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Medicina HUAMANA II Sistema endocrino PARTE 1: HORMONAS Y METABOLISMO Metabolismo todas las reacciones que tienen lugar en el organismo. Incluye: catabolismo anabolismo Cuando se rompen los enlaces durante el catabolismo, la que estaba almacenada en ellos se libera para ser utilizada por las Una par...

Description

Medicina 2015-2016 UPF-UAB

7-03-2016

FISIOLOGÍA HUAMANA II PRÁCTICA 9- Sistema endocrino PARTE 1: HORMONAS Y METABOLISMO è฀ Metabolismo = todas las reacciones bioquímicas que tienen lugar en el organismo. Incluye: catabolismo + anabolismo

Cuando se rompen los enlaces durante el catabolismo, la energía que estaba almacenada en ellos se libera para ser utilizada por las células: Ø฀ Una parte de la energía liberada puede dirigirse hacia la formación de ATP Ø฀ Otra parte se emite en forma de calor corporal

Los humanos son animales homeotermos = tenemos una temperatura corporal fija

Importante para sostener las vías metabólicas del organismo!

è฀ Hormona más importante en mantenimiento metabolismo y temperatura corporal = tiroxina (T3 y T4)! −

Secretada por glándula tiroides

−

Producción inicialmente controlada por à฀ eje hipotálamo-hipófisis en un sistema de retroalimentación negativa: ↓[tiroxina] ⇒ hipotálamo liberará TRH ⇒ estimulará hipófisis a segregar TSH ⇒ viaje por sangre hasta glándula tiroides (tejido diana) ⇒ ↑ producción tiroxina NOTA: TRH = Hormona liberadora de tirotropina (TSH) TSH = Hormona estimulante de la tiroides

OBJETIVO è฀ Observar efectos

Tiroxina en el metabolismo basal de un animal TSH!

PROCEDIMIENTO 1. Menú Principal à฀ selecciona Endocrine System Physiology. 2. Colocarás los animales en la cámara (incluye balanza y temporizador). En la parte superior de la cámara hay dos salidas: Ø฀ una que permite la entrada de aire exterior = Clamp open/closed Ø฀ al lado hay un tubo que se dirige al manómetro à฀ regulado por una llave de paso = Chamber & manometer connected/Manometer & syringe connected

3. Cuando cámara = conectada al manómetro à฀ el aire que consume el animal desplaza el líquido del interior del manómetro. 4. Cuando manómetro = conectado a la jeringuilla à฀ podremos evaluar cantidad de oxígeno consumido* observando cuanto aire hay que inyectar para equilibrar de nuevo el manómetro. NOTA: La sosa situada debajo del animal absorbe el dióxido de carbono liberado por el animal, por eso podemos calcular cantidad de O2 consumido (sino hablaríamos de aire consumido, CO2 + O2).! Tiroxina 5. En la parte superior de la pantalla observarás que hay tres jeringuillas con

TSH

6. Trabajaremos con tres ratas:

Propiluracilo

Ø฀ Control (Normal) Ø฀ Tiroidectomizada (Tx) = glándula tiroides extirpada Ø฀ Hipofisectomizada (Hypox) = hipófisis extirpada 7. Sobre cada una determinarás à฀ metabolismo basal + cambios que sufre al inyectarle cada uno de los compuestos. 8. Los datos que vayas obteniendo los puedes grabar en la pantalla (Record data) y luego completar la tabla que se adjunta en el guión.

ACTIVIDAD 1 En primer lugar determinarás el metabolismo basal de cada rata:! 1. Con la ayuda del ratón, pulsa y arrastra la rata control (Normal) hasta la cámara, colocándola sobre la balanza. 2. Comprueba que el manómetro esté conectado a la cámara (Chamber and manometer connected).! 3.

Pulsa sobre el botón Weigh y anota el peso de la rata.!

4. Pulsa sobre el botón del temporizador (Timer) hasta marcar 1 min. 5. Pulsa sobre la llave de la izquierda para que no entre oxígeno exterior (Clamp closed). 6. Inicia el experimento (Start) en el módulo del temporizador. Observa el nivel de agua del manómetro durante el experimento.!

7.

Al acabar el tiempo conecta el manómetro a la jeringuilla (Manometer and siringe connected).

8. En el módulo del O2, ve inyectando oxígeno (1) hasta que el manómetro recupere el nivel inicial (2). Esta cifra es el equivalente al consumo de oxígeno por parte del animal. Apúntalo y calcula, junto con el peso, el metabolismo basal del animal.

2 1

9. Guarda los datos (Record Data) y arrastra del animal de nuevo a su jaula. 10. Pulsa sobre el botón de reiniciar (Reset) del módulo del aparato para comenzar con otro animal.

Rata

Peso (gr)

Tiempo transcurrido

mL O2

Inyección

Normal

250.0

1.00

7.0

-

Tx

245.5

1.00

6.2

-

Hypox

245

1.00

6.2

-

è฀ Cálculo metabolismo basal de cada rata: Consumo oxígeno (mL O2) en 1 min x Peso(g) Inyección

Normal

Tx

Hypox

-

1750

1522.1

1519

Preguntas: Ø฀ Razona las diferencias existentes entre los metabolismo basales de las tres ratas. La rata que no tiene tiroides (Tx) y la que no tiene hipófisis (Hypox) presentan un metabolismo basal más bajo respecto a la rata normal. Conclusiones: -

Las sustancias que emiten cada una de las glándulas participan en el control del metabolismo basal.

-

Las sustancias que liberan estas glándulas actúan de manera positiva sobre el metabolismo à฀ cuanta más hormonas liberen, más alto estará el metabolismo basal.

-

Podemos empezar a dilucidar como trabajan estas glándulas. Hay dos opciones:

H/T

Sistema en cadena

H

T

Sistema en paralelo

NOTA: se ha visto en teoría que el modelo correcto es el sistema en cadena.

H/T

Tejido!

Tejido

¿Qué experimento podríamos llevar a cabo para diferenciar entre un sistema u otro? Incorporar una cuarta rata con los dos órganos extirpados: -

Si la reducción del metabolismo basal fuese mayor à฀ entonces con toda probabilidad tiroides y hipófisis trabajan en paralelo *En el sistema en cadena, eliminar uno solo de los dos órganos implicados ya supondría la máxima reducción del sistema basal, pues una estimula a la otra.

-

Si los valores de metabolismo basal fuesen muy parecidos respecto a la otras ratas à฀ no podríamos diferenciar.

De todos modos, los valores obtenidos indican que la glándula que aún permanece en el ratón (Tx o Hypox) está trabajando y compensa la función de la glándula que falta. De lo contrario, la reducción del metabolismo basal sería aun mayor.

Ø฀ ¿Qué hormonas se verían afectadas en un animal tiroidectomizado? ¿Y en un animal hipofisectomizado? Las que controlan positivamente el metabolismo.

ACTIVIDAD 2 A continuación investigarás los efectos de las inyecciones de tiroxina sobre el metabolismo basal de las tres ratas. En un laboratorio real à฀ necesario inyectar el compuesto durante al menos 1 o 2 semanas antes de poder realizar el experimento.

En este caso, al arrastrar la jeringuilla sobre la rata y vaciarse esta = asumiremos que tratamiento ha durado ese periodo. Además, después de cada experimento, sólo con apretar el botón de limpiar (Clean) eliminaremos cualquier resto del cuerpo de la rata.

NOTA: En un experimento real tendríamos que esperar varias semanas para que el cuerpo elimine cualquier resto de compuesto y poder reutilizar el mismo animal.

1. Pulsa sobre la jeringuilla marcada con tiroxina y arrástrala encima de la rata que vayas a utilizar.! 2. Pulsa y arrastra la rata a la cámara. Sigue de nuevo los pasos del apartado anterior para calcular el peso consumo de oxígeno por minuto de cada rata. 3. Calcula el metabolismo basal de la rata con tiroxina y apúntalo en la tabla. 4. Realiza los mismos pasos con cada una de las ratas.

Rata

Peso (gr)

Tiempo transcurrido

mL O2

Inyección

Normal

249.7

1.00

7.6

Tiroxina

Tx

244.5

1.00

7.1

Tiroxina

Hypox

244.8

1.00

7.1

Tiroxina

è฀ Cálculo metabolismo basal de cada rata: Consumo oxígeno (mL O2) en 1 min x Peso(g)

Inyección

Normal

Tx

Hypox

Tiroxina

1897.7

1735,9

1738

Preguntas: Ø฀ ¿Cómo afecta el tratamiento con tiroxina al metabolismo basal de una rata? Razona la respuesta. Cuando se le inyecta tirosina a una rata con todos sus órganos el metabolismo basal aumenta. Lo mismo ocurre con aquellas ratas o bien sin tiroides o bien sin hipófisis respecto de las mismas ratas sin inyección de tiroxina. Posible hipótesis: Tiroxina afecta positivamente al metabolismo basal à฀ Podría ser una de las sustancias cuya ausencia está afectando a las ratas, es decir, podría ser la sustancia secretada por tiroides o hipófisis responsable de que el metabolismo basal en las ratas Tx y Hypox disminuyese.

Ø฀ ¿Cuál es el efecto de la tiroxina sobre una rata tiroidectomizada? ¿Por qué? Aumento del metabolismo basal respecto a las ratas Tx y Hypox sin inyección de tiroxina (actividad 1). Esto se debe a que, tal y como demuestra el experimento, tiroxina afecta de forma positiva al metabolismo basal. Parece que es un tratamiento, con una rata sin tiroides, se puede sustituir con inyección de tiroxina.

Ø฀ ¿Cuál es el efecto de la tiroxina sobre una rata hipofisectomizada? ¿Por qué? Mismo efecto observado en la rata Tx Conclusión: -

Volvemos a tener el mismo valor en ambas ratas Tx y Hypox

Hipótesis: - Una posibilidad es que la tiroxina sea segregada por la tiroides o la hipófisis (pero también podría ser segregada por cualquier otro órgano). ¿A partir de los resultados se puede saber si tiroxina estimula a las glándulas? No, porque si realmente estimulase a alguna de las dos glándulas, entonces una de las dos ratas (Tx o Hypox) no mostraría un aumento del metabolismo basal (en modelo paralelo).

No podemos saber cómo está actuando, pero si podemos descartar que actúe sobre hipófisis o tiroides. Podría ser que estuviese actuando como una sustancia última, es decir, que fuese secretada o bien por tiroides o bien por hipófisis para ir directamente a los tejidos (actuación en cadena). Otra opción sería que hubiese una tercera glándula no extirpada sobre la cual actúa y que estimula a la hipófisis o a la tiroides.

ACTIVIDAD 3 A continuación investigarás los efectos de las inyecciones de TSH sobre el metabolismo basal de las tres ratas. Procede como en la actividad anterior pero en este caso aplicando TSH sobre cada una de las ratas y apunta los resultados en la tabla.!! ! ! ! !

Rata

Peso (gr)

Tiempo transcurrido

mL O2

Inyección

Normal

249.0

1.00

7.6

TSH

Tx (sin T)

244.6

1.00

6.4

TSH

Hypox (sin H)

244.6

1.00

7.1

TSH

è฀ Cálculo metabolismo basal de cada rata: Consumo oxígeno (mL O2) en 1 min x Peso(g)

Inyección

Normal

Tx

Hypox

TSH

1892.4

1564.4

1736.6

Preguntas: Ø฀ ¿Cómo afecta el tratamiento con TSH al metabolismo basal de una rata? Razona la respuesta. Lo aumenta también, por lo tanto, es otra sustancia con efectos similares a la tiroxina.

Ø฀ ¿Cuál es el efecto de la TSH sobre una rata tiroidectomizadas? ¿Por qué? No se observa efecto respecto a la rata sin tiroides a la que no se le ha inyectado nada. Esto es debido a que la glándula tiroides debe de ser la diana de TSH*. NOTA: Organismo con órganos à฀ inyectas la sustancia à฀ aumenta metabolismo basal Algo sin órgano concreto à฀ inyectas la sustancia à฀ metabolismo no aumenta Proceso que permite localizar órgano diana de las sustancia.

Ø฀ ¿Cuál es el efecto de la TSH sobre una rata hipofisectomizada? ¿Por qué? Aumento el metabolismo, por lo tanto TSH debe ser segregado por la hipófisis (asumimos un modelo en cadena). La TSH es segregada por la hipófisis, que luego estimula la tiroides y que en última instancia producirá tiroxina (al final de la cadena). Uno de los fines de esta cadena = aumentar el metabolismo basal. Poco a poco esbozamos el sistema:

Tiroxina à฀ estimula positivamente el metabolismo basal + parece ser que inhibe la producción de TSH que segrega la hipófisis (disminuyendo la liberación de tiroxina cuando hay exceso de la misma) à฀ mecanismo de feed- back

ACTIVIDAD 4 A continuación investigarás los efectos del fármaco propiltiouracilo sobre el metabolismo basal de las tres ratas. Procede como en la actividad anterior pero en este caso aplicando propiltiouracilo sobre cada una de las ratas y apunta los resultados en la tabla.!!

Rata

Peso (gr)

Tiempo transcurrido

mL O2

Inyección

Normal

249.5

1.00

6.3

propiltiouracilo

Tx (sin T)

244.7

1.00

6.3

propiltiouracilo

Hypox (sin H)

244.8

1.00

6.3

propiltiouracilo

è฀ Cálculo metabolismo basal de cada rata: Consumo oxígeno (mL O2) en 1 min x Peso(g)

Inyección

Normal

Tx

Hypox

propiltiouracilo

1571.8

1541.6

1542.2

Preguntas: Ø฀ ¿Cómo afecta el tratamiento con propiltiouracilo al metabolismo basal de cada una de las ratas? Disminuye el de todas las ratas. En la rata normal es como si eliminásemos la tiroides o la hipófisis. Deducimos que se trata de una sustancia que produce el efecto contrario a tirosina y TSH.

Ø฀ Teniendo en mente la regulación por feedback negativo de la tiroxina. ¿A qué nivel creéis que actúa el propiluracilo? Datos seguros que tenemos: -

Tejidos sobre los cuales propiltiouracilo NO actúa à฀ tejidos periféricos porque disminuiría el metabolismo de las tres ratas, pero el de Tx y Hypox reduciría aún más que respecto a la situación en que no se ha inyectado nada a las tres ratas.

-

Propiltiouracilo tiene que actuar inhibiendo las glándulas tiroides o hipófisis à฀ por la misma justificación que antes. El efecto en las ratas Tx y Hypox debería ser el añadido más el debido al hecho de que no tengan las glándulas respectivas.

NOTA: otras hormonas que podrían estimular el metabolismo basal: adrenalina, etc.

NOTA: efecto de la tiroides es mucho más fuerte en ratas que en humanos

Conclusiones: -

La sustancia tiene que actuar sobre el sistema tiroides-hipófisis. Si actuase sobre cualquier otro tejido, el metabolismo basal de las ratas sin glándula se vería mucho más reducido.

-

Teniendo en cuenda el feedback negativo de la tiroxina à฀ la sustancia NO actúa sobre el feedback negativo porque entonces obtendríamos un aumento en la rata normal

-

No actúa como análogo de la tiroxina porque si no se produciría feedback negativo.

-

No podemos descartar nada más à฀ faltan datos

*Podría potenciar el feeback negativo. ¿Experimento para saber sobre qué glándula (hipófisis o tiroides) actúa? Administración de TSH + propiluracilo: -

Rata normal à฀ aumenta metabolismo = propiluracilo actúa sobre la tiroides

-

Rata normal à฀ disminuye metabolismo = propiluracilo actúa sobre hipófisis o más arriba (hipotálamo)

-

Recuperación tasa metabólica a valores normales à฀ sobre hipófisis inhibiéndola

-

Disminuye = sobre tiroides inhibiéndola

NOTA: Propiluracilo es un fármaco que inhibe la incorporación de yodo a la tiroglobunia, (hormona precursora de las hormonas tiroideas), es decir, inhibe la tiroides. Se usa para tratar el hipertiroidismo o para tratar una posible intervención quirúrgica de la tiroides.

PARTE 2: Insulina y diabetes è฀ Insulina = hormona es necesaria para regular los niveles sanguíneos de glucosa

Se almacena en forma de glucógeno para proveer organismo durante periodos entre comidas.

capacita a las células corporales para absorber glucosa desde el torrente circulatorio + producida por células beta del páncreas

è฀ Alteraciones: Ø฀ Cuando páncreas no produce insulina à฀ diabetes mellitus tipo I. Ø฀ Cuando lo que falla es la respuesta del organismo a la insulina el resultado es la diabetes tipo II.

En ambos casos, la glucosa permanece en sangre incapaz de ser captada por las células del organismo.

è฀ Altos niveles de glucosa Ø฀ Exceden la capacidad del riñón de reabsorberla y el organismo comienza a perder glucosa en orina. Ø฀ El músculo entra en un metabolismo catabólico con el que se intenta generar glucosa a partir de aminoácidos à฀ se produce debilidad muscular.

OBJETIVO è฀ Estudiar el efecto de la insulina sobre los animales. è฀ Además existe un fármaco llamado Aloxana del que se sospecha que ejerce un efecto perjudicial sobre la disponibilidad de glucosa por parte del organismo. Con el diseño experimental planteado debes razonar a qué nivel está afectando este fármaco el metabolismo de la glucosa.

ACTIVIDAD 5 En esta primera actividad tendrás que generar una curva estándar de glucosa que te servirá de referencia para extrapolar los niveles de glucosa en sangre obtenidos de los animales. Para ello utilizarás un espectrofotómetro que evalúa la densidad óptica de la muestra, que en este primer apartado serán distintas concentraciones conocidas de glucosa. Para comenzar, selecciona Insulin and Diabetes –Part I del menú Experiment.! 1. Pulsa y arrastra el tubo de ensayo a la ranura 1 de la unidad de incubación. Verás aparecer otro tubo en el aparato distribuidor. Repite la operación hasta que las cinco ranuras tengan tubo de ensayo.! 2. Rellena los tubos con glucosa estándar. Para ello arrastra el tapón de la botella de glucosa sobre cada uno de los tubos. Verás que sobre cada tubo va cayendo una cantidad progresiva de glucosa de tal forma que las concentraciones serán de 30, 60, 90, 120 y 150 mg/dl de glucosa en los tubos 1, 2, 3, 4 y 5 respectivamente.! 3. Añade ahora el agua destilada sobre los tubos de ensayo. Verás que sobre cada tubo va cayendo una cantidad diferente de tal forma que la suma total de los volúmenes de glucosa y agua destilada sea la misma en todos los tubos. 4. Pulsa sobre el botón Mezclar (Mix) para agitar el contenido de los tubos. 5.

Pulsa sobre el botón de centrifugar. La centrifugación permite sedimentar partículas en suspensión no disueltas que interferirían con la medida de absorbancia del espectrofotómetro. Estas partículas quedan al fondo del tubo en forma de sedimento o pellet.!

6. Después de la centrifugación pulsa sobre el botón de eliminar sedimento (Remove pellet). 7. Añade el reactivo enzimático (Enzyme-Color Reagent) sobre cada tubo. Las propiedades colorimétricas de la solución final variarán según la cantidad de glucosa en cada tubo. 8. Pulsa el botón de incubar para permitir una correcta reacción del reactivo colorimétrico con la muestra. 9. Ahora toca ajustar el espectrofotómetro. Pulsa sobre el botón Ser Up del aparato. De esta forma el aparto establece un punto de referencia cero sobre el que medir

cada tubo de muestra. 10. Arrastra el primer tubo hasta el espectrofotómetro y pulsa analizar. Verás que parece un punto en la pantalla que relaciona la concentración de glucosa con la densidad óptica. 11. Pulsa guardar datos. 12. Arrastra el tubo utilizado al interior del lavador de tubos de ensayo (Test Tube Washer). 13. Repite los tres pasos anteriores con todos los tubos de ensayo. 14. Cuando todos los tubos estén analizados pulsa sobre el botón de crear gráfica (Graph). Esta es la gráfica estándar...