Catecolaminas: Síntesis, Liberación y Funciones

Las catecolaminas (CA) o aminohormonas son todas aquellas sustancias que contienen en su estructura un grupo catecol y una cadena lateral con un grupo amino. Pueden funcionar en nuestro organismo como hormonas o como neurotransmisores.

Las catecolaminas son una clase de monoaminas que se sintetizan a partir de la tirosina. Las principales son la dopamina, la adrenalina y la noradrenalina.

catecolaminas
Estructura molecular de la Norepinefrina (noradrenalina), de la familia de las catecolaminas.

Consisten en neurotransmisores muy importantes en nuestro organismo y ejercen múltiples funciones. Participan tanto en mecanismos neurales como endocrinos.

Algunas de las funciones del sistema nervioso central que controlan son el movimiento, la cognición, las emociones, el aprendizaje y la memoria.

Las catecolaminas juegan un papel fundamental en las respuestas al estrés. De esta forma, la liberación de estas sustancias aumenta cuando se experimenta estrés físico o emocional.

A nivel células, estas sustancias modulan la actividad neuronal abriendo o cerrando canales iónicos según los receptores involucrados (Nicoll et al., 1990).

Los niveles de catecolaminas se pueden observar mediante análisis de sangre y de orina. De hecho, las catecolaminas están unidas a aproximadamente al 50% de las proteínas en sangre.

Las alteraciones en la neurotransmisión de catecolaminas parecen explicar ciertos trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos. Por ejemplo, la depresión se asocia a niveles bajos de estas sustancias, al contrario que la ansiedad. Por otra parte, la dopamina parece ejercer un papel esencial en enfermedades como el Parkinson y la esquizofrenia.

Biosíntesis de las catecolaminas

Las catecolaminas se derivan de la tirosina, un aminoácido que compone las proteínas. Puede derivar directamente de la dieta (como fuente exógena) o sintetizarse en el hígado a partir de la fenilalanina (fuente endógena).

La fenilalanina es un aminoácido esencial para los seres humanos. Se obtiene por medio de la dieta, aunque también están presentes en algunas sustancias psicoactivas.

Para tener niveles adecuados de catecolaminas, es importante consumir alimentos ricos fenilalanina como carnes rojas, huevo, pescado, lácteos, garbanzos, lentejas, frutos secos, etc.

También se encuentra en el aspartamo, un edulcorante muy utilizado en refrescos y productos dietéticos. En cuanto a la tirosina, ésta puede encontrarse en el queso.

Para que se formen las catecolaminas, la tirosina debe sintetizarse por una hormona llamada tirosina hidroxilasa. Una vez hidroxilada, se obtiene L- DOPA (L- 3,4-dihidroxifenilalanina).

Luego la DOPA pasa por un proceso de descarboxilación a través de la enzima DOPA descarboxilasa, produciéndose dopamina. 

A partir de la dopamina, y gracias a la dopamina beta-hidroxilada, se consigue noradrenalina (también llamada norepinefrina).

La adrenalina, se forma en la médula de las glándulas suprarrenales, que se ubican sobre los riñones. Surge a partir de la noradrenalina. La adrenalina surge cuando la noradrenalina es sintetizada por la enzima feniletanolamina N-metiltransferasa (PNMT). Esta enzima sólo se encuentra en las células de la médula suprarrenal.

Por otro lado, la inhibición de la síntesis de catecolaminas se produce por la acción de la AMPT (alfa metil-p-tirosina). Ésta se encarga de inhibir la enzima tirosina-hidroxilasa.

¿Dónde se producen las catecolaminas?

Como se ha señalado, las principales catecolaminas se originan en las glándulas suprarrenales. Concretamente en la médula adrenal de estas glándulas. Se producen gracias a unas células llamadas cromafines. En ese lugar se segrega adrenalina en un 80%, y noradrenalina en el 20% restante.

Estas dos sustancias actúan como hormonas simpaticomiméticas. Es decir, simulan los efectos de una hiperactividad en el sistema nervioso simpático. Así, cuando estas sustancias son liberadas al torrente sanguíneo, se experimenta un aumento en la presión sanguínea, mayor contracción muscular, e incremento de los niveles de glucosa. Así como aceleración del ritmo cardíaco y de la respiración.

Por este motivo, las catecolaminas son fundamentales para preparar las respuestas de estrés, lucha o huida.

La noradrenalina o norepinefrina se sintetiza y almacena en las fibras postganglionares de los nervios simpáticos periféricos. Esta sustancia también se produce en las células del locus coeruleus, en un conjunto celular denominado A6.

Éstas neuronas proyectan al hipocampo, amígdala, tálamo y corteza; constituyendo la vía norepinefrinérgica dorsal. Dicha vía parece estar implicada en funciones cognitivas como la atención y la memoria.

La vía ventral, que conecta con el hipotálamo, parece participar en funciones vegetativas, neuroendocrinas y autonómicas.

Por otra parte, la dopamina también puede surgir de la médula adrenal y de los nervios simpáticos periféricos. Sin embargo, ésta funciona principalmente como neurotransmisor del sistema nervioso central. De esta forma, se produce mayormente en dos zonas del tronco cerebral: la sustancia negra y el área tegmental ventral.

Específicamente, los principales grupos de células dopaminérgicas se encuentran en la región ventral del cerebro medio, una zona llamada “grupo de células A9”. Esta zona incluye a la sustancia negra. También se localizan en el grupo celular A10 (área tegmental ventral).

Las neuronas A9 proyectan sus fibras al núcleo caudado y al putamen, formando la vía nigroestriatal. Ésta es fundamental para el control motor.

Mientras que las neuronas de la zona A10 pasan por el núcleo de accumbens, la amígdala y la corteza prefrontal, formando la vía mesocorticolímbica. Ésta es esencial en la motivación, las emociones y la formación de recuerdos.

Además, existe otro grupo de células dopaminérgicas en una parte del hipotálamo, que conecta con la glándula pituitaria para ejercer funciones hormonales.

Existen además otros núcleos en la zona del tallo cerebral que se asocian a la adrenalina, como el área postrema y el tracto solitario. Sin embargo, para que se libere adrenalina en sangre es necesario la presencia de otro neurotransmisor, la acetilcolina

Liberación de catecolaminas

Para que la liberación de las catecolaminas se produzca, es necesaria la liberación previa de acetilcolina. Esta liberación puede ocurrir, por ejemplo, cuando detectamos un peligro. La acetilcolina inerva a la médula adrenal y produce una serie de acontecimientos celulares

El resultado es la secreción de catecolaminas al espacio extracelular por un proceso llamado exocitosis.

¿Cómo actúan en el organismo?

Existen una serie de receptores repartidos por todo el organismo denominados receptores adrenérgicos. Estos receptores se activan con las catecolaminas, y son responsables de una gran variedad de funciones.

Por lo general, cuando la dopamina, adrenalina o noradrenalina se unen a estos receptores; se produce una reacción de huida o lucha. Así, aumenta el ritmo cardíaco, la tensión muscular y aparece una dilatación de las pupilas. También influyen en el sistema gastrointestinal.

Es importante señalar que las catecolaminas en sangre que liberan la médula adrenal ejercen sus efectos en los tejidos periféricos, pero no en el cerebro. Esto es porque el sistema nervioso está separado por la barrera hematoencefálica.

También existen receptores específicos para la dopamina, que son de 5 tipos. Éstos sí se encuentran en el sistema nervioso, sobre todo en el hipocampo, núcleo de accumbens, corteza cerebral, amígdala y sustancia negra.

Funciones

Las catecolaminas pueden modular funciones muy diversas del organismo. Como se mencionó anteriormente, pueden circular por la sangre o ejercer distintos efectos en el cerebro (como neurotransmisores).

A continuación, podrás conocer las funciones en las que participan las catecolaminas:

Funciones cardíacas

A través de un aumento de los niveles de adrenalina (principalmente), se produce un aumento en la fuerza contráctil del corazón. Además, aumenta la frecuencia de los latidos. Esto provoca un aumento en el aporte de oxígeno.

Funciones vasculares

Generalmente un aumento en las catecolaminas provoca una vasoconstricción, es decir, una contracción en los vasos sanguíneos. La consecuencia es un incremento en la presión arterial.

Funciones gastrointestinales

La adrenalina parece reducir la motilidad y las secreciones gástrica e intestinal. Así como contracción de los esfínteres. Los receptores adrenérgicos implicados en estas funciones son los a1, a2 y b2.

Funciones urinarias

La adrenalina relaja el músculo detrusor vesical (para que pueda almacenarse más orina). A la vez contrae el trígono y el esfínter para permitir la retención urinaria.

Sin embargo, las dosis moderadas de dopamina incrementan el flujo de sangre a los riñones, ejerciendo un efecto diurético.

Funciones oculares

El aumento de las catecolaminas produce también una dilatación de las pupilas (midriasis). Además de una disminución en la presión intraocular.

Funciones respiratorias

Las catecolaminas parecen aumentar la frecuencia respiratoria. Además, posee poderosos efectos relajantes bronquiales. Así, disminuye las secreciones bronquiales ejerciendo una acción broncodilatadora.

Funciones en el Sistema Nervioso Central

En el sistema nervioso, la noradrenalina y la dopamina incrementan la viligancia, la atención, concentración y el procesamiento de estímulos.

Hace que reaccionemos más rápido a los estímulos y que aprendamos y recordemos mejor. También median en las sensaciones de placer y de recompensa. Sin embargo, niveles elevados de estas sustancias se han asociado con problemas de ansiedad

Mientras que niveles bajos de dopamina parecen influir en la aparición de alteraciones en la atención, dificultades de aprendizaje y depresión.

Funciones motoras

La dopamina es la principal catecolamina implicada en mediar el control de los movimientos. Las zonas responsables son la sustancia negra y los ganglios basales (sobre todo el núcleo caudado).

De hecho, una ausencia de dopamina en los ganglios basales ha demostrado ser el origen de la enfermedad de Parkinson.

Estrés

Las catecolaminas son muy importantes en la regulación del estrés. Los niveles de estas sustancias se elevan para preparar a nuestro cuerpo a reaccionar ante estímulos potencialmente peligrosos. Así es como aparecen las respuestas de lucha o de huida.

Acciones sobre el sistema inmunológico

Se ha demostrado que el estrés influye sobre el sistema inmunitario, estando mediado sobre todo por la adrenalina y la noradrenalina. Cuando estamos expuestos a estrés, la glándula suprarrenal libera adrenalina, mientras que en el sistema nervioso se secreta noradrenalina. Esto inerva los órganos implicados en el sistema inmune.

Un aumento de las catecolaminas de forma muy prolongada, produce estrés crónico y debilitamiento del sistema inmunitario.

Análisis de las catecolaminas en la orina y en sangre

El organismo descompone las catecolaminas y las excreta a través de la orina. Por eso, a través de un análisis de orina puede observarse la cantidad de catecolaminas segregadas en un periodo de 24 horas. Este examen también puede hacerse por medio de un análisis de sangre.

Este análisis suele realizarse para diagnosticar tumores en las glándulas suprarrenales (feocromocitoma). Un tumor en esta área provocaría que se liberaran demasiadas catecolaminas. Lo que se reflejaría en síntomas como hipertensión, sudoración excesiva, dolores de cabeza, taquicardias y temblores.

Los niveles altos de catecolaminas en la orina pueden manifestar también cualquier tipo de estrés excesivo, como infecciones en todo el cuerpo, cirugías o lesiones traumáticas.

Aunque pueden verse alterados estos niveles si se han tomado medicamentos para la presión arterial, antidepresivos, drogas o cafeína. Además, haber pasado frío puede aumentar los niveles de catecolaminas en el análisis.

Sin embargo, valores bajos pueden indicar diabetes o alteraciones en la actividad del sistema nervioso.

Referencias

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  9. Nicoll, RA, Malenka, RC, y Kauer, JA (1990). Comparación funcional de los subtipos de receptores de neurotransmisores en el sistema nervioso central de los mamíferos. Physiol Rev.; 70: 513-565.

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