Mecanismos Neurofisiológicos en Respuesta al Estrés

Sc. MVZ. Luis de la Cruz-Cruz Posgrado en Ciencias de la Producción y de la Salud Animal, FMVZ-Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Programa de Bienestar Animal.- Doctorando en Ciencias Biológicas y de la Salud, Universidad Autónoma Metropolitana (UAM). Ciudad de México.

Dr. Daniel Mota Rojas. Editor en Jefe del Libro Bienestar Animal, una visión global en Iberoamérica. Editorial ELSEVIER-España. Línea de investigación: Fisiopatología del Estrés y Bienestar de los Animales Domésticos, Profesor del Módulo Preservación del Bienestar Animal. DPAA. Universidad Autónoma Metropolitana, (UAM), Ciudad de México. [email protected]

Dra. Estrella Agüera Buendía. Profesora. Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología.

Facultad de Veterinaria, Universidad de Córdoba (España). Directora del Grupo de Investigación AGR019 Fisiología Animal Aplicada. España.

EMC. MVZ. Paloma Islas Fabila. Posgrado en el área de Bienestar Animal. Fisiopatología del Estrés y Bienestar de los Animales Domésticos. Universidad Autónoma Metropolitana (UAM). Ciudad de México.

Sc. Patricia Roldan-Santiago. Posgraduada en Ciencias de la Producción y de la Salud Animal, FMVZ-UNAM. Profesora Programa de Bienestar Animal, Licenciatura en MVZ. Universidad del Valle de México. UVM-Coyoacán. Ciudad de México. Profesora del Módulo Preservación del Bienestar Animal, UAM-X. México.

Lectura recomendada para la asignatura de BIENESTAR ANIMAL

Introducción

El término de “estrés” fue introducido en 1930 por Hans Selye y es definido como una respuesta inespecífica del organismo frente a una situación ambiental o psicológica adversa. Por otro lado, ha sido definido como un “estado de mayor demanda de energía cerebral e hipervigilancia” que se produce cuando un individuo no reconoce la forma de cómo salvaguardar su bienestar físico, mental y social (McEwen y Gianaros, 2010). Esta respuesta se caracteriza por elementos que podrían tener un impacto positivo (conocido como eustrés) o impacto negativo (conocido como distrés) en cualquier organismo (Myslivecek, 2015).

En la actualidad, la mayoría de los animales domésticos están expuestos diariamente a diferentes factores estresantes principalmente antropogénicos, agresivos o no, que son percibidos como amenazantes (ejemplo, sujeción, destete, vacunación, desparasitación, marcaje, castración, embarque (Figura 1) y que pueden poner en peligro su bienestar y por lo tanto reducen su productividad(Waiblinger et al., 2006; Duval et al., 2010; Dickens y Romero, 2013; Probst et al., 2013a).

Sin embargo, los animales y todos los organismos vivos tienen la habilidad de producir respuestas adecuadas para responder al estresor y para el mantenimiento de la homeostasis (McEwen, 2000b). En relación a ello, el término de homeostasis aplica estrictamente a un número limitado de sistemas fisiológicos que son fundamentales para la vida como: oxígeno en la sangre, pH y temperatura corporal, mismos que deben mantenerse dentro de un rango muy estrecho (Goymann y Wingfield, 2004). Así mismo, existen diversos sistemas como; el sistema neuroendócrino, sistema cardiovascular, metabolismo y el sistema inmune, los cuales secretan mediadores químicos que muestran una amplia gama de actividad en respuesta a las demandas externas e internas, proceso que es conocido como “alostasis” el cual, implica “el mantenimiento de la estabilidad virtual del organismo a pesar del cambio” con la finalidad de hacer frente a un evento potencialmente estresante (McEwen, 1998)promoviendo la habituación y el aumento de la supervivencia, al menos en un corto plazo (Peters y McEwen, 2015). Numerosas situaciones cotidianas fuerzan los mecanismos de los sistemas fisiológicos y, por lo tanto, las respuestas son más complejas; aparece aquí el concepto de “alostasis”. Ante un agente estresor, los sistemas alostáticos nos permiten responder al estrés psíquico o físico, interno o externo, activando el sistema nervioso autónomo, el eje hipotálamo hipófiso-adrenal, el sistema cardiovascular, el metabolismo y el sistema inmunitario. Frente a una situación nueva se genera una evaluación cognitiva, condicionada en cada individuo por lo genético, sus experiencias durante el desarrollo y conductas que ha ido aprendiendo a lo largo de la vida, lo que da como resultado una respuesta neuroinmunoendocrina; estas respuestas son fisiológicas y permiten la adaptación frente a situaciones de estrés.

Figura 1. Embarque o carga de ovinos con destino al rastro. El estrés que se genera a los animales cuando son transportados es inevitable. Sin embargo, si hacemos que la carga se conduzca por instalaciones hechas específicamente para la especie y con personal que previamente haya recibido capacitación, ocasionaremos el mínimo estrés al animal y esto sin duda resultara en menores pérdidas para los empresarios de la cadena cárnica. Uno de los indicadores que permiten darnos cuenta que el traslado al matadero no se ha dado en las mejores condiciones es la presencia de lesiones en la canal, con aparición de hemorragias y hematomas. Los hematomas en las canales son indicadores de gran utilidad para evaluar el bienestar animal durante el manejo ante-mortem del ganado. Es frecuente observar las marcas dejadas por los elementos físicos de arreo, en forma de hemorragias o hematomas de variada extensión y profundidad. Los hematomas pueden producirse en cualquier punto de la cadena productiva debido a un inadecuado manejo de los animales en la granja o en ferias ganaderas, durante el embarque, transporte y desembarque al rastro, en los corrales de espera e incluso durante los procesos de aturdimiento. Para mayores detalles del tema en bovinos, pollo de engorda y equinos consulte los capítulos 18, 20, 22 y 33 el libro Bienestar animal de la editorial Elsevier-España-2016. www.elsevier.es

Cuando la alostasis es ineficaz o inadecuada o el agente que la motiva se prolonga en el tiempo y no se alcanza la adaptación, se produce una activación desproporcionada o ineficaz, dando lugar a lo que se conoce como “carga alostática”, lo cual puede, a largo plazo, ser causa de patología tanto orgánica como psíquica (Burque et al., 2005). El resultado de un estímulo estresante puede dar lugar a tres respuestas: a) un resultado positivo, en el cual se obtiene un resultado satisfactorio que ocurre cuando el estado de estrés agudo pudo ser superado y el individuo regresa a su estado fisiológico inicial; b) en segundo lugar, puede que el estado de inseguridad no se haya podido resolver pero el individuo puede sobrellevarlo a través de mecanismos de amortiguación como la afrotación y habituación y c) en tercer lugar, existe un estado de “estrés dañino o crónico” en el que los mecanismos amortiguadores fallan lo que genera un costo biológico en el individuo conocido como “carga alostática” (McEwen, 2012) que se refiere al desgaste que el organismo experimenta debido a ciclos drásticos y repetidos de alostasis (resultando en la secreción crónica de mediadores fisiológicos como catecolaminas y glucocorticoides) con la incapacidad de inhibir adecuadamente tales procesos (Rabasa et al., 2015) y con ello, disminuir su bienestar (Figura 2).Por lo anterior, el objetivo del presente artículo es revisar los principales mecanismos neurofisiológicos que desarrollan los animales en respuesta al estrés.

Figura 2. Lesiones físicas y cambios de comportamiento a causa del estrés crónico. Cuando la exposición a un factor estresante es prolongada existe un estado de “estrés dañino” que se traduce en la estimulación crónica de mediadores de estrés (catecolaminas y glucocorticoides) implicando un costo biológico en el organismo conocido como “carga alostática”, mismo que puede dar lugar a cambios de comportamiento y lesiones en los animales que repercuten importantemente en su bienestar. El alojamiento de gallinas de postura en jaulas convencionales, siempre fue percibido como el método más eficiente de producción, pero hoy en día se considera que tiene un efecto negativo sobre el bienestar de las gallinas, asociado principalmente con anomalías en su comportamiento y lesiones físicas. Cuando las aves son alojadas en las jaulas sin enriquecimiento ambiental, pueden expresar comportamientos negativos como canibalismo, agresión y picoteo de plumas. (Si deseas profundizar en el tema, consulta el Capítulo 13. Bienestar animal y productividad. En el libro “Bienestar animal”. 3ra. Edición. Editorial Elsevier-España-2016. www.elsevier.es).

Modulación de la respuesta ante los estímulos estresantes

Los factores estresantes pueden dividirse según su naturaleza: (a) físicos (frío, calor, radiación, vibración), (b) químicos (estrés oxidativo, hipoxia, intoxicación), (c) psicológicos (vigilia, privación de agua y alimento) y (d) sociales (reducción de espacio, inmovilización, mezcla con extraños) que pueden afectar la homeostasis de uno o más sistemas (Myslivecek, 2015). Como se mencionó anteriormente, los estímulos estresantes pueden ser percibidos como amenazantes o no, y éstos dependen de diferentes factores, uno de ellos es cómo el individuo percibe e interpreta la situación novedosa (McEwen, 1998). Una vez que los animales detectan algún estímulo estresante pueden procesar la información en tres fases: a) recepción del estresor y filtro de información a través del tálamo (es considerado un centro integrador de la información sensorial), b) programación de la reacción del estrés poniendo en juego el cortex prefrontal(implicado en la toma de decisiones, la atención y la memoria a corto plazo) y el sistema límbico en donde existe un análisis comparativo entre la nueva situación y los “recuerdos”: la respuesta entonces, se hará en función de la experiencia previa y por último c) activación de la respuesta del organismo vía amígdala (memoria emocional) y el hipocampo (memoria explícita) iniciando cambios fisiológicos(Duval et al., 2010).

Aunado a ello, la amígdala, esta involucrada en la previsión de acontecimientos negativos (Schulkin et al., 1994),por sistema nervioso simpático y posteriormente de las proyecciones ventromediales en el hipotálamo y del núcleo paraventricular activando eje Hipotálamo-Hipófisis-Adrenal (H-H-A) para sintetizar la energía necesaria demandada por los diferentes órganos y principalmente por el cerebro (Peters y McEwen, 2015)(Figura 3).

Cuando existe un estado de estrés agudo (caracterizado por ser una respuesta corta, limitada en el tiempo)(Dickens y Romero, 2013) se desencadena la activación del sistema nervioso simpático (McEwen, 2000c; Mota-Rojas et al., 2011), cuya estimulación de la médula adrenal resulta en la secreción de adrenalina y noradrenalina, que son neurotransmisores y neurohormonas liberadas rápidamente a la circulación sanguínea (Wong et al., 2012) de 1 o 2 segundos después de iniciar el estímulo (Manteca, 1998), generando efectos que van desde la vasoconstricción e incremento de la frecuencia cardiaca, con la liberación de células inmunes, así como la formación de memoria en relación al miedo, todo ello permite al organismo hacer frente a los estímulos estresantes y superarlos mediante mecanismos clásicos de “lucha y huida” (Cannon y de la Paz, 1911).

Si el estímulo continua, hay activación del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal, secretando mensajerosen la región parvocelular del núcleo paraventricular del hipotálamo liberando el factor liberador de corticotropina (CRH) el cual viaja por el sistema porta hipotalámico hipofisiario hacia la adenohipófisis estimulando la producción de adenocorticotropina (ACTH) (Manteca, 1998; Caballero-Chacón, 2010b; de la Cruz-Cruz, 2015). Otra de las hormonas implicadas en la activación del eje H-H-A es la vasopresina, actúa como un secretágogo (estimula la liberación) débil de ACTH, importante en la mediación de las respuestas de estrés (Mota-Rojas et al., 2012). Esta cascada endócrina culmina con la secreción de hormonas glucocorticoides, dependiendo de la especie pueden ser cortisol y corticoesterona (para peces y mamíferos, el cortisol es predominante, mientras que para roedores, aves, anfibios y reptiles la corticoesterona es la predominante). Así también mineralocorticoides (aldosterona), sistema que se cierra a través de retroalimentación negativa en la adenohipófisis o en el hipotálamo (McEwen, 2000a; Dickens y Romero, 2013). La secreción de cortisol se inhibe cuando se elevan los niveles circulantes o por el contrario se estimulará cuando los niveles son bajos (O’Connor et al., 2016).

Los receptores de glucocorticoides están presentes en casi todos los tejidos y órganos del cuerpo y medían efectos que van desde la síntesis de enzimas hepáticas implicadas en el metabolismo, incremento de la disponibilidad de reservas energéticas, movilización de grasa y prote
nas, la regulación de las células inmunitarias y la producción de citoquinas para facilitar la formación de recuerdos en relación al miedo (McEwen y Seeman, 1999; Mota-Rojas et al., 2011; O’Connor et al., 2016). Además, participan en los procesos de preparación de la respuesta fisiológica para eventos predecibles como los ciclos circadianos (ritmo diurno, sueño-vigilia y ciclo de luz-oscuridad), así mismo, en diferentes etapas del ciclo vital, incluyendo el crecimiento, la reproducción y variación estacional (MacLarnon et al., 2015). Por otro lado, la secreción crónica de glucocorticoides a causa de estímulos estresantes que sobrepasan el alcance de reacción normal de una especie, puede provocar fallos en la digestión, almacenamiento de energía, crecimiento, reproducción y finalmente el incremento de la probabilidad para contraer enfermedades (Goymann y Wingfield, 2004).

Figura 3. Respuestas neurohormonales en respuesta a los factores estresantes. En la figura se aprecian los diferentes cambios fisiológicos en el organismo cuando los animales se exponen a estímulos, ya sea positivos o negativos, los cuales son dependientes de la forma en que cada individuo percibe e interpreta la situación novedosa. Tales cambios son efectivos para ayudar a los animales a habituarse a su entorno. SNS=Sistema Nervioso Simpático, H-H-A= Eje Hipotálamo Hipófisis Adrenal, NPV= Núcleo paraventricular, FL CRH= Factor liberador de corticotropina, VSP= Vasopresina, ACTH= Adenocorticotropina, ADR= Adrenalina, NA= Noradrenalina, MC= Mineralocorticoides, GC= Glucocorticoides, ALD= Aldosterona, DCORT= Desoxicortisona, CORT= Cortisona.

En general, se puede resumir que la adrenalina es asociada con las respuestas de estrés agudo o a corto plazo y se piensa que el cortisol es un mediador de estrés a largo plazo (Wong et al., 2012). Sin embargo, en el plasma además de las hormonas mencionadas puede haber secreción de prolactina, hormona de crecimiento, endorfinas, citocinas y mediadores locales tisulares como aminoácidos excitatorios (Manteca, 1998). Dichos mediadores alostáticos son efectivos para ayudar al animal a habituarse a su entorno mediante cambios fisiológicos que incluyen ajustes en la tasa metabólica, función cardiaca, presión sanguínea, circulación periférica, respiración, agudeza visual, disponibilidad de energía que permiten al animal satisfacer sus necesidades físicas (Hemsworth et al., 2011).

Figura 4. El estrés fetal y el inicio del parto en la perra. No todos los procesos de estrés que experimenta un animal son dañinos, el estrés puede ayudarlos a huir de un depredador o a establecer mecanismos fisiológicos de compensación como la fiebre o la inflamación para combatir una enfermedad. Otro buen ejemplo de que el estrés forma parte de la biología animal es el “estrés fetal” causado por la disminución del aporte de nutrientes de la placenta al feto al final de la gestación, el que da lugar a la estimulación del eje Hipotálamo – Hipófisis – Adrenales del feto para desencadenar el parto. La disminución del aporte de nutrientes al feto se produce como consecuencia de la insuficiencia de la arteria umbilical para aportar todos los nutrientes necesarios en esta última fase de la gestación. Otro posible factor a tener en cuenta sería la limitación de espacio dentro del útero lo que determinaría un estrés físico. La maduración del eje Hipotálamo – Hipófisis – Adrenal del feto es indispensable para iniciar la liberación de glucocorticoides que estimulen la secreción de hormonas maternas y desencadenen el parto.

Cambios en el metabolismo en respuesta al estrés

La homeostasis energética es un proceso que comprende diferentes mecanismos de control que permiten el buen ajuste para una máxima eficiencia y así responder adecuadamente a las demandas internas y externas. Depende de la coordinación entre la ingesta, determinada por el comportamiento alimentario, y el gasto energético. Esta regulación debe garantizar el influjo energético a los procesos metabólicos que permitan al animal contender con el metabolismo basal y con las necesidades cambiantes del día, con el clima, crecimiento, enfermedad,

Preñez, lactancia y ejercicio entre otras (Joseph-Bravo y de Gortari, 2007). En respuesta al estrés, hay secreción significante de hormonas como se mencionó anteriormente, ambas catecolaminas actúan en receptores α y β localizados en las membranas celulares, mismas que utilizan la vía de señalización que involucra a la adenilato ciclasa produciendo AMPc a partir de ATP, a su vez activa a la proteincinasa que fosforila proteínas importantes en el metabolismo (Manteca, 1998). Por otro lado, las hormonas esteroidales como los glucocorticoides y mineralocorticoides son transportadas en el torrente sanguíneo mediante a-globulinas, estas hormonas por el contrario tienen su receptor en el citosol y dentro del núcleo, en donde se unen formando el complejo hormona-receptor, posteriormente se fijan en los elementos de respuesta a esteroides en el núcleo e inducen activación de ARN polimerasa para la síntesis de ARNm el cual llega a los ribosomas para la síntesis de proteínas con efectos biológicos importantes (Caballero-Chacón, 2010a).

Las catecolaminas inducen una serie de cambios bioquímicos debido a la activación de enzimas catalíticas que indirectamente ocasionan la hidrólisis de glucógeno hepático y muscular por acción de una fosforilasa (Voisinet et al., 1997), además por la oxidación de cuerpos cetónicos y ácidos grasos no esterificados (AGNE), ácidos grasos volátiles (AGV) y triglicéridos (Hocquette et al., 1998). El hígado es de suma importancia debido a sus funciones vitales en el mantenimiento y regulación de los nutrientes y el metabolismo en general (Oster et al., 2014).

Es bien sabido que la glucosa es el mayor sustrato disponible en el organismo, cuando se incrementan las necesidades energéticas es metabolizada en piruvato por una serie de 10 reacciones enzimáticas en el citoplasma de las células conocido como glucólisis, misma que es controlada por la actividad de la fosfofructoquinasa (PFK), la cual es inhibida por un exceso de ATP o lactato (Hocquette et al., 1998; Mota-Rojas et al., 2011; Mota-Rojas et al., 2012).El piruvato resultante de la glucólisis es metabolizado en acetil-CoA, éste puede entrar al ciclo del ácido tricarboxílico y fosforilación oxidativa de la vía aerobia en las mitocondrias para su completa oxidación en CO₂ y H₂O y para la obtención de energía libre en forma de ATP (Mota-Rojas et al., 2011). La ciclooxigenasa (COX) de la fosforilación oxidativa, es la principal etapa reguladora de la actividad de la cadena respiratoria (Hocquette et al., 2000).

Para mantener los niveles de glucosa es necesario que haya energía almacenada en forma de glucógeno y de precursores no glucosídicos de tres o cuatro átomos de carbono para sintetizar nuevamente glucosa (ejemplo, ácidos grasos, glicerol, aminoácidos y lactato) útiles para la gluconeogénesis inducida por acción de los glucocorticoides, además de concentraciones apropiadas de enzimas hepáticas (piruvato carboxilasa, fosfoenol/piruvato carboxicinasa, glucosa-6-fosfatasa, o fructosa 1,6 difosfatasa) para que se lleve a cabo dicha ruta metabólica en el hígado (Mota-Rojas et al., 2011).

No obstante, cuando la demanda de oxígeno por los músculos para el metabolismo aeróbico de la glucosa no es suficiente, se ocasiona un cambio hacia la ruta anaeróbica (Roldan-Santiago et al., 2013), bajo estas condiciones existe una incapacidad a nivel celular para eliminar el piruvato acumulado, mismo que es metabolizado a través de la enzima lactato deshidrogenasa (NADH⁺ H⁺+ piruvato = lactato + NAD⁺⁾, con la finalidad de regenerar NAD⁺consumido en otras rutas metabólicas y, además, ocasiona el incremento de los niveles de lactato plasmático, el cual se convierte en un metabolito transportado por la sangre al hígado, donde se transformará posteriormente en glucosa por la vía gluconeogénica (Bolaños-López et al 2015; Becerril-Herrera et al., 2009; Escalera-Valente et al., 2013; Probst et al., 2013b). Esto ocurre especialmente cuando el animal se encuentra en actividad física, incluyendo reacciones de comportamiento de fuga o lucha al momento de la manipulación, ya que sus músculos requieren un mayor consumo de oxígeno debido a una contracción muscular sostenida, lo cual conduce a una menor capacidad para eliminar CO₂ manteniendo así un estado de anaerobiosis que conduce a la fatiga muscular y acidosis metabólica por la subsecuente acumulación de iones de hidrógeno (Roldan-Santiago et al., 2013). La fatiga muscular es definida como la incapacidad del músculo esquelético para mantener una tensión en particular (Lancha et al., 2015).Como mecanismo compensatorio a esta respuesta existen principalmente fosfatos, proteínas y dipéptidos que ejercen su acción amortiguadora en el citosol manteniendo la homeostasis muscular (Hocquette et al., 2000).

Por otro lado, la activación del SNS y el eje H-H-A suprime la secreción de insulina de las células beta pancreáticas, como consecuencia la captación de glucosa dependiente de insulina a través del transportador GLUT 4 en la periferia del cuerpo (muscular, subcutánea y grasa visceral) se ve limitada promoviendo así la pérdida de tejido adiposo (Peters y McEwen, 2015). Al respecto, existe evidencia de que enzimas como la lipoproteína lipasa (LPL) y lipasa sensible a hormonas (HSL) son muy importantes en la lipólisis para la obtención de energía. La LPL hidroliza los triglicéridos de las lipoproteínas circulantes, por lo tanto la generación de ácidos grasos no esterificados AGNE para su metabolismo posterior (Hocquette et al., 1998). La hidrólisis de triacilgéridos (TAG) se produce a través de tres pasos consecutivos y es catalizada principalmente por la lipasa sensible a hormonas (LSH) y lipasa monoglicérido. La LSH está involucrada en los dos primeros pasos (la rotura de TAG en diacilglicerol y luego en monoacilglicerol) y se considera como la enzima limitante de la velocidad (Tian et al., 2013).

La oxidación parcial de los ácidos grasos se da en los peroxisomas para producir acil-CoA con una longitud de cadena más corta, después se transporta a la matriz mitocondrial, dentro de la mitocondria se convierte en acetil-CoA por vía enzimática en la b-oxidación, el cual se incorpora al ciclo de los ácidos tricarboxílicos (Mota-Rojas et al., 2011). Los tejidos adiposos como el visceral (incluyendo el hígado), subcutáneo e intramuscular son reconocidos como los tejidos de almacenamiento de grasa más importantes. Los ácidos grasos libres provenientes de la grasa subcutánea llegan a la vena cava superior e inferior, desde aquí son transportados en las arterias coronarias, donde se suministran principalmente al músculo esquelético. Así mismo, el corazón utiliza ácidos grasos libres como su principal combustible (> 70%), pero también puede utilizar glucosa, en particular durante el incremento del gasto cardiaco (Peters y McEwen, 2015).

En resumen, se podría decir que el mantenimiento de la glucemia y el abastecimiento de energía depende de la activación del sistema neuroendócrino y endócrino con la secreción de adrenalina y glucocorticoides debido a que activan rutas metabólicas (glucogenólisis, lipólisis y gluconeogénesis, respectivamente), con el objetivo de obtener energía para los tejidos de mayor actividad. Sin embargo, durante el catabolismo de las grasas, carbohidratos y proteínas, existe producción de grandes cantidades de CO₂, de H⁺ y de ácidos no volátiles, los cuales son eliminados por los pulmones y por los riñones, de aquí destaca la importancia de ambos sistemas para mantener el correcto funcionamiento en el organismo (Bouda et al., 2009a). Así mismo, este incremento en la tasa metabólica también ocasiona el incremento de la temperatura corporal, ya que una porción de energía de los nutrientes se convierte en calor (cerca del 25% de la energía química se convierte en trabajo y el resto se convierte en calor) (Mendoza-Lara et al., 2012).

Intercambio gaseoso y equilibrio ácido base en respuesta al estrés

Cuando los animales son sometidos a cualquier estímulo estresante el sistema respiratorio debe cumplir su función básica que consiste en el intercambio gaseoso de oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂) (Figura 5) entre el aire ambiental y la sangre arterial circulante, respectivamente, el cual se adecua a las necesidades metabólicas del organismo, si no lo hace genera diversos cambios fisiológicos en los animales, los cuales de no ser compensados comprometen su bienestar.

Por ejemplo, la noradrenalina tiene un efecto vasoconstrictor en todo el cuerpo con excepción de los pulmones en donde produce broncodilatación y aumento de la frecuencia y profundidad respiratoria (Caballero-Chacón, 2010b)asociado con el incremento de la frecuencia cardiaca promoviendo el intercambio gaseoso (Arruda et al., 2015). En el bazo las catecolaminas ocasionan esplenocontracción aumentando la concentración periférica de eritrocitos para garantizar el suministro de oxígeno en la sangre hacia los músculos que requieren un aporte elevado ante una respuesta de estrés (Becerril-Herrera et al., 2010; Escalera-Valente et al., 2013).

En animales que se mantienen en un estado basal, el CO₂es un estímulo importante para la ventilación, debido a que incrementa la conducción ventilatoria central para bloquear cualquier modificación de los niveles de CO₂ en sangre. Sin embargo, los animales con reducciones marcadas de su conducción respiratoria no responden a estos estímulos y sufren un estado conocido como hipercapnia (Bouda et al., 2009a). El consumo de O₂ y la producción de CO₂ varía en función del índice metabólico, que, a su vez, depende del nivel de actividad del animal (de la Cruz-Cruz, 2015). Cuando el animal realiza ejercicio, sus músculos incrementan las necesidades de O
, lo que conduce a un mayor consumo y menor capacidad para liberar CO₂ (Probst et al., 2013a). Al respecto Roldan-Santiago et al. (2015a)menciona que en la medida que se incrementa el grado de estrés en los animales, hay un desequilibrio metabólico y respiratorio que repercute en el potencial glucolítico. Aunado a ello, la hipoventilación global también es resultado de fallas en la mecánica respiratoria. En tales casos los músculos respiratorios, la pared torácica o ambos son ineficaces para mantener una ventilación adecuada y la conducción ventilatoria suele estar incrementada (Roldan-Santiago et al., 2015b).

En cuanto al desequilibrio respiratorio, la ventilación alveolar aumenta con la producción de CO₂, si el pulmón responde adecuadamente no se presenta el estado de hipercapnia ni acidosis respiratoria. La hiperventilación se da por incremento en la actividad de los quimiorreceptores centrales de la médula y puente de varolio (Bolanos-Lopez et al., 2014), esto lleva consigo un descenso en la presión parcial de dióxido de carbono (PaCO₂) por aumento en su eliminación y a su vez a un aumento en la presión parcial de oxígeno (PaO₂) por incremento en la entrada de este gas (Mendoza-Lara et al., 2012).

Si el pulmón no responde adecuadamente o si disminuye la ventilación alveolar (hipoventilación) por otras causas, pero hay una producción normal de CO₂, este gas se acumula; así, cuando se saturan los mecanismos búfer, aumenta la PaCO₂ y, por tanto, se produce ácido carbónico (H₂CO₃) y en consecuencia sobreviene una acidosis respiratoria (Gunnerson et al., 2006). Así mismo, cuando el CO₂ se une con el agua, por medio de la anhidrasa carbónica se convierte en H₂CO₃, un ácido débil que se disocia parcialmente en bicarbonato (HCO₃^–) y en iones de hidrógeno (H⁺), estos iones de hidrógeno son los causantes de incremento de acidez plasmática (Thomas et al., 2016).Finalmente al realizarse esto, se libera hidrógeno, el exceso de hidrógeno disminuye el pH y por lo tanto el HCO₃^–; llevando a una acidosis metabólica (Kraut y Nagami, 2013). La acidosis metabólica puede inducir disturbios fisiológicos en relación al transporte de O₂influenciado por respuestas ventilatorias que pueden ocasionar problemas en el equilibrio ácido base y la pérdida de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno(Thomas et al., 2016). La reducción del pH es una característica principal de las enfermedades respiratorias inflamatorias y juega un papel en la broncoconstricción, alteración de la función ciliar y el aumento de la viscosidad del moco de las vías respiratorias (Hoffmeyer et al., 2015).

Figura 5. Cambios fisiológicos en el sistema respiratorio en respuesta al estrés. En la figura se aprecian los cambios en el sistema pulmonar, mismo que debe cumplir su función básica que consiste en el correcto intercambio gaseoso entre el O₂ y el CO₂, especialmente cuando se incrementa la actividad física y el metabolismo, lo cual tiene un efecto en el equilibrio ácido-base evitando estados de acidosis o alcalosis respiratoria.

Tradicionalmente la evaluación del equilibrio ácido-base entre el pH, las PaO_{2 y} PaCO₂ y HCO₃^– en el plasma, tal y como se describe por la ecuación de Henderson-Hasselbalch proporciona información importante en el organismo, especialmente en relación con el sistema respiratorio, urinario, digestivo y endócrino (Bouda et al., 2000). Además, se deben tomar en cuenta los principios de electoneutralidad de los líquidos corporales que menciona que la carga de los cationes Na⁺y K⁺ y la negativa de los aniones Cl^– y HCO₃^–y de aquellos no medibles rutinariamente (conocido como anión GAP) debe ser equivalente (Sainz, 2006).

El pH en la sangre de los animales domésticos sanos se mantiene dentro de límites estrechos (7.35-7.45) óptimo para el correcto funcionamiento de las reacciones enzimáticas, por debajo de 7.0 y por encima de 7.7 son potencialmente mortales (Bouda et al., 2000; Bouda et al., 2009b). La disminución del pH puede producir la inhibición de la glucólisis aeróbica, a su vez predispone al organismo a la formación de ácidos orgánicos (láctico, pirúvico, acético) (Escalera-Valente et al., 2013). Las grandes fluctuaciones del pH sanguíneo también se impiden por la presencia de sistemas búfer, por la compensación respiratoria, renal y el metabolismo hepático, contribuyendo al equilibrio ácido-base general (Bouda et al., 2009b). De esta manera, el pH de la sangre refleja estados que pueden clasificarse debido a su origen, pueden ser; metabólico, con un problema que resulta en la alteración primaria en el H⁺ o el HCO₃^–, o respiratorio, con una alteración primaria en la pCO₂ debida a una alteración en la eliminación del CO₂(Núñez y Bouda, 2010).

Un mecanismo de compensación puede ser a través de la alcalosis metabólica que es un trastorno caracterizado, primariamente, por aumento de la concentración plasmática de HCO₃^–, aumento de la PaCO₂ por hipoventilación compensatoria, y tendencia al aumento del pH arterial. La alcalosis metabólica primero induce liberación de H⁺ por parte de los sistemas búfer intracelulares y, posteriormente, hipoventilación por inhibición del centro respiratorio debida al descenso de H⁺ (Koga et al., 2007).

Otra forma de compensar los cambios de pH sanguíneo podrían realizarse a través de una acidosis metabólica, estado caracterizado primariamente por disminución de la concentración plasmática de HCO₃^–, disminución de la PaCO₂por hiperventilación compensatoria, y tendencia a la disminución del pH arterial. Además de la amortiguación del exceso de H⁺, la acidosis metabólica induce una hiperventilación por estímulo de los quimiorreceptores centrales y periféricos, que se inicia en 1-2 horas y se completa en un día (Juel, 2008; Bolanos-Lopez et al., 2014). Por otro lado, favoreciendo la retención o eliminación de pCO₂(ácidos volátiles) en los capilares pulmonares, el CO₂ del plasma se equilibra con el CO₂alveolar, de esta manera la pCO₂ se mantiene en equilibrio (Núñez y Bouda, 2010).

El riñón por su parte es el órgano encargado de mantener la concentración plasmática de HCO₃^–. Por tanto, en una situación de acidosis se producirá un aumento en la excreción de ácidos y se reabsorberá más HCO₃^–, mientras que en una situación de alcalosis ocurrirá lo contrario, es decir, se retendrá más ácido y se eliminará más bicarbonato. Por este motivo, el pH urinario va a experimentar cambios, pudiendo oscilar entre 4.5 y 8.2 (Sainz, 2006).

Adicionalmente, para amortiguar los cambios fisiológicos, el organismo puede tener los siguientes mecanismos: a) Amortiguadores químicos que aceptan o liberan protones (H⁺) en el fluido extracelular (CO₂/HCO₃^–, proteínas, hemoglobina, fosfatos orgánicos e inorgánicos, principalmente), b) Amortiguadores químicos en el fluido intracelular (hemoglobina, proteínas, fosfato), c) Regulación respiratoria (cambios en la pCO2), y d) Regulación renal (secreción renal de ácido, reabsorción y síntesis de HCO3-) (Sainz, 2006; Núñez y Bouda, 2010).

Cambios en el equilibrio hídrico y electrolítico

Los fluidos corporales están dispuestos en compartimientos funcionales dinámicos ordenados, uno de ellos es el intraceluar, que contiene el líquido que se encuentra en el interior de las células y el extracelular, que comprende el líquido situado en el exterior de las células. Este último está constituido por el líquido intravascular (plasma sanguíneo y linfa) y el líquido intersticial (López, 2001). El mantenimiento de dichos compartimentos en términos de volumen y la composición es esencial para el mantenimiento de los eventos fisiológicos y bioquímicos adecuados (Bouda et al., 2009a).

El catión más importante del líquido extracelular es el Na⁺(145 mmol/L), y el anión más abundante es el Cl^– (104 mmol/L) seguido del HCO₃^– (24 mmol/L). Por otro lado, el líquido intracelular, en general, contiene principalmente K⁺, mientras que las concentraciones de Na⁺, Cl^– y HCO₃^– son relativamente bajas (López, 2001). Su principal función es desarrollar un potencial de membrana para la transmisión de los impulsos nerviosos y contracción muscular, la homeostasis de estos minerales es mantenida por la bomba de sodio y potasio que se encuentra en las membranas celulares, actúa expulsando iones de Na⁺en contra del gradiente de concentración al líquido extracelular y a su vez ingresando iones de K⁺al líquido intracelular en una proporción de 3:2 regresando así un estado de electronegatividad en las membranas celulares (Aguilar-Bobadilla et al., 2005).

El equilibrio hídrico en el organismo depende de la fuerza a favor de su absorción(presión oncótica) y de la fuerza a favor de su filtración (presión hidrostática) (Bouda et al., 2009a), se realiza a través de un sistema complejo que implica la entrada y el flujo de agua en el cuerpo (Naves et al., 2003)(Figura 6).

La arginina-vasopresina (VP) también conocida como hormona antidiurética (ADH) tiene una función importante de regulación, es controlada por la activación de osmorreceptores periféricos y centrales (localizados en la vena porta y regiones cerebrales excluidas de la barrera hematoencefálica, respectivamente), que responden a la hipertonicidad del plasma, ocasionando la despolarización de la neuronas de los núcleos supraóptico y paraventricular (Carrillo-Esper y Leal-Gaxiola, 2009). Una vez liberada llega a los riñones donde provoca la liberación de orina escasa y muy concentrada, si el plasma es hipotónico, no se libera ADH por la hipófisis y los riñones eliminan una gran cantidad de orina (Rejas y Alonso, 2008).

Figura 6. Cambios en el equilibrio hídrico y electrolítico en respuesta al estrés. En la figura se observan los principales mecanismos involucrados en el equilibrio hídrico y electrolítico, el cual depende de un sistema complejo en el que están involucradas hormonas como la arginina-vasopresina, el sistema renina-angiotensina-aldosterona, los cuales tienen su efecto a nivel renal, sistema vascular y equilibrio ácido base.

La ADH es esencial para mantener el equilibrio hídrico y la estabilidad cardiovascular, regula la diuresis a través de la reabsorción de agua en el túbulo colector, estimulando la adenilato ciclasa y la producción de AMP cíclico, con la activación de la proteína quinasa A, esta cascada de fosforilación comienza a promover la translocación del canal de agua de acuaporina 2 a la membrana celular apical y el consiguiente aumento de la permeabilidad de los túbulos colectores (Naves et al., 2003). Además, regula el tono vasomotor interviniendo en la estabilidad hemodinámica, favorece la liberación de cortisol, a nivel cerebral actúa como neurotransmisor involucrado en los ritmos circadianos, ingesta de agua, regulación cardivascular, termorregulación y nocicepción (Carrillo-Esper y Leal-Gaxiola, 2009). En una situación de estrés en el sistema renal los glucocorticoides favorecen la velocidad de filtración glomerular al inhibir a la hormona ADH, ocasionando diuresis eliminando principalmente los electrolitos extracelulares (Caballero-Chacón, 2010b).

Por otro lado, cuando los animales se encuentran deshidratados (hipovolemia) por causa de la excesiva eliminación de Na⁺ (hiponatremia) o bien, por un incremento en las concentraciones de K⁺(hipercalemia), el riñón, como mecanismo compensatorio, incrementa la síntesis de renina culminando en la producción de angiotensina II (formada principalmente en las células endoteliales de los capilares pulmonares sobre el angiotensinógeno), que a su vez estimula la producción de mineralocorticoides en la corteza adrenal principalmente aldosterona (Rejas y Alonso, 2008; Caballero-Chacón, 2010a). La aldosterona es la molécula efectora final del sistema renina angiotensina aldosterona (SRAA) que actúa sobre las células epiteliales del túbulo contorneado distal y colector promoviendo la síntesis de canales de Na⁺ a cambio de K⁺ e H⁺, permitiendo la absorción de agua y modulando la presión arterial al incrementar la osmolaridad plasmática junto con la hormona ADH (Fernandes-Rosa y Antonini, 2007).

Otro factor que también puede estar asociado a un desequilibrio mineral es la adición de dietas altas en concentrados que ocasionan un estado de acidosis aguda, incrementando los niveles de Na⁺transitoriamente a nivel sanguíneo, lo cual podría ser causado por el incremento en la retención renal. A su vez ocasiona que los iones de H⁺ se secreten activamente de las células tubulares en proporciones iguales a los iones de Na⁺reabsorbidos (Nikolov, 1998).

En general la acidosis se asocia con el movimiento de K⁺ del líquido intracelular al espacio extracelular, mientras que durante la alcalosis iones K⁺ se mueven en la dirección opuesta (Aguilar-Bobadilla et al., 2005). Cuando se corrige el desequilibrio ácido base, los iones H⁺intracelulares se someten a translocación por K⁺ lo que conduce a una disminución de iones en la sangre (Cruz et al., 2015).

Las concentraciones de Na⁺, K⁺ y total de CO₂ (TCO₂) también son importantes en la evaluación de alteraciones en el equilibrio ácido-base, especialmente en desequilibrios mixtos (Padilla et al., 2000). Por otro lado, el aumento en las contracciones musculares conlleva a un in
remento en los requerimientos de Ca²⁺, el cual es liberado del retículo sarcoplásmico, además de una mayor utilización de las reservas de este mineral, y posteriormente una disminución en los niveles séricos (Mendoza-Lara et al., 2012).

Conclusiones

El estrés ha sido utilizado como indicador de la pérdida de bienestar animal y es la acción de estímulos nerviosos y emocionales provocados por el ambiente sobre los sistemas nervioso, endocrino, circulatorio y digestivo de un animal, produciendo cambios medibles en los niveles funcionales de estos sistemas, en especial, altera la homeostasis interna induciendo cambios en la actividad del sistema nervioso autónomo y el eje hipotálamo-pituitaria-adrenocortical-HPA. Los animales y organismos vivos, en general, tienen la capacidad para mantener las funciones fisiológicas básicas y necesarias para la vida. En este sentido, los pulmones, el hígado y los riñones deben ser capaces de asegurar, respectivamente, el aporte de oxígeno, energía y equilibrio hídrico, para hacer frente a los diversos estímulos negativos a los que son sometidos durante su vida. Todo ello depende de la activación de los mecanismos alostáticos (secreción de catecolaminas y glucocorticoides) que a su vez depende de la forma en la que los animales perciben los cambios en el ambiente.

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