Übung » HAM-Nat Biologie

:

Das endokrine System

 

1.     Einleitung

2.     Hormone

3.     Steuerung der Hormonsekretion

4.     Hormone des Pankreas

5.     Kontrollfragen

 

1. Einleitung

Zum endokrinen System werden alle Organe und Zellsysteme gezählt, die Hormone produzieren und diese entweder über den Blut- oder Lymphweg an entfernte Zielzellen senden, oder sie direkt an die Interzellularflüssigkeit abgeben, wenn die Effektorzellen direkt umliegend sind (parakrine Sekretion). Außerdem können Hormone auch direkt auf die Zelle ihrer eigenen Produktion wirken (autokrine Sekretion).

Das endokrine System ist vom exokrinen System zu unterscheiden, wobei die Drüsen des exokrinen Systems (Speicheldrüsen, Schweißdrüsen) ihr Sekret direkt oder über Ausführungsgänge an innere oder äußere Körperoberflächen abgeben.

Die Funktion des endokrinen Systems ist eng mit der des vegetativen Nervensystems und des Immunsystems verknüpft. Es koordiniert Funktionen von zum Teil weit entfernten Organen. Der wichtige Unterschied in der Wirkung, verglichen mit dem vegetativen Nervensystem ist, dass seine Wirkung zwar deutlich langsamer, dafür aber langfristiger ist. Das endokrine System spielt eine wichtige Rolle für Reproduktion und Wachstum sowie für die Homöostase lebenswichtiger Stoffwechselprozesse.

All diese Systeme haben das Ziel, den Körper an wechselnde Umweltbelastungen anzupassen. 

2. Hormone

Hormone sind chemische Botenstoffe unterschiedlicher Stoffklassen (wie z.B. Proteine, Peptide, Steroide), die oft in sehr kleinen Mengen auf die Stoffwechselprozesse der Zielzellen wirken. Hormone werden über Blut und Lymphe im ganzen Körper verteilt, wobei sie nur an ihren jeweiligen Zielzellen wirken. Dies geschieht über spezifische Rezeptoren, welche sich entweder auf der Plasmamembran oder direkt im Zytoplasma der Zellen befinden. Prinzipiell unterscheiden kann man die lipophilen von den hydrophilen Hormonen. Generell kann man sagen, dass lipophile Hormone meist über zytoplasmatische Rezeptoren wirken und hydrophile über Zellmembranrezeptoren.

Hydrophile Hormone benötigen deswegen zur Signalübertragung so genannte "second messenger" welche das Signal von den membranständigen Rezeptoren in die Zelle an den Effektor-Ort weiterleiten. Sie beeinflussen meist bestimmte Stoffwechselwege in der Zelle.

Lipophile Hormone können aufgrund der Lipophilie durch die Zellmembran durchtreten und gelangen so direkt an den Ort ihres Effekts im Zytoplasma oder sogar Zellkern. Der Rezeptor/Hormon-Komplex wandert schließlich immer in den Zellkern und regt auf diese Weise die Bildung von spezifischer mRNA an. Lipophile haben somit direkten Einfluss auf Zellwachstum und -vermehrung. 

Übersicht über die wichtigsten Hormone und ihre Bildungsorte

Hauptbildungsorte

Hormone

hydrophil / lipophil

Adenohypophyse (Hypophysenvorderlappen)

ACTH (adrenokortikotropes Hormon)

hydrophil

TSH (thyroideastimulierendes Horomon)

hydrophil

FSH (follikelstimulierendes Hormon)

hydrophil

LH (luteinisierendes Hormon)

hydrophil

STH (somatotropes Hormon, GH = growth hormone)

hydrophil

β-MSH (melanozytenstimulierendes Hormon)

hydrophil

PRL (Prolaktin)

hydrophil

Neurohypophyse (Hypophysenhinterlappen), Hormone werden eigentlich im Hypothalamus gebildet

ADH (Anti diuretisches Hormon, Vasopressin)

hydrophil

Oxytocin

hydrophil

Epiphyse (Corpus pineale, Epiphyse

Melatonin

hydrophil

Glandula thyreoidea (Schilddrüse)

Thyroxin und Trijodthyronin

lipophil

C-Zellen der Schilddrüse

Calcitonin

hydrophil

Glandulae parathyroideae (Nebenschilddrüsen)

Parathormon

hydrophil

Glandulae suprarenales (Nebennieren)

Mineralo- und Glucocortikoide

lipophil

Androgene

lipophil

Adrenalin

hydrophil

Langerhan'sche Inseln des Pankreas

Insulin, Glukagon und Somatostatin

hydrophil

Ovar

Östrogene und Gestagene (auch in geringer Menge Androgene)

lipophil

Testis

Androgene

lipophil

Plazenta

Choriongonadotropin, Progesteron

hydrophil, lipophil

Hormone der Hypophyse
Abb. 1: Die Hypophyse und ihre Effektororgane

Außerdem gibt es noch hormonproduzierende Einzelzellen und hormonähnliche Substanzen, zB Gewebshormone:

Hauptbildungsorte

Hormone/ hormonähnliche Substanzen

hydrophil / lipophil

Hypothalamus

Liberine und Statine (Releasing Factors)

hydrophil

Herzvorhöfe

atriales natriuretisches Peptid

hydrophil

Niere

Erythropoetin (EPO), Renin

hydrophil

Leber

Angiotensinogen, Somatomedine

hydrophil

Immunorgane

Thymushormone, Zytokine, Lymphokine

hydrophil

Gewebshormone

Eikosanoide, Prostaglandine, Histamin, Bradykinin

hydrophil

3. Steuerung der Hormonsekretion

Teilweise müssen die Hormone im Blut in gleichbleibenden Spiegeln vorliegen, um diese aufrechtzuerhalten gibt es komplizierte Rückkopplungsmechanismen.

Der Anstoß zur Hormonausschüttung aus endokrinen Drüsen geht meist vom ZNS aus. Die hierfür entscheidende ZNS Region ist der Hypothalamus. Er steht mit der Hypophyse in einer engen Funktionsgemeinschaft und ist so zusagen die "oberste hormonelle Steuerungsstelle" im Körper. 

Hormonelle Regelkreise

Im folgenden Abschnitt wollen wir einige weitere wichtige hormonelle Regelkreise kurz besprechen.

Hypothalamus-Hypophysen-Rückkopplungssystem

Das Hypothalamus-Hypophysen-Rückkopplungssystem steuert die Hormonproduktion der peripheren endokrinen Drüsen. Der Hypothalamus ist über zahlreiche Nervenbahnen und ein Pfortadersystem mit der Hypophyse verbunden. Der Hypothalamus gibt in das Pfortadersystem zum Hypophysenvorderlappen so genannte Liberine (englisch: Releasing Factors) und Statine ab, welche die hormonelle Sekretion der Hypophyse steuern. Je nach der Konzentration der Hypophysenhormone im Blut, werden vermehrt oder vermindert Liberine freigesetzt. Beispiel: hoher Plasmaspiegel von TSH inhibiert (=hemmt) die Freisetzung von TRH (Thyreoidea Releasing Hormone). Dies bezeichnet man als negative Rückkopplung oder negatives Feedback.

Die Hormone der Adenohypophyse wirken entweder direkt am Erfolgsorgan (nichtglandotrope Hormone) oder über periphere endokrine Drüsen (glandotrope Hormone).

Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenachse

Die Nebennierenrinde wird durch ACTH aus der Hypophyse stimuliert, welches wiederum durch CRH aus dem Hypothalamus stimuliert wird. Diese Hormone werden durch das in der Nebennierenrinde gebildete Cortisol gehemmt. Cortisol wird vom Körper in Stresssituationen gebildet und benötigt, es hat vielfaltige Effekte auf den Körper.

Hypothalamus-Hypophysen-Schilddrüsenachse

Die Schilddrüsenhorme T3 und T4 werden bei Stimulation der Schilddrüse durch das in der Hypophyse gebildete TSH sezerniert. Dieses wiederum wird bei Stimulation durch das Hypothalamus Hormon TRH sezerniert; wobei das sezernierte Hormon jeweils das Hormon hemmt, welches zu seiner Ausschüttung geführt hat. Beispiel: ein hoher TSH Spiegel hemmt die Freisetzung von TRH. auch hier erkennt man wieder schön das hormonelle Rückkopplungssystem des Körpers.

Hypothalamus-Hypophysen-Gonadenachse

Wie bei den bereits vorgestellten Regelkreisen existiert ein ähnliches System bei den Geschlechtshormonen. Die Ausschüttung von GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone) bewirkt die Ausschüttung von FSH und LH, welche wiederum die Ausschüttung der eigentlichen Geschlechtshormone stimulieren. Beim Menschen finden wir drei verschiedene Gruppen von Geschlechtshormonen: die Östrogene, die Gestagene und die Androgene
Es werden mehr Östrogene im weiblichen Körper gebildet, im männlichen überwiegen die Androgene. Die Gestagene dienen der Schwangerschaftsvorbereitung und sind für die Aufrechterhaltung der Schwangerschaft zuständig. Der weibliche Zyklus wird an anderer Stelle genauer beschrieben. 

4. Hormone des Pankreas

In der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) finden wir inselartig verteilt die sogenannten Langerhans’schen Inseln. Diese Bestehen aus verschiedenen Zellen, die Alphazellen produzieren das Hormon Glucagon und die Betazellen das Hormon Insulin. Beide Hormone spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Blutzuckerspiegels bzw. Energiehaushalts des Körpers.
Insulin bewirkt die Aufnahme von Glucose in die Zelle, zusätzlich fördert es die Glucosespeicherung in der der Leber und den Muskeln, also den Glykogenaufbau aus Glucose. Außerdem wirkt es über insulin-like-growfactors (IGF), also Wachstumsfaktoren, anregend auf Zellteilung und Wachstum von Geweben. Insulin ist ein hydrophiles Hormon und wirkt somit über einen membranständigen Rezeptor.

Blutzuckerregulierung

Glucose ist ein wichtiger Energielieferant für den Körper. Der Blutzuckerspiegel muss in einem engen Rahmen reguliert werden, dies geschieht über die Hormone Insulin und Glucagon, der Sollwert liegt bei etwa 90 mg Glucose / 100 ml Blut.
Wenn der Blutzuckerspiegel über diesen Wert steigt, wird Insulin ausgeschüttet, was die Aufnahme von Glucose in die Zellen bewirkt und in Muskeln und Leber die Bildung von Glykogen stimuliert.
Sinkt der Blutzuckerspiegel unter diesen Wert, beispielsweise durch hohe körperliche Anstrengung oder im Hungerzustand, dann wird Glucagon ausgeschüttet und es geschieht das Gegenteil. Also der Abbau von Glykogen (=Glykogenolyse) und eine Neusynthese von Glucose in der Leber.
Bei Erreichen des Blutzuckersollwertes endet die Ausschüttung von Insulin bzw. Glucagon.
Eine Fehlfunktion der Blutzuckerregulierung, das heißt einen permanent zu hohen Blutzuckerspiegel, bezeichnen wir als Diabetes Mellitus. Hier kommt es entweder zu einer Autoantikörperbildung gegen Betazellen (=Autoimmunerkrankung) und letztendlich zu deren Zerstörung, dies bezeichnet man als Diabetes Mellitus Typ I. Oder es kommt zu einer Störung in der Signalkette und Insulinrezeptoren und in weiterer Folge zu einem dauerhaft zu hohen Blutzuckerspiegel, was die Betazellen zu einer andauernden Ausschüttung von Insulin stimuliert. Daraufhin gehen diese immer mehr kaputt und die Insulinausschüttung sinkt sukzessive, dies bezeichnet man als Diabetes Mellitus Typ II. 


Kontrollfragen:


1

Hypophysen Hormone:

1.    stimulieren periphere endokrine Drüsen zur Hormonproduktion
2.    hemmen periphere endokrine Drüsen
3.    hemmen die Freisetzung von Hypothalamus Hormonen (negatives Feedback)
4.    können direkt am Erfolgsorgan wirken
5.    sind hydrophil

Hypophysen Hormone stimulieren periphere endokrine Drüsen und regen diese zur Hormonproduktion an. Typische periphere Drüsen (Erfolgsorgane) sind z.B. die Schülddrüse oder die Nebenniere. Hemmend wirken die Hypophysen Hormone nur auf den Hypothalamus (negatives Feedback). Außerdem sind die Hormone der Hypophyse (sowohl des Vorder- als auch des Hinterlappens) hydrophil, das heißt sie sind gut in Wasser löslich.

2

Wie können sezernierte Hormone wirken?

Hormone wirken endokrin: sie werden von ihrer Drüse über den Blut- oder Lymphweg an entfernte Zielzellen gesendet. Parakrine Sekretion bedeutet, dass die Hormone direkt an die Interzellularflüssigkeit abgeben werden (die Effektorzellen sind direkt umliegend). Und autokrin wirken sie, wenn sie direkt auf die Zelle ihrer eigenen Produktion wirken. 

3

Hormone der Adenohypohyse:

Die Hormone der Neurohypophyse werden im Hypothalamus gebildet, die Adenohypophyse bildet ihre Hormone selbst. Sie sind ausschließlich hydrophil, also gut in Wasser löslich und wirken nicht nur im ZNS sondern haben Einfluss auf periphere Drüsen, wie z.B. die Nebenniere.

4

Welche Aussagen zum endokrinen System treffen zu?

1.    Der Wirkungseintritt ist in der Regel langsamer als der des vegetativen Nervensystems.
2.    Der Wirkungseintritt ist in der Regel schneller als der des vegetativen Nervensystems.
3.    Die Wirkung ist in der Regel kürzer als die des vegetativen Nervensystems.
4.    Die Wirkung ist in der Regel langfristiger als die des vegetativen Nervensystems.
5.    Es spielt eine wichtige Rolle für Wachstum und Reproduktion.

Verglichen mit dem vegetativen Nervensystem ist die Wirkung des endokrinen Systems deutlich langsamer. Hier muss der "Wirkstoff" (das Hormon) über das Blut zum Erfolgsorgan transportiert werden, was mehr Zeit in Anspruch nimmt, als eine neuronale Signalübertragung. Dafür führen Hormone aber zu einer langfristigen Veränderung des Stoffwechsels und spielen eine wichtige Rolle bei Wachstum und Reproduktion ( z.B. Auswirkungen auf Gonaden).

5

Hormone der Neurohypophyse:

Die Hormone werden im Hypothalamus produziert und dann axonal in den Hinterlappen der Hypophyse transportiert. Anschließend werden sie von dort in die Blutbahn abgegeben und wirken so auf Erfolgsorgane in der Peripherie (z.B. Niere). Die Hormone der Neurohypophyse sind hydrophil, so wie auch die Hormone der Adenohypophyse.

6

Woher kommt meist der Anstoß zur Hormonausschüttung von peripheren endokrinen Drüsen?

Der Anstoß zur Hormonausschüttung aus endokrinen Drüsen geht meist vom ZNS aus. Die hierfür entscheidende ZNS Region ist der Hypothalamus. Er steht mit der Hypophyse in einer engen Funktionsgemeinschaft und ist so zusagen die "oberste hormonelle Steuerungsstelle" im Körper. 

7

Welche Hormone werden von den Langerhans'schen Inseln des Pankreas produziert?

1.    Aldosteron
2.    Insulin
3.    Somatoliberin
4.    Somatostatin
5.    Glukagon

 

Die Langerhans'schen Inseln des Pankreas bestehen aus verschiedenen Zellen. Die Alphazellen produzieren das Hormon Glucagon, welches den Blutzuckerspiegel steigert, indem in der Leber Glykogen abgebaut wird. In den Betazellen wird das Hormon Insulin produziert, welches die Aufnahme von Glucose in die Zelle fördert. Beide Hormone spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Blutzuckerspiegels bzw. Energiehaushalts des Körpers. Somatostatin wird primär vom Hypothalamus produziert, aber auch von den D-Zellen des Pankreas (während der Verdauung).