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Dr. Fernando D. Saraví Desde su inicio unicelular (zigoto) hasta que se alcanza las proporciones del adulto, el ser humano sufre un proceso que se extiende por dos décadas, durante el cual sus células se multiplican y crecen con características propias de cada tejido y órgano. Se llama crecimiento al proceso en el cual se incrementa el número de células y su tamaño. El aumento en número se denomina hiperplasia y el aumento en tamaño se llama hipertrofia. Como consecuencia de la hiperplasia e hipertrofia de sus células, el organismo infantil crece progresivamente en masa y volumen hasta adquirir las dimensiones del adulto. Por su parte, el desarrollo es el fenómeno por el cual las células se diferencian en los órganos y sistemas correspondientes, y adquieren sus funciones específicas. La disciplina que estudia el crecimiento y desarrollo físico se denomina auxología (del griego auxesis, crecimiento). El crecimiento y el desarrollo ocurren paralelamente, aunque no con la misma velocidad para todos los órganos y sistemas (Fig. 1). Así, el número de neuronas se completa en el primer año de vida, pero el número de células musculares, óseas y adiposas continúa aumentando durante la niñez, y tejidos como la piel, el epitelio intestinal, la médula ósea y el hígado, conservan su capacidad replicativa durante toda la vida. El tejido linfático alcanza su máximo desarrollo en la época de la pubertad, pero luego involuciona parcialmente. En organismos multicelulares, la división celular alcanza su tasa máxima durante el desarrollo y crecimiento. Con la senectud, el comportamiento mitótico varía según la especie. Los roedores, por ejemplo, continúan creciendo durante toda su vida. Por el contrario, en el ser humano el crecimiento se detiene en la tercera década de la vida. En el adulto humano joven la división celular se realiza sólo con la tasa necesaria para mantener la integridad estructural y funcional de órganos y tejidos. Posteriormente, y de manera gradual, la capacidad replicativa de las células decrece, y esto se asocia con el envejecimiento normal. En todas las etapas de la vida, la multiplicación celular es un proceso sujeto a múltiples controles redundantes que determinan su tiempo y su localización. FACTORES QUE INFLUENCIAN EL CRECIMIENTO Estos factores son genéticos, ambientales y endocrinos. La constitución genética del individuo determina su potencial para el crecimiento. La estatura promedio de los progenitores predice la talla final de los hijos. La talla final en cm predicha para un varón (TV) en cm es igual a: Donde TP es la talla del padre y TM la talla de la madre. De manera análoga, para una niña la talla final predicha (TN) es: La talla es un rasgo con dimorfismo sexual. El valor de 13 cm es la diferencia promedio de talla entre varones y mujeres. Los factores genéticos influyen además en el curso temporal del crecimiento y desarrollo, y en ls composición corporal. La expresión completa del potencial genético requiere factores adicionales, principalmente endocrinos y ambientales. Entre estos últimos hay que mencionar obviamente la Crecimiento y desarrollo 2 )13( cmTMTPTV ++= 2 )13( TMcmTPTN +−= Fig. 1: Crecimiento general y de diversos órganos y tejidos en el hombre. www.ciencia-hoy.retina.ar/ Posgrado-00 Sello Fisiología del crecimiento Dr. Fernando D. Saraví 2 nutrición, pero además la estimulación psicomotora y la interacción social. La importancia de los aspectos afectivos se evidencia por el retraso en el crecimiento y desarrollo que padecen los niños que reciben una nutrición adecuada pero sufren aislamiento social (por ej., en orfanatos). La deprivación nutricional o afectiva, especialmente al principio de la vida extrauterina, perjudican el crecimiento. En sentido positivo, durante todo el siglo pasado se ha observado una tendencia al aumento de la talla de los hijos con respecto a sus padres, que se ha vinculado con mejores condiciones sanitarias y nutricionales. Por otra parte, numerosas hormonas y factores paracrinos son necesarios para el crecimiento normal. De ellas la más importante luego del nacimiento es la somatotropina. SOMATOTROPINA (GH) La somatotropina u hormona del crecimiento (GH) es una proteína de 191 aminoácidos (22 kDa) de la familia de las somatomamotropinas que incluye GH, GH variante placentaria (pvGH), somatomamotropinas placentarias 1 y 2 (todas codificadas en el cromosoma 17) y prolactina (cromosoma 6). La GH es producida en células acidófilas de la adenohipófisis (somatotropas). Se secreta en forma de pulsos que originan múltiples picos de concentración a lo largo del día (ritmo ultradiano) y que son mayores durante el sueño (70 % del total de GH secretada). La GH circula unida en 40 % a una proteína ligadora (GHBP) y su vida media plasmática es de 25 min. Control de la secreción de GH Las principales variables que modifican la secreción de GH se indican en la Tabla 1. La secreción de GH está controlada por dos péptidos hipotalámicos, la somatoliberina (GHRH) que la estimula y promueve su síntesis, y la somatostatina (SS) que la inhibe. Ambos péptidos actúan sobre receptores acoplados a proteínas G que estimulan (GHRH) o inhiben (SS) la adenilato ciclasa. La GH secretada inhibe su propia secreción (asa ultracorta) y estimula en el hígado y otros tejidos la secreción de IGF-1 (ver más abajo) que inhibe la secreción de GH por asas de realimentación cortas y largas (Fig. 3). Recientemente se ha identificado otro péptido diferente de la somatoliberina que también estimula la secreción de GH, actuando sobre receptores diferentes. Se lo llamó ghrelina (por Growth Hormone Release). El efecto estimulante de la ghrelina es sinérgico con el de la somatoliberina, ya que ésta actúa sobre las células somatotropas en receptores acoplados a proteína Gs y la ghrelina sobre receptores acoplados a proteína Gq. La ghrelina actúa además en el hipotálamo para promover la liberación de somatoliberina (Fig. 3). La ghrelina se produce principalmente en células endocrinas del estómago y el estímulo más importante para su liberación es el ayuno. La Tabla 1: Condiciones que modifican la secreción de somatotropina (GH) ESTIMULANTES Sueño no REM Ejercicio físico Hipoglucemia Hiperaminoacidemia INHIBIDORES Sueño REM Aumento de ácidos grasos libres Hiperglucemia Estrés crónico Fig. 2: El patrón de secreción pulsátil de GH está presente ya en las primeras semanas de vida extrauterina (se indica la pulsatilidad diurna). Fig. 3: Control de la secreción de GH. Fisiología del crecimiento Dr. Fernando D. Saraví 3 concentración plasmática de ghrelina crece durante el ayuno y decae rápidamente luego de una comida (Fig. 4). Este péptido tiene varias acciones sobre diversos órganos y tejidos, cuyo papel fisiológico se desconoce. Cabe notar que los ratones con supresión del gen de la ghrelina tienen un fenotipo normal. El efecto más notable de la ghrelina, además de liberar GH, es estimular el apetito (acción orexígena). Es probable que participe normalmente en la REGULACIÓN DE LA INGESTA DE ALIMENTOS. No obstante, la ghrelina está típicamente baja en las personas obesas y alta en las personas con anorexia (esto puede representar un intento de contrarregulación). Mecanismo de acción de la GH El receptor de GH es una glicoproteína de membrana (130 kDa) que se encuentra en forma monomérica y forma un dímero al ligar GH (Fig. 5). El dímero recluta entonces tirosina kinasa tipo JAK, la cual fosforila diversas proteinas, entre ellas factores de transcripción STAT (Signal Transduction & Activators of Transcription). Estos factores de transcripción fosforilados se dimerizan y, en el núcleo, activan la transcripción de proteínas efectoras. Efectos metabólicos de la GH En el hígado, la GH aumenta la gluconeogénesis, al tiempoque en el músculo esquelético reduce la incorporación de glucosa; por tanto, produce hiperglucemia (acción diabetogénica). En el tejido adiposo tiene acción lipolítica. La GH facilita la incorporación de aminoácidos a las células y promueve la síntesis de proteínas, tanto directa como indirectamente (mediante IGF-1). Efectos sobre el crecimiento La GH estimula el crecimiento en longitud. Aumenta la masa magra (músculo y otros tejidos blandos) y favorece el crecimiento de los cartílagos. Aunque posee una acción directa en la diferenciación condroblastos en condrocitos, la mayor parte de los efectos sobre el crecimiento son mediados por el péptido somatomedina C (= IGF-1, Insulin-like Growth Factor-1). El IGF-1 es producido por muchos tejidos, pero el hígado es la principal fuente del IGF-1 circulante. Aprox. 90 % del IGF-1 circula unido a proteínas específicas (IGFBP), principalmente IGFBP-3. Las IGFBP son producidas por el hígado y también por el endotelio. A diferencia de la GH, la concentración plasmática de IGF-1 es relativamente estable. El receptor para IGF-1 es similar al de la insulina, un tetrámero con dos cadenas a extracelulares y dos cadenas b que atraviesan la membrana y poseen actividad de tirosina kinasa (Fig. 5). Cuando se une a IGF-1, el receptor se autofosforila y produce la fosforilación de proteínas transductoras. OTRAS HORMONAS IMPORTANTES Las hormonas tiroideas y la insulina son imprescindibles durante todo el proceso de crecimiento. También se requieren glucocorticoides en concentración normal (el exceso retarda el crecimiento). Los andrógenos y Fig. 4: Variación diaria en la concentración plasmática de ghrelina (esquemático). Fig. 5: Mecanismo de acción de la GH y el IGF-1. De LeRouth y Nissley, J Clin Fisiología del crecimiento Dr. Fernando D. Saraví 4 estrógenos permiten el desarrollo del tracto genital y además poseen acciones anabólicas en diversos tejidos. Todas estas hormonas favorecen además la secreción de GH. FACTORES DE CRECIMIENTO Además de las hormonas citadas (GH, tiroideas y esteroides) hay factores de crecimiento (GF) que son relativamente específicos para cada tejido y ejercen su acción de manera predominantemente paracrina o autocrina. Tal el caso del GF fibroblástico (FGF), nervioso (NGF), epitelial (EGF), entre otros, y los varios factores que regulan la proliferación de la médula ósea (véase HEMOPOYESIS). DINÁMICA DEL CRECIMIENTO HUMANO El crecimiento se caracteriza por dos etapas de crecimiento acelerado separadas por una fase prolongada de crecimiento más lento. El primer período de crecimiento acelerado ocurre en la etapa intrauterina y durante los primeros dos años de vida postnatal. El segundo ocurre en la pubertad. El primer período acelerado no depende de GH sino de insulina, los factores de crecimiento específicos de cada tejido y el IGF-2 (que tiene escaso efecto en las siguientes etapas). En la etapa intrauterina, el crecimiento normal depende de la función normal del organismo materno, el organismo en desarrollo y la placenta (Fig. 6). Esta fase se caracteriza por el predominio de la hiperplasia, con notables aumentos en el número de células, acompañado Tabla 2: Diferencias y semejanzas en los efectos de la somatotropina (GH) y el IGF-1 Veldhuis JD y col., Endocrine Rev 27:101-140, 2006. (+ estimula; - inhibe; 0 sin efecto) TEJIDO BLANCO GH IGF-1 Preadipocitos Diferenciación + 0 Proliferación 0 + Lipólisis aguda + 0 Precondrocitos Proliferación + 0 Hipertrofia 0 + Diferenciación + + Remodelado del músculo liso 0 + Secreción de insulina + - Utilización de glucosa 0 + Proteólisis muscular ± - Síntesis hepática de IGF-1 + 0 Fig. 6: Interrelación de madre, feto y placenta en el crecimiento durante la vida intrauterina. De Murphy VE y col., Endocr Rev 27: 141-169, 2006. Fisiología del crecimiento Dr. Fernando D. Saraví 5 más tardíamente por hipertrofia (aumento del tamaño celular). La talla promedio del recién nacido es de 50 cm. En el primer año de vida el aumento de talla alcanza de 25 a 30 cm, y en el segundo de 12 a 15 cm (Fig. 7). Hacia el tercer año de vida el crecimiento se desacelera y continúa con un ritmo de aprox. 5 cm por año, con un pequeño incremento durante la adrenarquia (7 a 9 años). A partir de un período entre el segundo y el tercer año de vida, el crecimiento pasa a depender fundamentalmente de GH e IGF-1. Los niveles de IGF-1 ascienden progresivamente en esta etapa. El segundo período de crecimiento acelerado tiene lugar durante el desarrollo puberal, con velocidad máxima a los 12 años en las niñas y a los 14 años en los varones. Consiste no sólo en crecimiento en talla, sino en la masa corporal. El crecimiento en masa es dimórfico. En los varones se produce un aumento proporcional mayor de la masa magra, sobre todo músculo esquelético (Fig. 8). En las mujeres; es más importante el desarrollo del tejido adiposo cuya distribución característica perfila la silueta femenina. La masa magra y la masa grasa se normalizan en índices dividiéndolas por el cuadrado de la talla en m. La suma del índice de masa magra más el índice de masa grasa corresponde al índice de masa corporal. En la Tabla 3 puede verse la diferencia de índice de masa magra y grasa según el sexo. La masa magra es 23 % mayor en el varón debido al efecto anabólico de los andrógenos. La masa grasa es 37 % mayor en la mujer por los efectos lipotrópicos de los estrógenos. Esta etapa del crecimiento depende también de la GH y del IGF-1 (que alcanza su máxima concentración en esta época), pero la Tabla 3: Valores medios de los índices de masa magra y de masa grasa (ambos en kg/m2) en personas de 18 a 34 años. Schutz Y y col. Int J Obes 26:953-960,2002. Varones Mujeres Índice de masa magra 18.9 15.4 Índice de masa grasa 4.0 5.5 Fig. 7: Tasa de crecimiento y principales hormonas participantes según la etapa. Fig. 8: Dimorfismo sexual en el aumento de la masa magra con la edad (notar la diferencia de la escala de la ordenada). De Tothill P, Hannan J: Bone 31: 492-496, 2002 Fisiología del crecimiento Dr. Fernando D. Saraví 6 aceleración puberal se debe a los esteroides sexuales. El efecto de los andrógenos y estrógenos es tanto directo sobre los tejidos como también indirecto, por estimulación de la secreción de GH e IGF-1. Los esteroides sexuales aceleran el crecimiento, pero también el cierre de las epífisis óseas, por lo cual luego de un período cesa el crecimiento en estatura. Por esta razón la pubertad precoz se asocia con baja talla, y la pubertad tardía con talla elevada. Posteriormente la GH y el IGF-1 continúan secretándose, aunque sus concentraciones tienden a reducirse con la edad. La administración de GH a personas mayores aumenta su masa magra (músculo) y reduce su masa grasa, provocando además una sensación subjetiva de bienestar. EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO En la evaluación del crecimiento tiene importancia la talla y la masa del sujeto en estudio comparada con curvas normales donde se indican los percentilos y la tasa de crecimiento (en cm/año). La talla final de un varón es 7 cm mayor que el promedio de las tallas de la madre y el padre y la de una mujer es 7 cm menor que dicho promedio. Por ej., si la madre mide 1.60 m y el padre 1.80 m (promedio 1.70 m), el hijo debería medir 1.77 m y la hija 1.63 m. También deben considerarse las proporciones corporales. En sujetos normales, el largo de los brazos extendidos (envergadura) es aprox. igual a la talla en todas las edades. Por otra parte, la relación entre el largo del segmento superior (coronilla a cintura) e inferior (cintura a pies) varía con la edad. Este cociente es de 1.7 enel neonato, de 1.4 a los 4-5 años y de 1.0 entre los 10 y 12 años (Fig. 9). Si existe una alteración del crecimiento es necesario evaluar una serie de factores (Tabla 4). La causa más frecuente de déficit de crecimiento en la niñez, no acompañada de otras manifestaciones clínicas, es la deficiencia de somatotropina. Este trastorno se trata con inyecciones de GH recombinante cada dos días o tres veces por semana, que aumentan la talla de 2 a 4 cm por año (el aumento es mayor en el primer año de tratamiento). EXCESO DE SOMATOTROPINA La causa más frecuente del exceso de GH es un tumor benigno de la hipófisis, llamado adenoma de células somatotropas. Si el exceso comienza antes del cierre de las epífisis (en la niñez o adolescencia) el resultado es una talla anormalmente alta (gigantismo), con frecuencia acompañada de diabetes. No obstante, los adenomas productores de GH tienden a manifestarse en la edad adulta. En este caso ya no es posible el crecimiento en estatura, pero se produce acromegalia, un síndrome caracterizado por aumento del perímetro craneal, tosquedad progresiva de las facciones, engrosamiento de los dedos, palmas y pies, aumento del tamaño de los órganos (visceromegalia), engrosamiento de la piel, diabetes y trastornos visuales por compresión del quiasma óptico por el adenoma. El diagnóstico de exceso de GH se establece dosando la hormona en plasma luego de una prueba de sobrecarga de glucosa (ver PÁNCREAS ENDOCRINO). Normalmente la GH plasmática debe reducirse en respuesta a la hiper- glucemia, pero ésta no suprime la secreción del adenoma. El adenoma puede identificarse mediante tomografía computada o resonancia magnética. El tratamiento de elección es la extirpación quirúrgica. En caso de no ser posible la cirugía, se puede emplear un análogo de la somatostatina llamado octreótido. Fig. 9: Cambio en la relación entre el segmento corporal superior e inferior con el crecimiento normal. Tabla 4: Investigación de un retardo del crecimiento (PICNICS endocrinos). • Psicosocial - deprivación • Iatrogénico – corticoides • Crónica (enfermedad) cardíaca, digestiva, renal, hepática • Nutricional • Intrauterino (retardo de crecimiento) • Cromosómico o genético: Turner, Down, Prader-Willi • Skeletal (displasia) acondroplasia • Endocrinos: deficiencia de GH, hipotiroidismo, hipercortisolismo, hipogonadismo
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