Das hormonelle System

Inhaltsverzeichnis:

Einleitung

Hormonales Regulationssystem

Hormonwirkung

Membranständige Rezeptoren

Struktur und Lage der Hypophyse

Andere Hormone und weitere Informationen

Beispiele von Regelkreisläufen

Regelkreis: gonadotrope Hormone beim Mann

Regelkreis: corticotropine Hormone

Regelkreis: Oxytozin

Dynamik des Plasmaspiegels

Hormon-Hierarchie

Das hormonelle System

Einleitung

Viele Körperfunktionen werden durch innersekretorische (endokrine) Drüsen gesteuert. Sie tragen dazu bei, daß die verschiedenen Organsysteme harmonisch zusammenarbeiten. Durch die Abgabe chemischer Substanzen (Hormone) in die Blutbahn sind sie in der Lage, Informationen an Organe weiterzugeben und sie zu bestimmten spezifischen Leistungen anzuregen. Hier eingeschlossen sind die entscheidenden Fähigkeiten zu Wachstum und Fortpflanzung. Da alle Hormone an Stoffwechselvorgängen beteiligt sind, sind gerade ihre Wechselwirkungen für den Gesamtablauf entscheidend.

Hormone sind chemische Überträgersubstanzen des Körpers. Sie werden in speziellen Drüsen bestimmter Körperregionen gebildet und erreichen zumeist auf dem Blutweg die Zellen ihrer Zielorgane, um dort ihre Wirkung zu entfalten. Dort findet dann die Ausübung bestimmter physiologischer und biochemischer Regulationsfunktion statt.

Die innersekretorischen Drüsen, die den größten Teil menschlicher Hormone produzieren und abgeben, bestehen aus einer Ansammlung von Drüsenzellen. Sie besitzen im Gegensatz zu den außersekretorischen (exokrinen) Drüsen keine Ausführungsgänge und geben ihre Hormone direkt in die umgebenden Blutgefäße ab.

Hormonales Regulationssystem

Jedes Hormon kann als Mittelpunkt eines hormonalen Regulationssystems betrachtet werden, daß aus vielen Gliedern besteht. Diese Regulation können am besten mit Regelkreisen beschrieben werden. Es erfolgen mittelbare oder unmittelbare Rückmeldungen an das regelnde Organ. In den meisten Fällen ist diese Rückkopplung negativ. Nachdem das Hormon ausgeschüttet wurde und zu den Zielzellen gelangt ist, empfangen die hormonproduzierenden Zellen eine Rückmeldung. Durch diese Rückkopplung wird die Hormonausschüttung gebremst. Eine Reaktion, die an der Zielzelle ausgelöst wird und verstärkend auf die eigene Ausschüttung wirkt, wird als positive Rückkopplung bezeichnet. Diese kommt allerdings sehr selten vor.

Spezialisierte Drüsenzellen synthetisieren das Hormon aus Vorstufen, speichern es und können es bei Bedarf in die Blutbahn ausschütten. Der Transport im Blut erfolgt in reversibler Bindung an Plasmaproteine (Hormoncarrier) zu den Zielzellen. Auf diesem Wege wird ein Großteil der ausgeschütteten Menge durch Stoffwechselvorgänge abgebaut. Deswegen werden stets mehr Hormone produziert als eigentlich benötigt.

Durch chemische Umwandlung, zumeist in der Leber, bewirkt eine Inaktivierung des Hormons welches dann durch das Exkretionssystem, meistens die Niere, ausgeschieden wird.

Im Erfolgsorgan empfangen die Zielzellen das hormonale Signal, da nur sie spezifische Hormonrezeptoren besitzen, die das Hormon binden. Man spricht hier auch vom Schlüssel-Schloß-Prinzip. Dadurch erfolgt letztlich die Informationsweitergabe und das Auslösen einer Antwort Hormonwirkung Hormone die für grundlegende Lebensvorgänge, wie Wachstum und Fortpflanzung, verantwortlich sind, haben eine stark verzögert einsetzende und lang anhaltende Wirkung. Im allgemeinen lässt sich sagen, daß Hormone den Zellstoffwechsel ihrer Zielorgane beeinflussen.

Im Gegensatz zu der Nervenübertragung tritt die Hormonwirkung meist verzögert ein und hält über einen längeren Zeitraum an. Der Wirkungseintritt variiert bei den verschiedenen Hormonen beträchtlich.

Wenn Hormone ein Signal vom Ort ihrer Bildung zum Ort ihrer Wirkung zumeist über die Blutbahn übertragen, das nennt man endokrine Wirkung. Zwei lokal wirkende Gewebshormone, deren Zielzellen sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Drüsenzelle befinden zeigen eine parakrine Wirkung. Wenn Signalstoffe auf die Bindungszelle selbst zurückwirken, spricht man autokriner Wirkung. Aufgrund ihrer chemischen Struktur werden sie in zwei Hauptgruppen eingeteilt. Auch hier bestimmen die Strukturen die Eigenschaften.

Lipophile Hormonewerden aus Cholesterol gebildet. Sie werden auch als Steroide (Cortisol, Testosteron, Thyroxin) bezeichnet und durchdringen, aufgrund ihrer Fettlöslichkeit, die Zellmembran. Sie binden sich innerhalb ihrer Zielzellen an einen spezifischen Rezeptor. Das führt zur Freisetzung von zyklischem Adenosintriphosphat (cAMP). Dieses aktiviert wiederum eine Reihe von Enzymsystemen innerhalb der Zelle und löst damit den Ablauf bestimmter Stoffwechselvorgänge aus. In dem Zusammenhang führen die enzymatische Vorgänge an der entstandenen mRNS zu einer veränderten Zusammensetzung der Proteine, welche die Zellantwort auslösen.

Hydrophile Hormone (Histamin, Serotonin, Adrenalin) werden aus Aminosäuren gebildet. Sie können, aufgrund ihrer Fettunlöslichkeit, nicht durch die Zellmembran diffundieren. Daher binden sie sich an der Außenseite der Zielzelle an spezifische Rezeptoren, die an der Zellmembran fixiert sind.

Das löst auf der Innenseite der Zellmembran die Bildung von second messengern („zweite Botenstoffe“) aus. Über weitere Reaktionen steuern diese dann die Antwort der Zielzelle auf das Hormon.

Membranständige Rezeptoren

Kanalproteinrezeptorenverändern bei Hormonbindung ihre Form so, dass sie eine winzige Pore freigeben. Dadurch können hydrophile Elemente, wie zum Beispiel Na+- Ionen die sonst für sie undurchlässige Membran passieren. Der Ladungseinstrom verändert das Membranpotential, was entweder schon die Zellantwort ist oder aber diese im Weiteren ermöglicht.

Enzymatische Rezeptorenkönnen nach Hormonbindung auf der Membraninnenseite unter zu Hilfenahme des allgemeinen intrazellulären Energieträgers Adenosintriphosphat (ATP) vorliegende Proteine phosphorylieren. Dadurch werden diese aktiviert und können ihre Funktion in der Zelle übernehmen, was dann wiederum zur Zellantwort auf das Hormon führt.

G-Protein-gebundene Rezeptoren gehören wohl zu den kompliziertesten hormonellen Wirkungswegen, sie haben aber den Vorteil, dass über die intrazellulären Weiterleitungskaskaden das ankommende Signal immer weiter verstärkt wird. Damit können selbst Signale, die von einem einzelnen Rezeptor detektiert wurden zu einer Zellantwort führen.

Nach der Hormonbindung kann an der intrazellulären Seite des Rezeptors ein G- Protein binden. Durch diese Bindung wird es dazu befähigt seinerseits ein Molekül Guanosintriphosphat (GTP, ähnlich wie ATP) zu binden. Durch die Bindung des GTP zerfällt jedoch das G-Protein in drei Fragmente, die die Membran entlang wandern. Dort trifft das GTP-tragende Fragment auf ein Enzym (Adenylatzyklase), an das es bindet und es damit aktiviert (s. enzymatische Rezeptoren), während die anderen Fragmente andere Funktionen ausüben, die den Rahmen dieser Beschreibung jedoch sprengen würden. Die Adenylatzyklase bildet nun alssecond-messangeraus ATP cAMP. Diesersecond-messangerdiffundiert durch die Zelle und setzt aus intrazellulären Speichern Ca²+-Ionen frei, die das Membranpotential dermaßen verändern, das es zu einer Zellantwort kommt.

Struktur und Lage der Hypophyse

Die Hypophyse nimmt unter den Drüsen des Körpers eine zentrale Stellung ein. Sie produziert nicht nur ihre eigenen Hormone, sondern beeinflusst auch die Hormonproduktion anderer Drüsen. Sie liegt an der Basis des Großhirns und ist mit dem Hypothalamus durch den Stiel aus Nervengewebe (Hypophysenstiel) verbunden. Hypothalamus und Hypophyse kontrollieren den größten Teil der Stoffwechselvorgänge basal zum Hypothalamus.

Die Hypophyse liegt in einer schützenden knöchernen Grube an der Hirnbasis, die aufgrund ihrer Form als Türkensattel (Sella turcica) bezeichnet wird. Damit liegt sie mitten im Schädel, was ihr optimalen Schutz gewährleistet. (Auch daran ist ihre Bedeutsamkeit zur Aufrechterhaltung der Homöostase zu erkennen) Die Hypophyse besteht aus drei verschiedenen Lappen: ·Hypophysenvorderlappen,auch Adenohypophyse, ·Hypophysenhinterlappen, auch Neurohypophyse und ·Hypophysenzwischenlappen, auch pars intermedia, der aber beim Menschen keine Rolle spielt, weshalb er hier nicht weiter besprochen wird.

Die Hypophyse hat unter den Steuerungsorganen der meisten hormonellen Regelkreise die Funktion der Exekutive inne. Über den Hypophysenstiel zum Hypothalamus erfährt sie ihre Hauptstimulation und -hemmung. Dies erfolgt beim Hypophysenhinterlappen über nervöse Bahnen. Diese im Hypothalamus entspringen und ziehen durch den Hypophysenstiel in den Hypophysenhinterlappen. Beim Hypophysenvorderlappen hingegen auf hormonellem Wege. Die Hormone des Hypothalamus werden dabei über ein im Hypophysenvorderlappen weitverzweigtes Pfortadergefäßsystem direkt vom Ort der Ausschüttung zu ihren Zielzellen im Hypophysenvorderlappen transportiert.

Andere Hormone und weitere Informationen

Die Grenzen zwischen den eigentlichen Hormonen und anderen Signalstoffen sind fließend. Sie haben überdies viele prinzipielle Gemeinsamkeiten bzgl. des Stoffwechsel und des Wirkungsmechanismus.

Neben den klassischen Hormonen, gibt es nochGewebshormone, die nur in unmittelbarer Nachbarschaft der Drüsenzelle wirken. Sie erreichen ihre Zielzellen nicht über die Blutbahn, sondern durch die direkte Diffusion über den extrazellulären Raum. Gewebshormone finden sich besonders im Magen-Darmtrakt, wo sie Verdauungsfunktionen steuern.

Mediatoren (Histamin & Prostaglandine) sind Signalsubstanzen, die nicht aus spezialisierten Drüsenzellen stammen, sondern von vielen Zelltypen gebildet werden. Sie üben nach Ausschüttung hormonähnliche Wirkung auf ihre nächste Umgebung aus Neurohormone und Neurotransmitter(Acetylcholin) sind Signalsubstanzen, die von Nervenzellen produziert und ausgeschüttet werden. Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt ausgeschüttet, um Nachbarzellen zu beeinflussen und haben nur geringe Reichweite & kurze Lebensdauer. Neurohormone werden dagegen ins Blut abgegeben und haben eine größere Reichweite und längere Lebensdauer.

Beispiele von Regelkreisläufen

Die im Folgenden beschriebenen Hormonregelkreisläufe sind, wie die meisten Regelkreisläufe, dieser Art, durch den Hypothalamus gesteuert. Dieser kontrolliert als zentrales Organ die Organisation und Integration aller ein- und ausgehenden Signale aus den peripheren Rezeptoren und dem ZNS.

Regelkreis: gonadotrope Hormone beim Mann

Als steuernde Größe schüttet der HypothalamusGonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) aus, welches durch das Pfortadersystem direkt in den Hypophysenvorderlappen gelangt und diesen zu Synthese und Ausschüttung von Lutenisierendem Hormon (LH)undFollikelstimulierendem Hormon (FSH)anregt. Diese gelangen über die Blutbahn in die Hoden, woLHdie Synthese von großen MengenTestosteronanregt. Dieses ist in der Kombination mitFSHnotwendig zur Spermatogenese. Auf Grund der hohenTestosteronkonzentration innerhalb der Hoden, gelangen auch geringe MengenTestosterons in den Blutstrom und mit diesem zum Hypothalamus, wo sie inhibierend auf die Synthese vonGnRHwirken (negative Rückkopplung).

Als weiteres Mittel der negativen Rückkopplung wird in den Hoden innerhalb des Prozesses der Spermatogenese das HormonInhibinsynthetisiert und in die Blutbahn abgegeben, über die es im Hypothalamus dieGnRH-Ausschüttung reduziert. FreiesTestosteronin der Blutbahn wirkt ebenfalls in den Haar- und Drüsenzellen der Haut. Dort wird es zu5a-Dihydroxytestosteronreduziert und regt in dieser Form den Metabolismus dieser Zellen an, was sich in Form des männlichen Behaarungstypes und androgenen Geruchs bemerkbar macht.

Regelkreis: corticotropine Hormone

Auch in diesem Regelkreis fungiert die Kombination aus Hypothalamus und Hypophysenvorderlappen als steuernde Größe. Durch die Sezernierung des Corticotropin-Releasing-Hormonsaus dem Hypothalamus wird der Hypophysenvorderlappen zur Ausschüttung vonAdrenocorticotropinem Hormon(ACTH) angeregt, welches über die Blutbahn zur Nebennierenrinde (NNR) transportiert wird. Dort bewirkt es die Synthese und Ausschüttung vonKortisol.Kortisolhat ein breites Spektrum an Wirkungen im gesamten Organismus. Es ist verantwortlich für die Glucosemobilisierung durch Hemmung der Liponeogenese (Speicherfettsynthese) und die Anregung der Gluconeogenese in der Leber (Umbau aller vorhandenen hochenergetischen Verbindungen zu Glucose).

Es erfolgt dadurch eine globale Blutzuckerspiegelerhöhung. Des weiteren wird eine Sensibilisierung der Gefäßmuskulatur für Adrenalin und Noradrenalin (gefäßerweiternde Hormone) und die Immunosuppression und daraus folgend die Entzündungshemmung bewirkt.

Diese Wirkungen stehen im direkten Zusammenhang mit dem bekannten fight-or- flight-Schema. Sie sind sozusagen die Vorbereitung auf eine solche sympathische Reaktion.

Regelkreis: Oxytozin

In diesem Regelkreislauf liegt die Besonderheit vor, dass es sich um ein Hormon des Hypophysenhinterlappens handelt. Damit ist auch die Signalweitergabe vom Hypothalamus zum endokrinen Organ nicht hormoneller, sonder nervöser Art! Durch entsprechende nervöse Reizung wird der Hypophysenhinterlappen dazu veranlaßt,Oxytozinauszuschütten. Dieses Hormon hat seine nachgewiesene Wirkung nur im weiblichen Körper, obwohl es auch im männlichen vorkommt. Im weiblichen Organismus wirkt es einerseits an der Gebärmuttermuskulatur (Myometrium) und andererseits auf das Myoepithel (muskelähnlich) der Brustdrüse.

Der nach ca. 280 Schwangerschaftstagen sehr hohe Östrogenspiegel im Blut der Schwangeren sensibilisiert das Myometrium gegenüberOxytozin (Modulatorfunktion). Dadurch kontrahiert es sich unterOxytozinwirkung leicht.

Der durch diese Kontraktion entstehende Druck setzt sich über das Kind auf den Gebärmuttermund (Cervix uteri) fort. Dieser wiederum ist stark von Mechanorezeptoren durchsetzt, die diesen Druck auf nervösem Wege an den Hypothalamus weiterleiten und diesen weiter stimulieren. Der dort angekommene Cervixreiz wird direkt an den Hypophysenhinterlappen weitergegeben, wo er zu weiterer Sekretion vonOxytozinführt. So schaukelt sich diese Reaktion immer weiter auf und das Ergebnis sind Wehen (positive Rückkopplung).

Ca. 12 Stunden nach der Geburt ist die Frau in der Lage zu stillen. Dabei tritt die nächste Wirkung vonOxytozinin Erscheinung. Durch den Saugreiz an der dicht mit Mechanorezeptoren besetzten Brustwarze (Mamille), wird über den bekannten Weg die Ausschüttung vonOxytozin angeregt. Dies bewirkt eine Kontraktion des Myoepithels in der Brustdrüse, so dass die im Drüsengewebe vorliegende Milch ausgepresst und damit das säugende Kind aktiv unterstützt wird.

Dynamik des Plasmaspiegels

Hormone zirkulieren im Blut nur in sehr kleinen Konzentrationen, welche erhebliche Schwankungen zeigen. Diese ändern sich in Zyklen oder Rhythmen, die abhängig sind von der Tages-, Monats- und Jahreszeit sind. Sie werden stoßweise und unregelmäßig ins Blut ausgeschüttet. Dann ändert sich die Hormon-Konzentration. Mit ihrer Ausschüttung aus den Hormondrüsen reagiert der Organismus auf veränderte äußere oder innere Bedingungen. Die Hormon-Konzentrationen sind genau geregelt und dies geschieht durch eine Kontrolle der Hormon-Biosynthese und -Ausschüttung. Hierzu ein Beispiel: Ein hoher Glucose-Spiegel stimuliert die Ausschüttung von Insulin aus den B-Zellen des Pankreas.

Das ausgeschüttete Insulin veranlaßt dann z.B. die Zellen von Muskel- und Fettgewebe, Glucose vermehrt aufzunehmen und zu verbrauchen. Dadurch ällt der Glucose-Spiegel wieder auf seinen Normalwert und eine weitere Ausschüttung von Insulin unterbleibt.

Insulin wirkt sowohl endokrin als auch parakrin. Endokrine Wirkung in Form von Steuerung des Glucose- und Fettstoffwechsels und die parakrine Wirkung dient der Hemmung der Bildung und Ausschüttung von Glucagon aus den benachbarten a- Zellen.

Hormon-Hierarchie

Hormonsysteme sind häufig mit einander verknüpft und bilden in den meisten Fällen eine Hierarchie.

Besonders wichtig ist die Hypophysen-Hypothalamus-Achse, die vom ZNS kontrolliert wird. Auf die stimulierenden oder hemmenden Reize des ZNS reagieren Nervenzellen im Hypothalamus durch Ausschüttung von aktivierenden oder hemmenden Faktoren, die man als Liberine und Statine bezeichnet. Diese Neurohormone erreichen über kurze Blutbahnen die Adenohypophyse und stimulieren oder hemmen dort die Biosynthese und Ausschüttung von Tropinen.

Tropine wiederum stimulieren peripher gelegene Gewebe zur einer Reaktion (z.B. Drüsen zu Biosynthese von Hormonen). Die meisten Hormone wirken auf ihre Zielzellen im Organismus und außerdem noch rückwirkend auf übergeordnete Hormonsysteme. Durch diese, meist negative, Rückkopplung wird die Konzentration der übergeordneten Hormone beeinflußt.

Als wichtigste Vertreter der Hypothalamushormone sind zu nennen: GnRH à Gonadotropin-Releasing-Hormone, CRH à Corticotropinse-Releasing-Hormon, TRH à Tyreotropin-Releasing-Hormon. Der Hypophysenhinterlappen wird nervös über den Hypothalamus gesteuert. Die wichtigsten Hypophysenhinterlappen-Hormone sind ADH à anitdiuretisches Hormon, Oxytozin (s.o.).