Überblick über das Hormonsystem (RD)

Die Kommunikation durch Hormone kann auf drei verschiedenen Wegen stattfinden: 

• Endokrin: Hormone werden ins Blut abgegeben 
• Autokrin: Hormone werden in das Extrazellulärgewebe abgegeben und reagieren mit der jeweiligen Ursprungszelle 
• Parakrin: Hormone werden in den Extrazellulärraum abgegeben und wirken auf benachbarte Zellen

Weiterhin werden Hormone in glandotrope und nicht-glandotrope Hormone unterschieden: 

1. Glandotrope Hormone wirken dabei auf eine Drüse, die dadurch stimuliert wird, weitere Hormone auszuschütten
2. Nicht-glandotrope Hormone wirken währenddessen auf das Zielorgan oder bestimmte Gewebe selbst

Auch in der chemischen Struktur unterscheiden sich Hormone voneinander. Es gibt Peptidhormone, Glykoproteine, Amine, Steroidhormone und Eicosanoide. Diese Differenzierung hat mit dem chemischen Aufbau und den chemischen Eigenschaften der Stoffe zu tun und ist im Rettungsdienst eher weniger wichtig. 

 Definition

Hormonrezeptoren sind spezifische Proteinstrukturen auf oder innerhalb von Zielzellen. Durch die Bindung des jeweiligen Hormons oder Liganden lösen sie die hormonelle Signalübertragung aus und vermitteln dessen Wirkung.

Lipophile Hormone durchdringen die Zellmembran und wirken eher intrazellulär. Der entsprechende Rezeptor durchläuft dann eine Änderung der Beschaffenheit, eine sogenannte Konformationsänderung, und kann an die DNA binden. Dadurch kann die Induktion spezifischer DNA-Transkriptionen erfolgen.

Hydrophile Hormone binden an extrazellulär gelegene Rezeptoren. Diese sind membranständig und treten in drei verschiedenen Formen auf: 

1. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR)
2. Ionotrope Rezeptoren
3. Tyrosinkinase-Rezeptoren

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren:

Sie durchspannen die Zellmembran mit sieben Transmembranhelices. Die Ligandenbindung aktiviert ein heterotrimeres G-Protein, dessen Untereinheiten Effektorproteine regulieren. Dadurch werden Second-Messenger-Systeme wie cAMP oder IP₃/DAG aktiviert.

Ionotrope Rezeptoren:

Diese ligandengesteuerten Ionenkanäle öffnen oder schließen sich nach der Bindung eines Liganden. Der daraus entstehende Ionenstrom verändert unmittelbar das Membranpotenzial und ermöglicht eine besonders schnelle Signalübertragung.

Tyrosinkinase-Rezeptoren:

Nach der Ligandenbindung kommt es meist zur Dimerisierung und Autophosphorylierung der Rezeptoren. Die phosphorylierten Tyrosinreste dienen als Bindungsstellen für Signalproteine und aktivieren intrazelluläre Signalkaskaden

Rezeptoren mit assoziierten Tyrosinkinasen: 

Sie besitzen keine eigene Kinaseaktivität, sondern sind beispielsweise mit JAK-Proteinen verbunden. Nach der Ligandenbindung wird der JAK-STAT-Signalweg aktiviert. STAT-Dimere gelangen anschließend in den Zellkern und regulieren dort die Genexpression

Die Regulation der Hormonexpression erfolgt über Regelkreise. Dadurch wird gesichert, dass weder zu viel noch zu wenig von einem Hormon ausgeschüttet wird. 

Ein einfacher Regelkreis funktioniert dabei so, dass die Hormonausschüttung  sich am Bedarf orientiert. Sie wird gedrosselt, sobald zu viel von einem Stoff vorhanden ist, oder mehr von einem Hormon gebildet wird, sofern benötigt. Ein Beispiel dafür ist die Regulation des Blutzuckers. Steigt der Blutzucker, steigt auch die Produktion von Insulin. Sinkt der Blutzucker jedoch, wird auch die Produktion von Insulin heruntergefahren. 

Hypothalamus und Hypophyse: 

Ein essenzieller Regelkreis ist die sogenannte hypothalamisch-hypophysäre Achse. Dabei schüttet der Hypothalamus Releasing- oder Inhibiting-Hormone aus. Diese beeinflussen die Hypophyse. Die Hypophyse schüttet dann Hormone aus, welche peripheres Drüsengewebe nachfolgend stimulieren, ein Endhormon abzusondern. Durch die Sekretion dieses Endhormons findet eine negative Rückkopplung statt, wodurch die weitere Ausschüttung der Hormone schon im Hypothalamus und der Hypophyse gehemmt wird. Die genannten Drüsen sind beispielhaft die Schilddrüse, die Nebennierenrinde oder die Geschlechtsorgane. 

 Info

Liegt eine Überfunktion des Organs vor, wird nachfolgend eine zu hohe Konzentration des Hormons produziert. Liegt eine Unterfunktion vor, wird zu wenig eines Hormons gebildet. 

Die Vermittlung zwischen Nerven- und Hormonsystem findet im Hypothalamus statt. 

Dort befinden sich zwei Kerngebiete:

• Parvizelluläres Kerngebiet
• Magnozelluläres Kerngebiet 

Im parvizellulären Kerngebiet liegen Neuronen, die Liberine und Statine sezernieren. Liberine wirken als aktivierende Hormone, während Statine insgesamt inhibieren. Durch das Pfortadersystem werden sie in den Hypophysenvorderlappen, die Adenohypophyse, abgegeben. Im Hypophysenvorderlappen werden dann verschiedene Hormone gebildet, zum Beispiel TSH (Thyroidea-stimulierendes Hormon), welches auf die Schilddrüse wirkt, oder FSH (Follikel-stimulierendes Hormon), welches an spezialisierten Zellen der Eierstöcke bzw. Hoden wirkt. 

Das magnozeluläre Kerngebiet ist der Ort, an dem die Produktion des ADH (anti-diuretisches Hormon) und Oxytocin stattfindet. Diese Hormone werden über den Hypophysenstiel (auch Infundibulum genannt) in den Hinterlappen der Hypophyse (Neurohypophyse) abgegeben. Dort werden sie gespeichert, bis sie ausgeschüttet werden. 

Schilddrüse:

• T3 (Trijodthyronin) ist die biologisch aktive Form der Schilddrüsenhormone, während T4 (Thyroxin) überwiegend als Speicher- bzw. Vorstufe dient
• Die Umwandlung von T4 zu T3 erfolgt peripher durch Deiodasen, vorwiegend in Leber, Niere und Muskulatur
• Die Regulation erfolgt über die Hypothalamus-Hypophysen-Schilddrüsen-Achse: TRH → TSH → T3/T4 mit negativer Rückkopplung durch erhöhte Hormonspiegel
• T3 steigert den Grundumsatz, den Sauerstoffverbrauch sowie Lipolyse, Gluconeogenese und Wärmeproduktion
• Am Herz-Kreislauf-System erhöht T3 die β-Rezeptor-Expression und verstärkt die sympathische Wirkung, wodurch Herzfrequenz und Herzzeitvolumen ansteigen

Nebennierenrinde:

 Merke

Reminder: Histologischer Aufbau von außen nach innen 

• Zona glomerulosa: Bildungsort der Mineralkortikoide (z.B. Aldosteron)
• Zona fasciculata: Bildungsort der Glukokortikoide (z.B. Kortisol)
• Zona reticularis: Bildungsort der Androgene (z.B. Dehydroepiandrosteron (DHEA) → Vorstufe für Testosteron)

Die Synthese der Hormone der Nebennierenrinde wird durch das Hormon ACTH (adrenokortikotropes Hormon) stimuliert. Dabei ist die Wirkung auf die Produktion von Glukokortikoiden und Adrenogenen deutlich stärker als auf die Produktion der Mineralkortikosteroide. Das ACTH wird aus der Adenohypophyse, also dem Hypophysenvorderlappen, ausgeschüttet und selbst durch Hormone beeinflusst. 

 Info

Glukokortikoide

Glukokortikoide sind lipophil und wirken daher intrazellulär nach Passage der Zellmembran. Die Aufgaben sind vielfältig und können auch therapeutisch genutzt werden. 

Beispielhaft werden hier einige Funktionen aufgezählt:

• Unterdrückung des Immunsystems (durch geringere Prostaglandin- und Leukotriensynthese durch Hemmung der Produktion von Phospholipase A₂)
• Katabole Wirkung 
• Erhöhte Lipolyse
• Vermehrte Glukoneogenese mit resultierend ansteigendem Blutzucker 

Endokrines Pankreas:

Das Pankreas ist funktionell in einen endokrinen und einen exokrinen Anteil zu unterteilen. Endokrin bedeutet, dass Hormone direkt ins Blut abgegeben werden. Exokrin beschreibt die Abgabe von Stoffen in Organe bzw. Hohlorgane (z.B. in den Dünndarm).

Der endokrine Anteil wird durch vier verschiedene Zelltypen vermittelt.

• B-Zellen:

  

  • Produzieren Insulin zur Verstoffwechselung von Zucker
• A-Zellen:
  • Produzieren Glukagon als Gegenspieler des Insulins 
• D-Zellen:
  • Produzieren Somatostatin, welches hemmend auf die A- und B-Zellen wirken kann 
• PP-Zellen:
  • Produzieren pankreatisches Polypeptid, welches die Darmmotilität und die Nahrungsaufnahme reguliert

Hormonrezeptoren:

 Definition

Hormonrezeptoren sind spezifische Proteinstrukturen auf oder innerhalb von Zielzellen. Durch die Bindung des jeweiligen Hormons oder Liganden lösen sie die hormonelle Signalübertragung aus und vermitteln dessen Wirkung.

• Lipophile Hormone:
  • Passieren Zellmembran
  • Intrazelluläre Rezeptoren
  • Konformationsänderung → DNA-Bindung → veränderte Genexpression
• Hydrophile Hormone:
  • Binden an membranständige Rezeptoren
  • Wirken über Second Messenger
• Rezeptortypen:
  • G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) 
  • Ionotrope Rezeptoren: ligandengesteuerte Ionenkanäle, schnelle Wirkung
  • Tyrosinkinase-Rezeptoren: Dimerisierung → Signaltransduktion → Genexpression

Hormonelle Regelkreise:

• Ziel: konstanter Hormonspiegel (negative Rückkopplung)
• Einfacher Regelkreis: Hormonfreisetzung abhängig vom Bedarf (z.B. Insulin)
• Hypothalamisch-hypophysäre Achse:
  • Hypothalamus: Liberine & Statine
  • Hypophyse: glandotrope Hormone (z.B. TSH, ACTH, FSH)
  • Periphere Drüsen: Endhormon → negative Rückkopplung

 Info

Die Vermittlung zwischen Nerven- und Hormonsystem findet im Hypothalamus statt. 

Dort befinden sich zwei Kerngebiete:

• Parvizelluläres Kerngebiet
• Magnozelluläres Kerngebiet 

• Parvozelluläres Kerngebiet:
  • Liberine/Statine → Adenohypophyse
  • Libernie → aktivierend
  • Statine → inhibierend
• Magnozelluläres Kerngebiet:
  • Produktion von ADH und Oxytocin
  • Transport → Neurohypophyse
• Überfunktion → zu viele Hormone
• Unterfunktion → zu wenige Hormone

Endokrine Organe:

1. Schilddrüse:
   • Hormone: T3 (aktiv), T4 (Prohormon)
   • Regulation: TRH → TSH → T3/T4
   • Speicherung: an Thyreoglobulin (Kolloid)
   • T4 → T3 (periphere Deiodase)
   • Wirkung von T3:
     • ↑ Grundumsatz
     • ↑ Lipolyse & Glykolyse
     • ↑ Herzfrequenz & Herzzeitvolumen
     • ↑ β-Rezeptor-Expression
2. Nebennierenrinde:
   1. Schichten (außen → innen):
      1. Zona glomerulosa → Mineralokortikoide
      2. Zona fasciculata → Glukokortikoide
      3. Zona reticularis → Androgene
   2. Regulation: ACTH (v. a. Gluko- & Androgene)
   3. Glukokortikoide:
      • Lipophil, intrazelluläre Wirkung:
        • ↑ Glukoneogenese → ↑ Blutzucker
        • ↑ Lipolyse
        • Immunsuppression
3. Endokrines Pankreas:

• β-Zellen → Insulin (Blutzucker ↓)
• α-Zellen → Glukagon (Blutzucker ↑)
• δ-Zellen → Somatostatin (hemmend auf A- und B-Zellen)
• PP-Zellen → pankreatisches Polypeptid (GI-Regulation)