FISIOLOGA DE LA OXITOCINA EN BOVINOS Everardo Gonzlez Padilla a) Mario A. Espinosa Martnez a) Alejandro Villa Godoy a) Sntesis y Mecanismos de Accin.La oxitocina es una hormona formada por nueve aminocidos, que participa en la regulacin de diversos procesos fisiolgicos, la mayora de ellos vinculados con la reproduccin, donde se incluyen la funcin ovrica, el parto, la lactacin y el establecimiento de conductas como el instinto materno y otras interacciones sociales importantes para el comportamiento sexual. Desde finales del siglo XVIII, se inform sobre algunos efectos de la oxitocina en la contraccin de msculos lisos del tero y de la glndula mamaria, inducidos por extractos de glndula pituitaria (Oliver y Schafer, 1895, citados por Al-Eknah y Homeida, 1991). Medio siglo despus, se determin la estructura qumica de la hormona y se logr su sntesis qumica (Du Vigneaud et al 1953). La oxitocina es fundamentalmente una hormona sintetizada en neuronas de los ncleos magnocelulares del hipotlamo, supraptico y paraventricular, aunque se ha demostrado su sntesis en otros tejidos como el uterino, placentario, lteo, testicular y cardiaco. La oxitocina es miembro de una amplia familia de nonapptidos neurohipofisiarios. Tanto la oxitocina, como la vasopresina, que son las principales hormonas secretadas en la neurohipfisis de los mamferos, aparentemente se derivan de un mismo gene ancestral, con ms de 500 millones de aos de antigedad (Gimpl y Fahrenholz, 2001). De hecho, prcticamente todos los vertebrados poseen molculas similares con actividad de oxitocina y vasopresina, y los telesteos producen sustancias equiparables, denominadas isotocina y vasotocina. El nonapptido oxitocina, est constituido por una estructura cclica formada por un puente de disulfuro entre los residuos cistina que ocupan las posiciones 1 y 6, y un tripptido residual, en el extremo carbxilo, formado por prolina, leucina y glicina alfa amida. Las diferencias con vasopresina, el otro nonapptido predominante en la neurohipfisis, se ubican en los residuos 3 y 8; el 3 de la oxitocina es isoleucina y en vasopresina es fenilalanina, mientras que en el 8, la leucina de oxitocina, que es un aminocido neutro, es reemplazado por arginina o lisina, aminocidos bsicos, en vasopresina, dando lugar a dos formas distintas de esta hormona, siendo la ms comn en mamferos (excepto el cerdo), la arginina-vasopresina. Es precisamente la polaridad del animocido en la posicin 8, lo que confiere ms actividad de vasopresina o de oxitocina a la molcula. Tanto oxitocina como vasopresina, se sintetizan como una pre-prohormona, que es un polipptido mayor, que incluye: a la hormona, al pptido seal para dirigir la sntesis del polipptido hacia la luz del endoplasma retculo, al tripptido que sealiza el sitio de procesamiento enzimtico para la separacin de la hormona de su neurofisina, y sta ltima, que constituye la mayora)

Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, UNAM.

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porcin del polipptido. Los genes que codifican a oxitocina y vasopresina y sus respectivas neurofisinas, son distintos, pero se localizan en el mismo cromosoma. Ambos genes muestran dos intrones y tres exones, el primero de los cuales contiene el cdigo para la sntesis del nonapptido. La hormona y su neurofisina son incluidos juntos en vesculas neurosecretoras en el aparato de Golgi, donde se mantienen unidas mediante interacciones inicas y puentes de hidrgeno en el medio cido de la vescula secretora y se separan al ser secretadas al plasma sanguneo, donde el pH es ligeramente alcalino. La sntesis de oxitocina en los ncleos magnocelulares se hace en el soma de las neuronas y de all se transporta en vesculas neurosecretoras, que contienen a la oxitocina y a su neurofisina, a lo largo del axn no mielinado, mediante transporte rpido (2mm/h), hasta las dilataciones terminales de axn, ubicadas en la pituitaria posterior. Las vesculas no secretadas en forma inmediata, son almacenadas en una dilatacin preterminal del axn, denominada cuerpo de Herring, que representa un reservorio donde se acumulan alrededor del 70% de las vesculas disponibles para secrecin. En el axn se establece un flujo contante de vesculas secretoras, entre la dilatacin terminal y el cuerpo de Herring, donde parte de las vesculas son englobadas por lisosomas, degradadas y reciclados sus contenidos. La secrecin de la oxitocina en la neurohipfisis es pulstil, y ocurre por exocitosis, mediante despolarizacin de la membrana y aumento en la terminacin nerviosa del ingreso de iones de calcio. Se han identificado como estmulos para la secrecin de oxitocina, a la acetilcolina, la serotonina, los estrgenos y la noradrenalina. La oxitocina liberada conjuntamente con su neurofisina a la circulacin, muestra una vida media circulante bimodal, con un componente rpido, de alrededor de un minuto y otro lento, de 2 a 3 minutos (Griffin y Ojeda, 2000). Finalmente, para ejercer su accin biolgica, la oxitocina debe interactuar con su receptor especfico, de alta afinidad, en las clulas blanco. El receptor para oxitocina es un pptido de 389 aminocidos, con 7 dominios hlice transmembranales, que se acopla a una protena Gq. El DNAc del RNAm que codifica el gene para oxitocina de humanos se describi por Kimura et al en 1992 y el de bovinos por Bathgate et al en 1995. El gene tiene 3 intrones y 4 exones. El de bovinos contiene 3 sitios de glicosilacin N-ligada en la porcin extracelular, amino terminal del receptor. La oxitocina interacta con el receptor en la estrecha hendidura que se delimita por el arreglo circular en que se colocan los dominios transmembranales. El acoplamiento con la protena Gq es en la porcin carboxi-terminal, intracitoplasmtica del receptor (Gimpl y Fahrenholz, 2001). El mecanismo de transduccin intracelular de la seal, es entonces por la activacin de fosfolipasa C , que al actuar en los fosfolpidos de la membrana, induce la formacin de inositol trifosfato (IP3) y diacil-glicerol. (DAG). El IP3 acta sobre canales inicos de calcio en el retculo endoplasmtico, incrementando las concentraciones intracelulares del in en tanto que el DAG activa la protena cinasa C, que fosforila varias protenas, no completamente identificadas, que entre otros efectos, refuerzan la inclusin de iones de calcio

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al interior de la clula. El calcio intracelular incrementado, forma complejos con calmodulinas, que desencadenan la activacin de sintetasas de xido ntrico (ON). La formacin de ON a partir de arginina, estimula a su vez la activacin de guanidilato-ciclasa soluble, que aumenta la formacin de ciclo guanidina monofosfato (cGMP), que activa diversos sistemas enzimticos en las clulas. En el msculo liso, la presencia de Ca++-Calmoludina activa la miosina-cinasa de las cadenas ligeras, con lo que se inicia la contraccin del msculo liso, como ocurre en el tero y en las clulas mioepiteliales que rodean a los alveolos secretorios de la glndula mamaria (Gimpl y Fahrenholz, 2001), otras acciones del aumento de calcio inico intracelular en las neuronas, son modificar su excitabilidad y la secrecin de neurotransmisores; adicionalmente, los cambios descritos en el interior de la clula, promueven procesos que inducen la transcripcin gentica y la sntesis protica. La expresin de receptores a oxitocina se ha documentado en ms de 51 sitios del sistema nervioso central y en la pituitaria; adicionalmente en diversos tejidos del sistema reproductivo de machos y hembras, en placenta, glndula mamaria, rin, corazn, timo, adipositos, pncreas, adrenales y osteoblastos en humanos y en animales de laboratorio. En bovinos, en los tejidos perifricos, se han identificado receptores o la unin especfica de oxitocina, nicamente en el miometrio, endometrio, placenta, ovario, cuerpo lteo, testculo, glndula mamaria y adrenales (Gimpl y Fahrenholz, 2001) y seguramente en el futuro se corrobore una distribucin tan amplia como en las especies ms estudiadas. Lo anterior, pone de manifiesto la complejidad de las acciones que la oxitocina cumple en el organismo. La desensibilizacin a la accin de oxitocina mediante la regulacin de sus receptores, incluye su fosforilacin y su unin con arrestina en la porcin intracelular; esa protena bloquea la accin normal del receptor. Luego de estimulacin prolongada, se desacopla el receptor de la protena G, y los receptores se internalizan a la clula mediante endocitosis dependiente de clatrina, donde son hidrolizados en lisosomas sin que, para el caso de receptores a oxitocina, se reciclen sus componentes. Acciones de la Oxitocina en el tero.- La actividad de oxitocina en el miometrio depende de la cantidad de receptores especficos en sus clulas y de la afinidad que muestren hacia la hormona. La expresin y afinidad de los receptores uterinos para oxitocina, son regulados por los esteroides gonadales; de hecho, la densidad de receptores vara segn la etapa del ciclo estral (Silvia et al, 1991), mostrando alrededor del estro, niveles similares a los encontrados al fin de la gestacin, donde se alcanzan los niveles ms altos. En el resto del ciclo estral, particularmente en el diestro, las concentraciones de estos receptores son casi indetectables, hasta el final del diestro, cuando se inicia la regresin del cuerpo lteo. La accin combinada de oxitocina y la secrecin de PGF2 uterina, definen la duracin de la fase ltea. La administracin de antagonistas de la oxitocina en ovinos, o la administracin continua de oxitocina, que regula a la baja los

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receptores a oxitocina, retrasan la lutelisis y prolongan el ciclo estral (Flint et al, 1995; Silvia et al, 1994). En la vaca, al momento del parto, la densidad de receptores uterinos a oxitocina se aumenta casi 200 veces, en respuesta al cambio en la relacin estrgenos: progesterona (Fuchs et al, 1992). Durante este proceso, tambin se incrementa la sntesis de oxitocina en el CL, que acta como un mediador local, complementario a la hormona circulante secretada en la neurohipfisis (Ivell et al, 1995). La accin de la progesterona sobre los receptores a oxitocina no se manifiesta exclusivamente limitando su sntesis y expresin, sino adems, modificando su afinidad por la hormona e interfiriendo con los mecanismos de transduccin. Los receptores a oxitocina necesitan de la presencia de cationes divalentes como Mg++ o Mn++ y de colesterol para unirse con alta afinidad a la hormona. El colesterol acta como un modulador alostrico que estabiliza al receptor en su forma de mayor afinidad (Gimpl et al, 2000) y los iones metlicos aumentan la respuesta de las clulas a la oxitocina (Pliska y Kohlhauf, 1991). Las membranas plasmticas con poco colesterol muestran una menor capacidad de respuesta a la oxitocina (Gimpl et al, 1997). Las acciones de progesterona bloquean el transporte intracelular de colesterol y su esterificacin, con lo que se concentra en los lisosomas. A pesar de que la progesterona activa algunas enzimas para la sntesis de colesterol, este proceso es suspendido en un paso intermedio, acumulando metabolitos como el lanosterol. El retiro de progesterona libera estos procesos y se restablece la alta afinidad de los receptores y el procesamiento a colesterol de los precursores acumulados (Gimpl y Fahrenholz, 2001). Acciones de la Oxitocina en la Lactacin.En el proceso de lactacin, la oxitocina es el componente del reflejo neuroendocrino de Ferguson, que culmina con la bajada de la leche en respuesta al estmulo en los pezones de la glndula mamaria. El estmulo nervioso a las neuronas endocrinas de los ncleos Supraptico y Paraventricular del hipotlamo, provoca una respuesta de actividad sincronizada de esas clulas, que produce la secrecin de oxitocina en forma de pulsos, que le permite alcanzar tejidos perifricos, como la glndula mamaria en forma de bolo. Esta liberacin masiva de oxitocina causa la contraccin de las clulas mioepiteliales que rodean al alveolo y las que se localizan en las paredes de los ductos galactforos. En la vaca lechera, durante los primeros dos minutos de que se colocan las pezoneras, se alcanzan las concentraciones plasmticas mximas de oxitocina, por los pulsos de alta frecuencia que se establecen, y luego el perfil de concentraciones es decreciente, retomando a los niveles basales entre 10 y 15 min. despus (Lollivier et al, 2002). A pesar de que lo anterior es el comportamiento normal, es importante destacar, que desde el punto de vista fisiolgico, la accin del sistema nervioso autnomo y otros mecanismos juegan un papel alterno, en ocasiones redundante, pero necesario, para asegurar el importante proceso de la eyeccin de la leche en los mamferos, que dependen de ello para su sobrevivencia (Lefcourt y Akers, 1983). Aunque la glndula mamaria responde an a cantidades pequeas de oxitocina, se ha definido la necesidad de que existan concentraciones elevadas de la hormona a lo largo del ordeo, para lograr una eficiente extraccin de 4

toda la leche (Schams et al, 1984; Bruckmaier et al, 1994). Condiciones de estrs y el ordeo en ambientes extraos para la vaca, inhiben la bajada de la leche, en forma parecida a lo que ocurre cuando se administran bloqueadores del receptor a oxitocina (Bruckmaier et al, 1997). Una adecuada bajada y extraccin de la leche es importante para que su composicin sea mejor y ms estable a travs de la lactancia, ya que desde hace ms de medio siglo se sabe que la leche residual es ms rica en grasa (Johannsson, 1952). El efecto del correcto vaciado de la ubre, y la frecuencia con que se ordea, afectan la produccin por lactancia; dos ordeas son mejor que una y tres mejor que dos, sin que se hayan observado beneficios de ordear ms de cuatro veces por da en vacas (Lollivier et al, 2001). Las concentraciones circulantes de oxitocina en vacas lecheras depende del estmulo a que se someten: las que amamantan alcanzan niveles mayores que las ordeadas a mano y stas, que las ordeadas mecnicamente. Las vacas que reciben alimento durante la ordea muestran concentraciones circulantes de oxitocina mayores que las que no lo reciben (Uvns-Moberg et al, 2001). Aunque an existe cierta controversia, la informacin ms reciente indica que las ventajas de mejorar la extraccin de leche e incrementar la frecuencia con que se ordea, no solo aumenta la produccin por lactancia por el efecto mecnico para la eyeccin de la leche que desencadena la oxitocina, sino que adems esta hormona propicia el mantenimiento del epitelio secretor. Los mecanismos de autorregulacin de la glndula mamaria, para ajustar la produccin de leche a las demandas de las cras, se ha asociado con una glicoprotena que es co-secretada con la leche y que aparentemente ejerce un efecto local, a nivel del alveolo, para reducir la sntesis de lactosa y de las protenas de la leche. Su efecto fue descrito en cabras en 1995 (Wilde et al), luego de observar su capacidad de reducir la secrecin de leche en modelos in vitro (Wilde et al, 1987; Wilde et al, 1989) e in vivo (Wilde et al, 1988) cuando est en contacto con el epitelio alveolar. Un efecto adicional de esa glicoprotena, es la reduccin del nmero de receptores a prolactina, con lo que se bloquea la accin antiapopttica de esta hormona y, por ende, sin su accin, se reduce la poblacin de clulas secretoras que mueren por ese mecanismo. En rumiantes, el nmero de clulas secretoras de leche disminuye gradualmente mediante apoptosis, conforme avanza la lactancia, pero se ha observado que la tasa de destruccin de esas clulas puede ser modificada por la frecuencia de la ordea (Li et al, 1999), con lo que se puede cambiar la persistencia de la lactancia. La oxitocina est en medio de estas acciones, pero adicionalmente, en ratonas se ha demostrado un efecto directo de la hormona en la diferenciacin y proliferacin de clulas de la glndula mamaria (Sapino et al, 1993). Ballou et al, 1993, sugieren que la administracin exgena de oxitocina en vacas, mejora la produccin, no slo por la obtencin de la leche residual, sino que adems, hay un aumento real de sntesis de leche. Lollivier et al (2002) en su revisin, destacan parte de su investigacin original que demuestra la participacin de la oxitocina en los procesos intracelulares de procesamiento de los componentes de la leche. Al contrario, evidencia generada por Knight (1994), mediante un elegante modelo experimental, seala que los tratamientos con oxitocina inyectada en vacas lecheras, por va intramuscular (20 UI 4 min. antes de cada ordeo), aument la produccin de 5

leche en 12% con relacin a lo observado en las ordeas realizadas tres horas despus de la administracin de oxitocina, y su modelo le permite concluir que el aumento de produccin lctea que se obtiene con la aplicacin de oxitocina exgena, se debe solamente a la mejor eyeccin de la leche, sin que se puedan atribuir al tratamiento efectos directos de estimulacin de la sntesis de leche o en el metabolismo de la glndula mamaria. La utilizacin de oxitocina exgena para hacer ms eficiente la ordea en vacas, sobre todo para colectar la leche residual, lo que ha generado informacin sobre dosis, vas, tiempos de administracin y duracin del tratamiento, sobre la produccin de leche, su composicin y sus efectos sobre la secrecin de oxitocina endgena. Tal vez el trabajo de mayor duracin es el de Nostrand et al (1991), quien a lo largo de 305 d, administr 20 UI (i.m.) de oxitocina a 35 vacas Holstein, inmediatamente antes de colocarles las mamilas para el ordeo, mantuvo 38 vacas como testigo. Sus resultados mostraron que el grupo tratado produjo 11.6% ms leche (849 kg) que el testigo, derivado de una mejor persistencia, sin que los autores registraran efectos negativos en la salud o reproduccin de los animales, atribuibles al tratamiento. La oxitocina tambin se ha probado como herramienta para colectar la leche residual del ordeo principal, encontrndose que cuando se administraron 20 UI (s.c.) de la hormona, inmediatamente al terminar la ordea, la mejor respuesta para iniciar la extraccin de leche residual se obtena cuando se esperaban 10 ms minutos (Anderson et al, 1967), aunque conforme se aumenta ese perodo de espera, se requiere de mayor dosis de oxitocina (Thompson et al, 1973). La diferencia en el tiempo de respuesta para que comience a fluir la leche residual, entre la aplicacin i.v. o la i.m. de oxitocina, es de entre 2 y 5 min., dependiendo de la dosis, y siempre es menor con la administracin i.v. (