Hormonsystem des Menschen - Lehrbuch Biologie

1 LernzieleNach der Bearbeitung des folgenden Kapitels ber die Endokrinologie, dasTe i l g e b i e t d e r B i o m e d i z i n , w e l c h e s s i c h m i t d e r B i l d u n g u n d d e r F u n k t i o n d e rHormone befasst, sollten Sie die Zusammenh nge und Bedeutung der fol-genden Themenbereiche verstanden haben: Unterschied zwischen neuronaler und hormoneller Steuerung. Chemische Struktur und Bildungsort der menschlichen Hormone. Unterschiedliche Wirkungsweisen und Regelkreise der Hormone. Hierarchie der Hormonaussch ttung. St rungen der Hormonaussch ttung und therapeutische Anwendung vonHormonen. Verschiedene Hormondr sen mit ihren Hormonen und deren 7 Hormonsystem des Menschen Springer-Verlag GmbH Deutschland 2018W. Clauss, C. Clauss, Humanbiologie kompakt, Aufgabe der HormoneDie Kommunikation zwischen Zellen und Organen wird neben dem Nervensystemauch durch das Hormonsystemerm glicht. In verschiedenen Organen des K rperswerden Hormone produziert, die als Boten- und Signalstoffe (prim re Messenger) ber das Blut im K rper verteilt werden (endokrine Wirkung).

2 Neben dieser Fern-wirkung k nnen Hormone aber auch eine Nahwirkung durch Diffusion zu benach-barten Zellen entfalten (parakrine Wirkung) oder auch auf die hormonproduzie-renden Zellen selbst wirken (autokrine Wirkung).Im Unterschied zu den schnellen Nervensignalen, die durch die Leitungsbahnenund Synapsen gezielt nur auf bestimmte Zellen wirken, werden Hormone ber dasBlut gleichm ig im K rper verteilt und k nnen so potenziell auf alle Zellen Zellspezifit t wird durch spezifische Rezeptorenauf den Zielzellen erreicht. ImVe r g l e i c h z u m N e r v e n s y s t e m a r b e i t e t d a s H o r m o n s y s t e mau erdem langsam, die Wirkung von Hormonen kannsich von Minuten ber Stunden bis zu Monaten erstre-cken. Einige Hormone werden gleichzeitig auch als Trans-mitter im Nervensystem eingesetzt wie Serotonin oderNoradrenalin. Auch Nervenzellen k nnen Hormone,sogenannte Neurohormone,produzieren,wie das antidi-uretische Hormon (ADH).

3 Einteilung und Funktion der HormoneHormone werden nach ihrer chemischen Struktur, ihrem Bildungsort oder ihremWirkungsmechanismus Struktur der HormoneHormone lassen sich entsprechend der Ausgangsstoffe ihrer Synthese in vier Gruppeneinteilen (!Ta b . 7 . 1 ) . D i e f e t t l s l i c h e n Steroidhormone(Steroide) werden aus Cho-lesterin synthetisiert. Zu ihnen geh ren neben den Corticosteroiden aus der Neben-niere auch die Sexualhormone aus den weiblichen und m nnlichen aus langen Aminos ureketten und sind meistwasserl slich. Sie stellen eine gro e Hormongruppe dar und werden in verschiedenenOrganen gebildet. Zu den Aminos urederivatengeh ren die Schilddr senhormoneund die Catecholamine aus der urederivatesind Hormone,die berall im K rper vorkommen und gebildet unterschiedlichen biochemischen Eigenschaftenbestimmen auch die Art der therapeutischen Steroidhormone und Aminos urederivate nichtvon der Magens ure abgebaut werden, k nnen sie oral inTa b l e t t e n f o r m v e r a b r e i c h t w e r d e n.

4 D i e s i s t b e i Pe p t i d h o r -7. Hormonsystem des Menschen186 Im Gegensatz zu den schnellen, ber spe-zielle Leitungsbahnen weitergeleiteten Ner-vensignalen wirken Hormone langsam undwerden ber das Blut im ganzen K rperverteilt. Ihre gezielte gewebespezifischeWirkung entfalten sie ber spezifische zel-lul re Rezeptoren auf den Zielzellen. Hormone werden nach ihrer chemischenStruktur, ihrem Bildungsort oder ihremWirkungsmechanismus wie Insulin nicht m glich. Sie werden deshalb parenteral, also durch Injek-tion, der HormoneAls glandul re Hormonebezeichnet man Dr senhormone,die von speziellen endo-krinen Dr sengebildet werden. Die Zellen dieser Dr sen produzieren Hormone, diedurch Exocytose in das Interstitium gelangen und von dort in die zeigt die klassischen endokrinen Dr sen des Menschen . Au erdemwerden Hormone in vielen anderen nicht unbedingt endokrin spezialisierten Gewe-ben gebildet. Zu diesen sogenannten Gewebshormonengeh ren die Prostaglandineund Cytokine aber auch das in der Lunge gebildete Erythropoetin.

5 Auch die hor-monbildenden Gewebe wie Herzvorh fe, Lunge, Plazenta und Leber sind in Abbil-dung n s p o r t v o n H o r m o n e n i m B l u t Die meisten Hormone sind w hrend des Transports im Blut an spezielle Tr a n s p o r t -proteinegebunden. Dies gilt f r alle fettl slichen und die meisten der wasserl slichenHormone. So ist Cortison an das Transportprotein Tr a n s c o r t i nund die Schilddr -senhormone an das thyroxinbindende Globulingebunden. Die Dauer der Bindungzwischen Hormon und Transportprotein wird von einer klassischen Bindungskinetikbestimmt und f hrt zu einer f r jeden Hormontyp charakteristischen HalbwertszeitEinteilung und Funktion der Hormone187Ta b e l l e 7 . 1 Einteilung der Hormone nach ihrer chemischen , CorticosteronNebennierenrindeTestosteron Hoden strogene, ProgesteronEierst ckePeptidhormoneOxytocin, antidiuretisches HormonHypothalamusReleasing- oder Inhibiting-Hormon(RH bzw. IH)InsulinBauchspeicheldr seWachstumshormon, Prolaktin, TSH, ACTH, FSH, LHHypophysenvorderlappenCalcitoninSchild dr seParathormon (PTH)Nebenschilddr seAminos urederivateThyroxin und TriiodthyroninSchilddr seAdrenalin, Noradrenalin (auch alsCatecholamine bezeichnet)NebennierenmarkArachidons urederivateProstaglandine, Thromboxan berall im K rperim Blut.

6 Diese betr gt z. B. f r Corticotropin (ACTH) nur 10 Minuten, f r Thyroxindagegen etwa 7 Tage. In dieser Zeit k nnen die Hormone das Blut in der Peripherienicht verlassen und zirkulieren im Kreislauf. Die Bandbreite der Halbwertszeiten vonMinuten ber Stunden bis zu mehreren Tagen ist gro und spiegelt sich in derAnsprechzeit der Zielgewebe, d. h. der Zeit, die vergeht, bis die Hormonwirkung ein-setzt, der HormoneJede Zielzelle muss spezifische Hormonrezeptorenbesitzen, um auf ein Hormonsig-nal reagieren zu k nnen. Diese Rezeptoren k nnen in der Zellmembran oder auch imZellinneren lokalisiert sein und l sen ber intrazellul re Signalwege spezifische Zell-antworten Eine Zelle kann f r ein spezielles Hormon verschiedene Rezeptortypen tragen, sodassein Hormon unterschiedliche, oft gegens tzliche Zellantworten ausl sen kann. Sokann Adrenalin ber -Rezeptoren auf Endothelzelleneine Gef verengung, ber -Rezeptoren aber eine Gef -erweiterung ausl sen.

7 Jede Zelle kann aber g nzlich unter-schiedliche Hormonrezeptoren besitzen und Ziel gleich-zeitig wirkender Hormone sein. Hormonrezeptorenk nnen in der Zellmembran oder auch intrazellul r loka-lisiert Hormonsystem des Menschen188endokrineGewebeZNSH ypothalamusEpiphyse derSchilddr seThymusHerzvorh feLungenepithelLeberNiereMagen-Darm-Trak tPlazenta in derSchwanger-schaftendokrineDr senHypophyseSchilddr seNeben-schilddr seNebennierePankreasEierst der Hormonpro-duktion im menschlichen Orga-nismus. Die glandotropen Hor-mone werden in den endokrinenDr sen gebildet (linke Seite), w h-rend die Gewebshormone in denunterschiedlichsten K rpergewe-ben produziert werden (rechteSeite). Die Plazenta kann fast alleK rperhormone bilden und nimmtbesonders w hrend der Schwan-gerschaft eine besondere Rolleein, da sie dann zus tzliche Hor-mone produziert. (Ver ndert nachHuch und J rgens 2007.) Hormonrezeptoren unterteilen sich in ver-schiedene Rezeptortypen und Zelle kann viele unterschiedlicheRezeptortypen besitzen und so auf ver-schiedene Hormone gleichzeitig und unter-schiedlich in der ZellmembranWa s s e r l s l i c h e H o r m o n e w i e Peptidhormoneoder Aminos urederivatek nnenaufgrund ihrer chemischen Eigenschaften nicht in die Zelle eindringen und ben ti-gen deshalb extrazellul re Rezeptorenin der Zellmembran.

8 Die Hormone (prim reMessenger) binden von au en an diese Rezeptoren, die daraufhin ihre Struktur ndern und in der Zelle eine Signalkette aktivieren, die durch zellul re Signalmole-k le (Second Messenger) weitergeleitet wird. Es gibt verschiedene intrazellul re Sig-nalwege. Der am weitesten verbreitete, der cAMP-Signalweg,ist in Abbildung ber ihn verl uft z. B. die vom antidiuretischen Hormon (ADH) ausgehendeSignal bertragung. ADH bindet an einen extrazellul ren Rezeptor (V2-Rezeptor), deraktiviert wird und das Signal ber hemmende oder stimulierende Proteine (G-Pro-teine) zu einem membranst ndigen Enzym, die Adenylatcyclase (AC), Enzym wandelt ATP in cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat) um, dasals Second Messengerin der Zelle wirkt und ber Proteinkinase A ein re HormonrezeptorenLipidl sliche Hormone wie die Steroidhormoneoder auch die Schilddr senhor-monek nnen durch die Zellmembran in das Cytosol diffundieren. Dort befindensich die Rezeptoren f r die Steroidhormone, w hrend die Rezeptoren f r die Schild-dr senhormone im Zellkern lokalisiert sind.

9 Auch die cytosolischen Steroidrezepto-ren werden nach Bindung der Steroidhormone in den Zellkern gebracht. Dort bindendie aktivierten Hormon/Rezeptor-Komplexe an die DNA und aktivieren spezielleGene, woraufhin spezielle hormoninduzierte Proteine synthetisiert werden. Im FalleEinteilung und Funktion der Hormone189 Adenylat-cyclasestimulierendesG-ProteinP roteinkinase APhosphorylierungcAMPR ezeptorinhibitorischesG-ProteinGi+_ACATP GsHormon= SecondMessenger= prim rer einer rezeptor-vermittelten Hormonantwort. cAMP, zyklisches Adenosinmono-phosphat; ATP, Mineralocorticoids Aldosteronspricht man z. B. von aldosteroninduzierten Pro-teinen (AIPs).RegelkreiseDie Aussch ttung der Hormone aus ihren Produktionsst tten wird durch einen odermehrere Regelkreise R ckkopplungBei der negativen R ckkopplung handelt es sich um eine Signalverarbeitung, bei derdie Hormone ihre eigene Aussch ttung negativ regulieren. Dies kann durch direkteWirkung auf die hormonproduzierenden Zellen geschehen oder ber Faktoren, dieihrerseits die Hormonaussch ttung regulieren.

10 Abbildung zeigt dies am Beispieleines einfachen die Glucosekonzentration im Blut nach einerMahlzeit an, sch tten die Langerhans-Zellen in der Bauchspeicheldr se (Pankreas)Insulin aus. Das Insulin wirkt auf alle K rperzellen, f hrt zu einer Glucoseaufnahmeund senkt dadurch den Glucosespiegel im Blut. Infolgedessen wird weniger Insulinausgesch ttet bis der Blutzuckerspiegel durch eine erneute Nahrungsaufnahme oderandere regulative Einfl sse wieder ansteigt. Ein hormoneller Regelkreis reagiert alsoin zwei diesem Beispiel f hrt ein Anstieg der extrazellul ren gluco -sekonzentration zu einer Zunahme der Insulinaussch ttung, nimmt die extrazellul reGlucosekonzentration jedoch ab, wird auch die Insulinaussch ttung der EmpfindlichkeitHormonelle Regelkreise k nnen neben ihrer eigenen Autoregulation aber auch nochdurch andere Einfl sse modifiziert werden. So kann die Empfindlichkeit der endo-krinen Dr sen durch andere Hormone beeinflusst werden.