El sistema de estrés en peces teleósteos

Juan Miguel Mancera y María del Pilar Martín del Río

Concepto de estrés

El estrés puede ser definido como una situación en la cual el equilibrio dinámico de un organismo (estado homeostático) es modificado como consecuencia de la acción de un estímulo intrínseco o extrínseco al animal, denominado agente estresante. De este modo, el animal responde mediante una serie de reacciones de comportamiento y/o fisiológicas con el objeto de compensar y/o adaptarse a la nueva situación. En esta respuesta, el organismo activa tanto el eje hipotálamo-simpático-cromafín como el eje hipotálamo-hipofisario-interrenal [Chrousos y Gold, J. Am. Med. Assoc. 267: 1244-1252 (1992)].

Desde un punto de vista fisiológico, una activación puntual del sistema de estrés es beneficioso para el animal pues le permite recuperar la homeostasis de su medio interno alterada por un agente estresante. Sin embargo, si la situación de estrés se convierte en crónica la respuesta al estrés puede perder su valor adaptativo y originar problemas al animal. Así, la situación continuada de estrés originaría problemas en los procesos de crecimiento, reproductivos, osmorreguladores e inmunitarios. Estos problemas se reflejarían a nivel de organismo, población y comunidad.

Eje hipotálamo-simpático-cromafín

La glándula adrenal está formada por dos tejidos diferentes: a) tejido cromafín, responsable de la síntesis de las catecolaminas (adrenalina y noradrenalina), y b) tejido esteroidogénico, responsable de la síntesis de las hormonas esteroideas. Las catecolaminas, principalmente la noradrenalina, también pueden ser liberadas a la circulación general por terminales nerviosos del sistema nervioso simpático [Reid et al., Comp. Biochem. Physiol. 120: 1-27 (1993)].

En mamíferos el tejido cromafin constituye una masa compacta que se localiza en la médula adrenal. Sin embargo, en teleósteos las células cromafines se localizan aisladas o formando pequeñas agrupaciones en el riñón cefálico. Estas células se localizan próximas o separadas del tejido esteroidogénico presente en el riñón cefálico.

La síntesis y liberación de catecolaminas por parte el tejido cromafin está estimulada por fibras colinérgicas (conteniendo acetilcolina como neurotransmisor) del sistema simpático. Los somas de estas neuronas se localizan en centros neuronales del hipotálamo anterior y medial. Estos centros presentan la capacidad de detectar modificaciones en el estado homeostático del animal como consecuencia de una situación de estrés y responder con un incremento en los niveles de catecolaminas en sangre. Además, existen otros estímulos a nivel plasmático que también pueden estimular la liberación de catecolaminas: cortisol, ACTH, CO2, etc. El incremento de los valores sanguíneos de catecolaminas permitirá aumentar la frecuencia respiratoria y cardiaca, el transporte de oxígeno y la movilización de los sustratos energéticos necesarios en cualquier situación de estrés [Fabbri et al., Comp. Biochem. Physiol. 120: 177-192 (1998)].

Eje hipotálamo-hipofisario-interrenal

El eje hipotálamo-hipofisario-adrenal está compuesto por tres niveles: i) hipotálamo, ii) hipófisis y iii) glándula adrenal. Dicho eje presenta una acción coordinada para controlar la síntesis y secreción de corticoides por la glándula adrenal. En peces el cortisol es el principal corticoide sintetizado a nivel de esta glándula, mientras en el resto de vertebrados lo son el cortisol, corticosterona y aldosterona.

En vertebrados, las células sintetizadoras de corticoides forman una masa compacta localizada en la corteza adrenal. Sin embargo, en teleósteos, dichas células se localizan en capas, cordones o grupos aislados a lo largo de la vena cardinal y riñón cefálico constituyendo el tejido interrenal. Por este motivo, en peces debemos hablar de eje hipotálamo-hipofisario-interrenal [Milano et al., Gen. Comp. Endocrinol. 108: 483-496 (1997)].

La síntesis y liberación de cortisol está controlada principalmente por dos hormonas adeno-hipofisarias: i) la hormona estimulante de las cápsulas adrenales (hormona adrenocorticotropa, ACTH) sintetizada a nivel de la pars distalis rostralis; y ii) la hormona estimulante de los melanocitos (hormona melanotropa, a-MSH) sintetizada a nivel de la pars intermedia. Existen otras sustancias que actuarían como moduladores de la liberación de cortisol: i) sustancias estimuladoras tales como el factor natriurético atrial, angiotensina II, hormona de crecimiento, hormonas tiroideas, arginina vasotocina y catecolaminas; y ii) sustancias inhibidoras, tales como el propio cortisol (retroalimentación negativa del sistema) e interleucinas del sistema inmune [Wendelaar Bonga, Physiol. Rev. 77: 591-625 (1997)].

La síntesis y liberación de ACTH y a-MSH está controlada por diversas hormonas/factores sintetizadas a nivel hipotalámico. En peces, no existe eminencia media ni sistema porta-hipofisario. De este modo, las neuronas hipotalámicas mandan sus axones que pasan por el tallo hipofisario e inervan directamente a las diversas células adenohipofisarias.

La secreción de ACTH está estimulada principalmente por la hormona liberadora de corticotropina (CRH), sintetizada a nivel del núcleo lateral tuberal y nucleo preóptico. Además, existen otros factores hipotalámicos que pueden estimular (vasotocina, isotocina y neuropéptido Y) o inhibir (hormona concentradora de melanocitos -MCH- y el propio cortisol, responsable de la retro-alimentación negativa del sistema) la liberación de la ACTH.

En algunas especies (Oncorhynchus mykiss, Oreochromis mossambicus) se ha demostrado que la a-MSH presenta una acción estimuladora de las células interrenales, estando dicha acción potenciada por la b-endorfina (hormona que es liberada conjuntamente con la MSH por las células melanotropas de la pars intermedia) [Lamers et al., J. Endocrinol. 135: 285-292 (1992)]. La secreción de a-MSH está estimulada por diversos factores tales como la CRH, neuropéptido Y, hormona liberadora de la tirotropina (TRH); mientras es inhibida por la MCH, dopamina y por el cortisol (responsable de la retroalimentación negativa del sistema).

Síndrome de adaptación general

El organismo responde a una situación de estrés con el llamado síndrome de adaptación general, en el que intervienen el sistema hipotálamo-simpático-cromafín y el sistema hipotálamo-hipofisario-interrenal. El síndrome de adaptación general presenta, según sea la duración del agente estresante, distintas etapas: a) reacción de alarma inicial, b) fase de resistencia, y c) fase de agotamiento [Cannon, Physiol. Rev. 9: 399-431 (1929); Adams, Am. Fish. Soc. Symp. 8: 1-181 (1990); Schreck, Am. Fish. Soc. Symp. 8: 29-37 (1990)].

a) Reacción de alarma inicial

En los primeros momentos el animal reacciona con una rápida activación del eje hipotálamo-simpático-cromafín, originándose un incremento de la liberación de catecolaminas (adrenalina/noradrenalina) en el tejido adrenal cromafín y de noradrenalina en los terminales nerviosos simpáticos. Estas sustancias presentan un amplio rango de funciones fisiológicas, originando incrementos en:

1) actividad motora, ritmo cardiaco, flujo sanguíneo hacia los órganos fisiológicamente más activos (cerebro, corazón y músculo esquelético).

2) flujo sanguíneo hacia las branquias y estímulo de la captación/transporte de oxígeno.

3) tasa metabólica basal, metabolismo intermedio de modo que se aumenta la glucosa plasmática a partir del glucógeno del hígado (glucogenolisis) y la síntesis de nueva glucosa a partir de ácidos grasos libres en tejido adiposo (lipolisis y glucogénesis).

b) Fase de resistencia

Si la situación de estrés continúa, el animal terminaría por adaptarse a la nueva situación y los niveles de catecolaminas volverían a sus valores normales. Durante esta fase se activa el eje hipotálamo-hipofisario-interrenal y, por este motivo, la liberación de corticoides adrenales (en peces teleósteos, el cortisol es el corticoide más importante). Las acciones de los corticoides adrenales son más lentas que las acciones iniciales de las catecolaminas y permiten mantener la fase de resistencia del síndrome de adaptación general. Además, tanto el cortisol como la ACTH hipofisaria estimulan la síntesis de catecolaminas a nivel del tejido cromafin, con lo cual se pueden mantener valores de catecolaminas superiores a los basales durante esta fase de resistencia.

En mamíferos los papeles fisiológicos de los corticoides adrenales están perfectamente delimitados. De este modo, se puede distinguir entre glucocorticoides (cortisol) con una función metabólica y mineralcorticoides (aldosterona) con una función osmorreguladora. Sin embargo, esta distinción no puede ser trasladada a teleósteos, y así el cortisol funciona como glucocorticoide y mineralcorticoide. Las acciones fisiológicas del cortisol son variadas, originando a nivel metabólico un aumento de las reservas energéticas del animal en plasma (hiperglucemia).

c) Fase de agotamiento

Si la situación de estrés se mantiene el organismo entra en la tercera fase del síndrome de adaptación: fase de agotamiento. Los altos niveles de cortisol mantenidos durante un largo periodo, así como la activación del metabolismo para superar la situación de estrés interfieren con otros procesos fisiológicos del animal (crecimiento, reproducción, sistema inmunitario, etc.) y originan situaciones letales para el animal.

Respuestas primarias, secundarias y terciarias

En el análisis de las respuestas de estrés en los animales, se distinguen tres tipos de respuestas [Wendelaar Bonga, Physiol. Rev. 77: 591-625 (1997)]:

Respuesta primaria. Consiste en la activación de los núcleos cerebrales, células adenohipofisarias y tejido interrenal y cromafín, con un incremento en los niveles de catecolaminas y corticosteroides adrenales en plasma.

Respuesta secundaria. Considerada como las modificaciones fisiológicas originadas por las catecolaminas y corticosteroides: aumento del consumo de oxígeno, actividad cardiaca, hiperglucemia, perturbaciones del balance hidromineral, etc.

Respuesta terciaria. Se extiende al nivel de organismo y población: inhibición del crecimiento, problemas en la reproducción, perturbación del sistema inmune y disminución de la tolerancia a nuevas situaciones de estrés.

Estrés y acuicultura

En la práctica acuícola, el principal objetivo es la perfecta adaptación del animal a las condiciones de cultivo. Esta adaptación permitirá el mantenimiento en cautividad, crecimiento y reproducción de la especie. En este sentido, todos los procesos de cultivo tienden a minimizar las situaciones de estrés existente en el cultivo de la especie [Van Weerd y Komen, Comp. Biochem. Physiol. 120: 107-112 (1998); Weyts et al., Fish & Shellfish Immunol. 9: 1-20 (1999)].

Los posibles agentes estresantes en el cultivo de la especie son múltiples y de variado origen: alimentación deficiente, alta densidad de cultivo, baja oxigenación del agua, condiciones físico-químicas del agua no óptima, fotoperiodo y/o termoperiodo no adecuado, vibraciones y ruidos, etc. De este modo, la existencia de una situación de estrés crónico en el cultivo originará las respuestas primarias, secundarias y terciarias típicas de una situación de estrés. Al final, los animales mostrarán un retraso o nulo crecimiento por la existencia de un metabolismo alterado, fallos en la reproducción por un mal funcionamiento del sistema reproductor y una alta susceptibilidad a agentes patógenos debido a una disminución en el sistema inmunitario. De lo anteriormente expuesto, es lógico comprender que en la práctica acuícola es prioritario conseguir eliminar cualquier fuente de estrés para el animal cultivado.

Juan Miguel Mancera y María del Pilar Martín del Río son Profesores Titulares del Depto. de Biología, Facultad de Ciencias del Mar, Universidad de Cádiz