B2: KV1 Endokrine Regulation
- Einführung - Klassifikation von Hormonen - Hypothalamus-Hypophysen-Achse - Rezeptoren - Wachstumshormon
- Einführung - Klassifikation von Hormonen - Hypothalamus-Hypophysen-Achse - Rezeptoren - Wachstumshormon
Welche Bedeutung haben GH und IGF-1 während den Entwicklungstadien des Körpers?
- vor der Geburt: IGF-2
- frühes Kinderstadium: es findet ein starkes Wachstum statt, welches nicht mit IGF-1 korreliert
- während der Pubertät: Spitze des Wachstums korreliert mit dem IGF-1-Gipfel, GH-Spiegel ebenfalls hoch
- Nach der Pubertät: kein Längenwachstum mehr. GH und IGF-1 sind weiterhin wichtige Regulatoren des Körpers (Muskelaufbau, Fettabbau)
- Vor und nach der Pubertät korreliert der Plasmaspiegel von IGF-2 nicht mehr mit den Wachstumsraten.
Regulationsmechanismen der GH-Ausschüttung
- GHRH = releasing hormon
- Somatostatin = growth hormon inhibiting hormon
- IGF-1
- GH
- energieverbrauchende Prozesse
Wie reguliert GHRH die Ausschüttung von GH?
GHRH (im Hypothalamus produziert) bewirkt eine Ausschüttung von GH (wirkt auf Hypophysenvorderlappen).
Wie regulieren energieverbrauchende Prozesse (körperliche Tätigkeit, psychischer Stress, Hungern) sich auf die GH-Ausschüttung aus?
Die Sekretion von GH wird stimuliert.
Was bewirkt Somatostatin bei der GH-Sekretion?
GH wird negativ durch Somatostatin (= Growth hormon inhibitin Hormon) reguliert, welches vom Hypothalamus (periventrikuläre Region, 14 AS) gebildet wird.Somatostatin bindet an den GPCR auf somatotropen Zellen und aktiviert die G alpha inhibierende Untereinheit, welche die Adenylatzyklase hemmt. Der Calcium-Spiegel nimmt ab. GH wird nicht oder vermindert ausgeschüttet.
Wie wirkt sich IGF-1 auf die GH-Sezernierung aus?
1. IGF-1 hemmt (indirekt) die GHRH-Sezernierung im Hypothalamus.
2. IGH-1 hemmt die Ausschüttung von GH indirekt durch Stimulierung der Sekretion von Somatostatin in den Kernen der periventrikulären Region.
3. IGF-1 hemmt direkt die Ausschüttung von GH in somatotropen Zellen des Hypophysenvorderlappens (vermutlich via IGF-Tyrosin-Kinase-Rezeptor).
Wie reguliert GH seine eigene Ausschüttung?
GH hemmt seine eigene Sezernierung in den somatotropen Zellen = short loop feedback
Wann kommt es zum Zwergwuchs?
- Defizit von GH während der Wachstusmsphase
Wann kommt es zu Akromegalie (Riesenwuchs der Körperendteile; Hände, Füsse, Gesicht)?
- Überproduktion von GH nach der Pubertät
Wozu führt ein Defizit an GH nach der Pubertät?
Keine wichtigen Konsequenzen.
Weshalb entsteht Akromegalie? Wie ist es gekennzeichnet?
Überproduktion von GH nach der Pubertät. = übermässiges Wachstum an den noch nicht verknöcherten Zonen und Weichteilen (Nase, Kinn, Finger, Schädelknochen, Zunge). Wachstum von Knochen, Haut, Muskeln, Herz, Leber und GIT. Dabei kommt es aber nicht zu einem Längenwachstum der Knochen, da die Epiphysenfugen bereits geschlossen sind (= Ende Pubertät). Deshalb leiden Patienten mit Akromegalie unter einer Verdickung von Knochen und Weichteilen von Kopf, Händen, Füssen und andere Körperteile. Wenn keine Behandlung stattfindet, kommt es zum Tod durch Gelenkdeformitäten, Bluthochdruck, pulmonale Insuffizienz und Herzversagen.
Welchen Hormonen ist das Wachstumshormon homolog?
- Prolaktin
- Plazentolaktogene (hCS1 und 2)
- placent-variant GH (pvGH)
Insulin kann an IGF-1-Rezeptor binden und umgekehrt. Weshalb sind diese Bindungen physiologisch nicht relevant?
Weil die Affinitäten viel zu niedrig sind.
Aufbau des IGF-1-Rezeptors
IGF-1-R. hat 2 extrazelluläre alpha-Ketten und 2 transmembrane beta-Ketten. Die beta-Ketten enthalten eine intrinsische Tyrosin-Kinase-Aktivität.
Die Bindung von IGF-1 an den Rezeptor führt zur Autophosphorylierung des Rezeptors.
Welche Hormone (neben GH) beeinflussen das Wachstum?
- Schilddrüsenhormone
- Sexualhormone (Androgen, Östrogen, Testosteron)
- Glukokortikoide
- Insulin
Wie wirken sich die Schilddrüsenhormone auf das Wachstum aus?
Ein Defizit an Schilddrüsenhormonen (in frühen Lebensphasen) kann zu Zwergwuchs und Kretinismus führen. Hypothyroidismus vor Verschluss der Epiphysenfugen führt zu einer Verlangsamung oder einem Anhalten des Wachstums. Schilddrüsenhormone sind auch wichtig für die geistige Entwicklung.
Wie wirken sich Sexualhormone auf das Wachstum aus?
Zuviel Androgen und Östrogen vor der pubertären Wachstumsphase beschleunigt das Knochenwachstum. Bei Knaben und Mädchen sind es die Östrogene, die die Epiphysenfuge schliessen. Bei Knaben ist es das Östrogen E2, welches aus Testosteron aromatisiert wird.
Wie wirken sich Glukokortikoide auf das Wachstum aus?
Ein Überschuss an Glukokortikoiden hemmt das Wachstum.
Wie wirkt sich Insulin auf das Wachstum aus?
Insulin ist ein wichtiger Wachstumsfaktor im Uterus. Bei schwangeren Frauen mit Diabetes ist der Embryo erhöhten Zuckerkonzentrationen ausgesetzt. Der Embryo sezerniert Insulin. Der fötale Hyperinsulinismus wirkt wachstumsfördernd und bewirkt eine vermehrte Fett- und Glykogeneinlagerung in die Gewebe, was weiter zu erhöhtem fötalen Wachstum (high birth weight babys; fetale Makrosomie) und zu einer funktionellen Unreife fetaler Organe führt (Surfactant-Mangel mit Atemnotsyndrom bei Geburt).
Welche Kommunikationsnetzwerke braucht es zur Integration der Leistungen der Organe?
- Nervensystem
- Endokrines System
- Immunsystem
Wie werden die meisten Organe gesteuert?
vegetativ-neuronal und hormonell = neuroendokrines System
Nervensystem
- Strukturen
- Dauer der Übertragung
- Konzentrationsmenge
- Axone & Dendriten
- schnell & präzise
- hohe Konzentrationen, da lokal abgezielt
Endokrines System
- Stukturen/Moleküle
- Dauer der Übertragung
- Konzentrationsmenge
- Hormone = chemische Signalmoleküle
- langsam
- niedrige Konzentrationen, da im Blut verteilt
Eigenschaften der Hormone
- hohe Präzision und Empfindlichkeit (niedrige Konzentrationen; nM-pM-Bereich)
- Wirkung mittels Signaltransduktion
- ein Hormon kann verschiedene Effekte haben
Hormone haben unterschiedliche Wirkungsgeschwindigkeiten. Bsp.
- Innerhalb von Sekunden
- Adrenalin (erhöhte Herzfrequenz)
- Glukagon (Glykogen-Abbau in der Leber)
- nach Stunden oder Tagen
- Aldosteron (Stimulation der Salzretention in der Niere)
- Wachstumshormon (Stimulation der Proteinsynthese)
Wie können die Hormone chemisch eingeteilt werden?
- Peptidhormone
- Aminosäurehormone
- Steroidhormone
Welche Hormone zählen zu den Peptidhormonen?
- ACTH = Adrenocorticotropes Hormon
- ANP = atriales natriuretisches Peptid
- AVP = Arginin Vasopressin = ADH
- Calcitonin
- CCK = Cholezystokinin
- CRH = corticotropin releasing hormon
- FSH = Follikel stimulierendes Hormon
- Glukagon
- GnRH = Gonadotropin releasing hormon
- GH = Growth hormon
- GHRH = Growth hormon releasing hormon
- Inhibin
- Insulin
- IGF-1/2 = Insulin like growth factor
- LH = Luteinisierendes Hormon
- OT = Oxytocin
- PTH = Parathormon
- PRL = Prolaktin
- Sekretin
- Somatostatin
- TSH = Thyroidea stimulierendes Hormon
- THR = Thyrotropin releasing hormon
- VIP = vasoaktives intestinales Peptid
Welche Hormone zählen zu den Aminosäurenhormone?
- Dopamin
- Adrenalin
- Noradrenalin
- Serotonin
- Tetraiodthyronin (T4)
- Triiodthyronin (T3)
Welche Vorstufe haben die Aminosäurenhormone?
- Tryptophan/Tyrosin
Welche Hormone zählen zu den Steroidhormonen?
- Aldosteron
- Cortisol
- Östradiol
- Progesteron
- Testosteron
Aus welcher Vorstufe werden die Steroidhormone hergestellt?
- Aus Cholesterin.
Wie liegen die Hormone im Blut vor?
- in freier Form: akut (schnell) wirkende Hormone
- Katecholamine (Adrenalin)
- viele Peptidhormone
- gebunden an Binding Proteine: Vorratsreservoir im Blut minimalisiert Fluktuationen, verlängert Halbwertszeit
- einige AS-Hormone wie T3, T4
- Steroidhormone
- einige Peptidhormone wie IGF-1/2, GH
Beispiele für die komplementären Funktionen von Hormonen
- Adrenalin, Cortisol & Glukagon: akute Anstrengung = erhöhte Herzfrequenz
- GH, IGF-1, Thyroidhormone, Sexsteroidhormone: normales Wachstum
Welche Hormone haben antagonistische Wirkungen?
- Insulin: senkt den Blutzuckerspiegel
- Glukagon: erhöht den Blutzuckerspiegel
Welche Arten von Signalübertragung (bei Hormonen) gibt es?
- endokrin: Hormon gelangt via Blutbahn an den Ort der Bestimmung, klassischer Mechanismus
- parakrin: Hormon kann via Diffusion die Nachbarzelle erreichen
- autokrin: Produktionsort = Wirkungsort
Parathormon
- Hormonklasse?
- Produktionsort
- Funktionsweise
- Wirkungen
- Aminosäurenhormon (84 AS)
- Epithelkörperchen der Nebenschilddrüse
- Die PTH-Sekretionsrate wird in Abhängigkeit von der Plasma-Calcium-Konzentration (ionisierte Fraktion) reziprok reguliert. Für diesen Regulationsmechanismus ist der Calcium sensing receptor (in Nebenschilddrüse) verantwortlich. Es ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, der bei Aktivierung durch den Liganden (hohe Ca-Konzentration) den Inositolphosphatweg in Gang setzt, was die Sekretion von Parathormon senkt.
- Wirkungen:
- Darm: TRPV6 - erhöhte Ca-Aufnahme aus der Nahrung
- Niere: TRPV5 - erhöhte Ca-Retention
- Knochen: Osteoklasten - erhöhter Abbau
Welche endokrine Folgen hat Stress (Infektion, Blutverlust, Hypoglykämie)?
- Cortex cerebri meldet Stress an Hypothalamus.
- Hypothalamus schüttet Corticotropin-releasing Hormon CRH aus.
- CRH wirkt auf die Adenohypophyse. Sie produziert Adrenocorticotropes Hormon ACTH.
- ACTH wirkt auf die Nebennierenrinde. Sie produziert Cortisol.
- Cortisol wirkt auf die Zielorgane und via negatives Feedback auf die CRH-Ausschüttung des Hypothalamus und die ACTH-Ausschüttung der Adenohypophyse.
Welche Hormone kann man im hypothalamischen-hypophysären System unterscheiden?
- Releasing Hormone: Hypothalamus (wirken auf Hypophyse)
- Glandotrope Hormone: Hypophysenvorderlappen (wirken auf Drüsen)
- Effektorische (nicht-glandotrope) Hormone: Zielorgane
Beispiele für Releasing Hormone
- Corticotropin Releasing Hormon CRH
- Gonadotropin Releasing Hormon GnRH
- Growth hormone Releasing Hormon GHRH
- Thyrotropin Releasing Hormon TRH
- Arginin Vasopressin AVP/ADH
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Lernkarten
Insulin kann an IGF-1-Rezeptor binden und umgekehrt. Weshalb sind diese Bindungen physiologisch nicht relevant?
Weil die Affinitäten viel zu niedrig sind.
Aufbau des IGF-1-Rezeptors
IGF-1-R. hat 2 extrazelluläre alpha-Ketten und 2 transmembrane beta-Ketten. Die beta-Ketten enthalten eine intrinsische Tyrosin-Kinase-Aktivität.
Die Bindung von IGF-1 an den Rezeptor führt zur Autophosphorylierung des Rezeptors.
Welche Hormone (neben GH) beeinflussen das Wachstum?
- Schilddrüsenhormone
- Sexualhormone (Androgen, Östrogen, Testosteron)
- Glukokortikoide
- Insulin
Wie wirken sich die Schilddrüsenhormone auf das Wachstum aus?
Ein Defizit an Schilddrüsenhormonen (in frühen Lebensphasen) kann zu Zwergwuchs und Kretinismus führen. Hypothyroidismus vor Verschluss der Epiphysenfugen führt zu einer Verlangsamung oder einem Anhalten des Wachstums. Schilddrüsenhormone sind auch wichtig für die geistige Entwicklung.
Wie wirken sich Sexualhormone auf das Wachstum aus?
Zuviel Androgen und Östrogen vor der pubertären Wachstumsphase beschleunigt das Knochenwachstum. Bei Knaben und Mädchen sind es die Östrogene, die die Epiphysenfuge schliessen. Bei Knaben ist es das Östrogen E2, welches aus Testosteron aromatisiert wird.
Wie wirken sich Glukokortikoide auf das Wachstum aus?
Ein Überschuss an Glukokortikoiden hemmt das Wachstum.
Wie wirkt sich Insulin auf das Wachstum aus?
Insulin ist ein wichtiger Wachstumsfaktor im Uterus. Bei schwangeren Frauen mit Diabetes ist der Embryo erhöhten Zuckerkonzentrationen ausgesetzt. Der Embryo sezerniert Insulin. Der fötale Hyperinsulinismus wirkt wachstumsfördernd und bewirkt eine vermehrte Fett- und Glykogeneinlagerung in die Gewebe, was weiter zu erhöhtem fötalen Wachstum (high birth weight babys; fetale Makrosomie) und zu einer funktionellen Unreife fetaler Organe führt (Surfactant-Mangel mit Atemnotsyndrom bei Geburt).
