposo. L'obesità e la resistenza all'insulina sono associati sia a basso rilascio cardiaco di ANP e BNP sia alla sovra- espressione del NPR-C, portando ad una riduzione degli effetti benefici favoriti da NP sugli organi bersaglio del metabolismo (tessuto adiposo, muscolo scheletrico, cellule beta pancreatiche). Ciò comporta un ulteriore aumento di peso e un peggioramento della resistenza all'insulina e può anche favorire lo sviluppo del diabete. Abbiamo gia’ detto che l’ormone è in grado di trasformare il tessuto adiposo bianco, tipicamente associato all’obesità, in tessuto adiposo bruno che è in grado di immagazzinare grassi, ma anche di trasformare le calorie in energia (un processo che funziona male nelle persone obese). Questo ormone, infatti, non solo è in grado di trasformare cellule adipose bianche in cellule brune, quando viene messo a contatto in vitro con le prime, ma iniettato nei topi, aumenta il dispendio energetico. L’effetto metabolico dell’ormone dipende dall’equilibrio fra due diversi tipi di recettori presenti sulla superficie delle cellule adipose. Uno, chiamato NPRA, funziona da stimolo per le cellule brune e aiuta a bruciare il grasso bianco. L’altro, l’NPRC, sembra impedire al peptide natriuretico di stimolare l’NPRA, favorendo quindi l’accumulo di grasso nel tessuto adiposo bianco. Nei Mammiferi (uomini inclusi in quanto fino a poco tempo fa si riteneva che nell’ uomo non fosse presente il bruno) esistono due varietà di tessuto adiposo che svolgono funzioni differenti: il tessuto adiposo bianco o giallo (white adipose tissue, WAT) con funzione di riserva energetica ed il tessuto adiposo bruno (brown adipose tissue, BAT) che partecipa alla termogenesi indotta dal freddo e dalla dieta. 92 Ruolo proposto di ANP e BNP nel metabolismo energetico in condizioni di normale dieta e livelli di attività contro HFD (dieta molto ricca di grassi) e inattività fisica (n.b. anche separatamente una HFD o l’inattivita’ fisica producono gli stessi effetti). A sinistra nella figura sopra : dieta normale fa produrre alti quantitativi di ANP e BNP; essi inducono il segnale attraverso GC-NPRA (cGMP) e NPRC è poco espresso. Il bilanciamento funzionale di GC-A a NPR-C regola quindi il loro effetto biologico a livello tissutale. La segnalazione cGMP/ PGK favorisce la lipolisi, la secrezione di adiponectina la riduzione delle dimensioni degli adipociti stessi nel tessuto adiposo, la biogenesi mitocondriale e l'ossidazione dei grassi nel muscolo scheletrico. Questa azione dei NP può conferire resistenza all'obesità e al diabete di tipo 2. Al contrario, a destra nella figura sopra; dieta ricca di grassi e inattivita’ fa produrre bassi quantitativi di ANP e BNP, mentre sollecita NPR-C a inattivare questi stessi peptidi; l'espressione ridotta di GC-A e l'aumentata espressione di NPR-C durante l'inattività e/o l'alimentazione ad alto contenuto di grassi provocano la riduzione di cGMP nei tessuti adiposi e nei muscoli che portano ad aumentare la dimensione degli adipociti, la massa grassa, la deposizione di grasso ectopico, la resistenza all'insulina e l'aumento della suscettibilità al diabete tipo 2. (ripete il concetto della MAP chinasi di pag 1 per collegarsi alla mobilitazione dei grassi) La mobilizzazione del grasso è sotto controllo di importanti meccanismi. Per utilizzare le riserve energetiche del tessuto adiposo (per esempio, durante il digiuno e l’esercizio fisico) i trigliceridi del tessuto adiposo devono essere prima idrolizzati e gli acidi grassi risultanti (cioè i NEFA) devono essere forniti al lavoro muscolare. Questo viene raggiunto tramite un percorso regolato chiamato lipolisi. La mobilizzazione dei grassi è acutamente stimolata dalle catecolamine (adrenalina e noradrenalina) e dai peptidi natriuretici. Vie metaboliche dell’immagazzinamento e della mobilizzazione del grasso nel tessuto adiposo. Il grasso alimentare raggiunge il tessuto adiposo in forma di chilomicroni ed è assunto tramite la LPL (lipoproteina lipasi); c’è bisogno di glicerol-3-fosfato, prodotto dal metabolismo glucidico, per formare i trigliceridi, che a loro volta sono rimossi dai depositi da una serie di lipasi e liberano acidi grassi. La lipolisi è stimolata dalle catecolamine e da ANP, BNP (prodotti dal cuore durante l’esercizio). L’insulina stimola l’accumulo e sopprime la metabolizzazione dei grassi, fa entrare glucosio che attiva la sintesi dei trigliceridi e, entrando attraverso l’attivazione per i recettori per l’insulina è in grado di bloccare le lipasi e porta all’accumulo dei lipidi. ANP e catecolamine vs. insulina i primi (effetto catabolico) hanno azione antagonista rispetto all’altra (effetto anabolico). Ovviamente l’Insulina fa molto altro…vedremo in seguito Controllo dell’escrezione da Na+ e H2O: L’ANP (Peptide Natriuretico Atriale) è rilasciato dagli atri a seguito di un aumento del volume plasmatico; vasodilata le art. afferenti ed efferenti; inibisce il riassorbimento di Na+ a livello del dotto collettore; riduce i livelli di renina-angiotensina, aldosterone e ADH. 95 Meccanismo di inserzione di nuove acquaporine nel dotto collettore del rene nella fig. a destra. Cascata di eventi che porta all’inserzione di nuove AQP2 (se non c’è ADH le AQP rimangono internalizzate) nella figura a sinistra. (di questo aveva gia’ parlato ) Perdita e guadagno di acqua. Ogni giorno il nostro organismo registra una perdita ‘insensibile’ (0,9 L die) di acqua dovuta a traspirazione (cute) e respirazione (polmoni). La traspirazione è maggiore se l’aria è meno satura di vapore e viceversa; la perdita per respirazione è fortemente influenzata dalla temperatura, sara’ maggiore a T piu’ fredde. L’aria che inspiriamo deve essere portata a saturazione nel nostro organismo in cui la T è di 37°; per questo al nostro interno viene aggiunta acqua sottoforma di vapore acqueo (quantita’maggiore ovvviamente se la T esterna è fredda)e che poi perdiamo con l’espirazione. Il fenomeno è visibile quando l’aria esterna è molto fredda ed espiriamo. L’ approvigionamento liquido è molto piu’ complicato alle T fredde (dove c’è ghiaccio) rispetto ad es. alle zone desertiche, per la quantita’ di calorie che il nostro corpo dovrebbe cedere al ghiaccio per poterlo bere, e la perdita insensibile riscontrata è piu’ cospicua. Un’altra perdita insensibile (0,1-0,2 L die) avviene attraverso le feci (solo il topo del deserto è in grado di riassorbire tutta l’acqua dalle feci che sono ,molto solide e completamente disidratate); attraverso le urine eliminiamo 0,5-1,5 L die. Il bilancio ideale sarebbe: Acqua assunta + Acqua metabolica (prodotta dal metabolismo)- Acqua persa (varie modalita’) = 0 Il rene è l’unico organo escretore, ed è deputato al mantenimento di questo ideale equilibrio in quanto, se introduciamo molti liquidi deve essere in grado di aumentare le perdite, se i liquidi sono pochi le deve ridurre, bilanciando nel contempo sia gli elettroliti che l’acqua. Deve conservare il volume dei liquidi extracellulari. Il rene è in grado di concentrare le urine a livello della porzione spessa dell’ansa ascendente di Henle; piu’ lunghe sono le anse, piu’ il meccanismo è efficace e efficiente. I nefroni iuxtamidollari sono quelli che hanno il glomerulo a ridosso della parte midollare del rene e hanno un’ ansa molto lunga che si approfonda fino alla fine delle piramidi del Malpighi, rasentando i tubi collettori. Durante Il suo percorso la nostra urina (noi non abbiamo la ghiandola del sale come alcuni animali che possono bere acqua salata) puo’essere da ipotonica (50mosm) a ipertonica (1200mosm). 96 Dopo aver percorso il tratto discendente e quello ascendente sottile dell’ansa di Henle, in presenza di canali di trasporto attivo del sodio, della Na+K+/2Cl- luminale ed elettronneutra, e la Na/K ATPasi, quindi il Na che viene fatto uscire complessivamente dalla cellula tende a rientrare attraverso il cotrasporto Na+K+/2Cl- portando con se’ quindi K e Cl. L’urina man man che procede (meccanismo in controcorrente) andra’ via via incontro a concentrazione fino a 1200 mosm nella parte discendente, mentre risalendo, subira’ diluizione in quanto perde sali ma non acqua perche’ in questo tratto è impermeabile ad essa. Presenza di ADH: il gradiente di osm va da 300-600mosm a 1200mosm; in piu’ il dotto colletttore è reso permeabile all’acqua in seguito all’inserzione delle AQP (per azione dell’ADH); l’urina ipotonica che entra nel dotto collettore puo’ quindi perdere acqua e riequilibrare la sua tonicita’. (ricordiamo che i vasa recta rimuovono continuamente tutto l’eccesso di acqua e di sali per non alterare il gradiente cortico-midollare) Assenza di ADH:il gradiente di osm va da 200mosm a 600mosm; attraversando il dotto collettore vengono espulsi i sali, ma l’acqua non segue in quanto il dotto è poco permeabile ad essa; è eliminata urina ipotonica. 97 L’ADH plasmatico è responsabile delle variazioni di tonicita’ dell’urina (minore di 1=ipotonica uguale ad 1=isotonica maggiore di 1=ipertonica). Al crescere dell’ADH cresce la tonicita’ dell’urina escreta. Gli Agonisti dell’ADH sono in grado di produrre ovviamente urina ipertonica; uno di questi è La desmopressina è un agonista selettivo per i recettori V2, circa 3000 volte più potente, in senso antidiuretico, rispetto all'ADH. Inoltre non presenta effetto vasocostrittore. Gli Antagonisti dell’ADH Tolvaptan antagonizza i recettori V2 nel dotto collettore del rene causando una eliminazione di acqua libera (acquaresi) e un conseguente aumento del sodio plasmatico. Diuretici. Aumentano la velocità di produzione delle urine. Molti diuretici aumentano anche l’escrezione urinaria di soluti (soprattutto Na+). In clinica sono usati per ridurre edema e ipertensione. Caffeina, teofillina e teobromina sono diuretici portano vasodilatazione arteriole renali con aumento di VFG. I diuretici dell’ansa sono tra i più potenti come la furosemide che inibisce la Na+K+/Cl-. Bloccando questo cotrasporto blocca il riassorbimento di sodio e fa produrre piu’ urina inibendo quindi anche il riassorbimento di acqua. I diazidici bloccano la Na/Cl che si trova nella prima parte del dotto collettore. Il bilancio pressorio arterioso dipende da quello idrico-osmotico. (in generale i 3 schemi seguenti, ma capire i concetti) Quando si perde acqua per disidratazione la situazione cambia a seconda delle cause, sudorazione in cui il sudore è ipotonico, diarrea in cui le perdite gravi riguardano anche i sali; nel primo caso in cui si perde prevalentemente acqua (e plasma) aumenta l’osmolarita’, i barocettori carotidei-aortici registrano la variazione e informano il centro cardio-vascolare-bulbare il quale favorira’ l’ aumento dell’attivita’ simpatica e diminuzione di quella parasimpatica dirette al cuore e arteriole (ricordiamo che queste ultime sono soggette SOLO all’attivita’ simpatica); quindi vasocostrizione e aumento della velocita’dell’attivita’ cardiaca e aumento della pressione arteriosa; il volume ematico che è sceso, la pressione arteriosa che è scesa, daranno luogo a lvello renale al rilascio di renina (dalle cellule granulari) 🡪Angiotensina I🡪Angiotensina II🡪Aldosterone dalla corticale midollare che portera’ ad un maggiore riassorbimento di sodio a livello renale. Tutto questo porta ad un aumento dell’osmolarita’ in parallelo al riassorbimento di acqua per conservarne il volume e ridurre la portata di filtrazione glomerulare; si attiveranno meccanismi ipotalamici che permetteranno il rilasceranno di ADH il quale a livello distale consentira’ il riassorbimento di acqua. Da una parte riassorbimento di sodio, dall’altra di acqua , il volume dei liquidi extracellulari è cosi’ ripristinato.