Hormon – substancja regulacyjna wytwarzana przez wyspecjalizowane narządy i komórki gruczołowe, wydzielana przez nie do krwi, płynu zewnątrzkomórkowego, chłonki i transportowana do komórek docelowych, które posiadają na swojej powierzchni, w cytoplazmie lub w jądrze swoiste receptory wiążące dany hormon. Hormony są chemicznymi przekaźnikami ustroju, a do ich zadań należy:

• regulowanie syntezy i wydzielania innych hormonów oraz feromonów

• regulowanie syntezy i wydzielanie enzymów, kwasu solnego, żółci

• wpływanie na procesy metaboliczne komórek

• kontrola procesów reprodukcji

• kontrola równowagi jonowej organizmu

Gruczołami wydzielania wewnętrznego są:

• przysadka mózgowa

• tarczyca

• przytarczyce

• nadnercza

• wyspy Langerhansa trzustki

• gonady

Czynność wydzielniczą wykazuja ponadto:

• podwzgórze

• komórki układu APUD występujące m.in. w obrębie błony śluzowej układu pokarmowego

• nerka

• tkanka tłuszczowa

• skóra

Hormony ze względu na ich budowę chemiczną dzielimy na trzy główne grupy:

1. hormony peptydowe i białkowe

   • ich synteza rozpoczyna się od transkrypcji genu zawartego w DNA komórkowym. Powstały mRNA koduje powstawanie w rybosomach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej komórki substancji peptydowej lub białkowej stanowiącej następnie hormon. Cząsteczka jest przekazywana do aparatu Golgiego gdzie zachodzi jego ostateczna modyfikacja, stamtąd gotowe hormony wędrują do pęcherzyków komórki gdzie będą magazynowane do czasu pojawienia się sygnału indukującego ich uwolnienia poza komórkę.

2. hormony steroidowe

   • wspólnym prekursorem wszystkich tych hormonów jest cholesterol, który zostaje w komórce syntetyzującej hormon przeniesiony do mitochondrium gdzie ulega przemianie do pregnenolonu. Związek ten podlega modyfikacjom prowadzonym przez siateczką śródplazmatyczną gładką, a efektem ich działania jest powstawanie różnych hormonów z tych samych prekursorów. Ważne jest iż hormony steroidowe nie gromadzą się w komórce, ale są z niej tworzone w miarę bieżących potrzeb organizmu.

3. hormony pochodne aminokwasów głównie tyrozyny

   • w zależności od rodzaju hormonu są one wydzielane i magazynowane przez:

     • komórki chromochłonne rdzenia nadnerczy – aminy katecholowe: adrenalina, noradrenalina i dopamina

     • komórki pęcherzykowate gruczoły tarczowego – tyroksyna i trójjodotyronina

Hormony mogą wykazywać działanie:

• autokrynne – wówczas hormon oddziałuje na komórkę, przez którą został wydzielony

• parakrynne – hormon oddziałuje na komórki sąsiednie do komórki wydzielającej

• endokrynne – hormon działana komórki odległe, do których przenoszony jest przez krew

Transport hormonów we krwi

Hormony są transportowane przez krew w stanie wolnym lub związane z białkami osocza, ważne jest ponadto, że biologiczne efekty są w stanie wywrzeć tylko hormony w stanie wolnym.

• w stanie wolnym transportowane są: hormony peptydowe i białkowe, wyjątkami są: GH, IGF-I, wazopresyna, oksytocyna, hormony tarczycy

• związane z białkami osocza są transportowane: hormony steroidowe oraz hormony tarczycy

Mechanizmy działania hormonów na komórki docelowe

Błona komórkowa jest przepuszczalna dla cząsteczek lipidowych (hydrofobowych) a nieprzepuszczalna m.in. dla białek i peptydów (hydrofilnych). W związku z tym różne hormony zaliczane do dwóch w/w grup będą miały inaczej rozmieszczone swoiste receptory komórkowe, przez które będą wywoływały swoje działanie na komórki docelowe.

1. hormony białkowe, polipeptydowe oraz pochodne tyrozyny (poza hormonami tarczycy) – nie są w stanie przenikać przez błonę komórkową, ich receptory znajdują się na powierzchni zewnętrznej tej błony. Receptor wiążący dany hormon będzie wywoływał kaskadę reakcji doprowadzających do określonyc zmian w obrębie komórki, wyróżniamy dwie grupy receptorów błonowych:

   • receptory związane z białkiem G – białka G są białkami trójdomenowymi, składają się z podjednostek α,β i γ związanych w spoczynku przez GDP. Aktywacja jakiej doznaje to białko po przyłączeniu swoistego hormonu do receptora powoduje zastąpienie GDP przez GTP i uwolnienie podjednostki α związanej tym substancją (de facto jest to kompleks podj. α – GTP). W tym miejscu działanie kompleksu α – GTP staje się dwukierunkowe zależne od rodzaju przyłączonej substancji:

     • dochodzi do aktywacji enzymu cyklazy adenylanowej, która prowadzi syntezę wtórnego przekaźnika komórkowego – cyklicznego-3’5’-adenozynomonofosforanu (cAMP)

     • aktywowana jest inna domena białkowa – fosfolipaza C, która hydrolizuje błonowy fofatydyloinozytolo-4,5-bisfosfoforan (PIP₂), rozpad tego związku powoduje powstanie diacyloglicerolu (DAG) i inozytolotrisfosforanu (IP₃) będących podobnie jak cAMP wtórnymi przekaźnikami komórkowymi.

Wydzielone w ten sposób wtórne przekaźniki: cAMP, IP₃ oraz DAG uruchamiają kaskadę wewnątrzkomórkowych reakcji, które prowadzą do regulacji obecnych w komórce szlaków metabolicznych.

W ten sposób działają następujące receptory: TRH, GnRH, TSH, LH, FSH, HCG, ACTH, PTH, glukagonu

• receptory związane z pojedynczą domeną transbłonową (receptory katalityczne) – przyłączenie do tego typu receptorów hormonów nadaje mu aktywność kinazy białkowej, która powoduje fosforylację samego receptora oraz niektórych białek komórkowych. Fosforylacja białka, szczególnie enzymatycznego, w zasadniczy sposób zmienia jego funkcj biologiczne.

W ten sposób działają między innymi: receptory insuliny, EGF, insulinopodobnego czynnika wzrostu I i II (IGF-I, IGF-II), GH, PRL, niektóre cytokiny

1. hormony steroidowe oraz hormony tarczycy – dzięki swojemu hydrofobowemu charakterowi są w stanie przejść przez błonę komórkową, ich swoiste receptory znajdują się wewnątrz komórki. Najczęściej są to receptory jądrowe, rzadziej cytosolowe

   • receptory jądrowe składają się z dwóch domen: jednej wiążącej DNA i drugiej wiążącej hormon. Domena pierwsza jest aktywna dopiero po przyłączeniu do domeny drugiej hormonu

   • receptory te wiążąc DNA pobudzają ekspresję ściśle określonych genów, które kodują określone białka powodujące daną odpowiedź metaboliczną komórki

   • efekt działania hormonu steroidowego nie ustaje natychmiast po odłączeniu go od swoistego dla niego receptora oraz nie pojawia się natychmiast po zadziałaniu hormonu na receptor. Zależy to od czasu półtrwania mRNA i białka będącego produktem genu pobudzanego przez hormon

Rytmy wydzielania hormonów

Większość hormonów nie jest wydzielana w sposób ciągły. Wiele z nich m.in. hormony podwzgórza, przysadki czy insulina wydzielane są pulsacyjnie – a więc co pewien czas, różny dla różnych hormonów następuje wzrost ich wydzielania. Wydzielanie hormonów jest cechą zależną od wieku, dotyczy to np. GH – hormonu wzrostu, lub hormonów wydzielanych przez gonady.

Wydzielanie wielu hormonów ma ponadto charakter okołodobowy, dobitnym przykładem tego typy rytmu wydzielania jest szyszynkowa melatonina, której wydzielanie jest hamowane pod wpływem światła.

Dłuższe rytmy wydzielania to tzw. rytmy infradobowe, których przykładem jest 28-dniowy cykl wydzielania hormonów płciowych kobiet.

Mechanizmy regulacji wydzielania hormonów

Regulacja wydzielania hormonów a także ich aktywności w komókach docelowych odbywa się na trzech drogach, z których pierwsza jest wysoce dominująca w organizmie ludzkim

• Regulacja przez sprzężenie zwrotne ujemne

• Regulacja przez sprzężenie zwrotne dodatnie

• Regulacja przez przekształcanie hormonu nieaktywnego do formy aktywnej w komórkach

1. Regulacja przez sprzężenie zwrotne ujemne

Najczęściej jest ona omawiany na przykładzie podwzgórza, przysadki i gruczołu dokrewnego

• hormon pobudzający (liberyna) podwzgórza stymuluje przysadkę do uwalniania określonego hormonu tropowego

• hormon tropowy przysadki działa na gruczoł docelowy powodując wzrost wydzielania hormonu przez ten określony gruczoł

  • jednocześnie hormon tropowy przysadki hamuje uwalnianie przez podwzgórze liberyn pobudzających uwalnianie danego hormonu tropowego przez przysadkę (pętla krótka sprzężenia zwrotnego)

• wydzielany hormon gruczołowy działa hamująco na wydzielanie hormonu tropowego przez przysadkę (pętla bezpośrednia)

  • ponadto hormon gruczołowy hamuje wydzielanie liberyny przez podwzgórze (pętla pośrednia/długa pętla sprzężenia zwrotnego)

1. Regulacja przez sprzężenie zwrotne dodatnie

Wzrost wydzielania hormonu tropowego przysadki powoduje zwiększone wydzielanie hormonu przez gruczoł docelowy. Hormon ten zwiększa wydzielanie hormonu przysadkowego.

Przykładem sprzężenia zwrotnego dodatniego może być wydzielanie oksytocyny , której stężenie gwałtownie wzrasta w ostaniej fazie porodu w trakcie przesuwania się płodu w dół i poszerzania kanału rodnego. Zwiększone stężenie oksytocyny w tym okresie stymuluje przysadkę do uwalniania jej jeszcze większych ilości aby nasilić skurcze macicy.

1. Regulacja przez przekształcanie hormonu nieaktywnego do formy aktywnej w komórkach

Mechanizm ten polega na tym, że w tkankach dochodzi do przekształcania nieaktywnej formy hormonu do jego postaci czynnej biologicznie, zdolnej do wywoływanie efektów w komórce docelowej. Przykładami tego sposobu regulacji mogą być:

• testosteron przekształcany w tkankach do dihydrotestosteronu

• tyroksyna przekształcana docelowo w czynną trójjodotyroninę

Hormony trzustkowe

Trzustka jak wiadomo pełni funkcję zarówno wewnątrz- jak i zewnątrzwydzielnczą. W kontekście hormonów ważniejsza jest oczywiście jest funkcja wewnątrzwydzielnicza. Sprawują ją stanowiące do 2% masy trzustki wyspy Langerhansa znajdujące się w przewadze w ogonie i głowie trzustki. Wyspy te są utworzone przez cztery typy komórek wydzielających różne hormony:

• komórki α – wydzielają glukagon (60-70% wszystkich komórek)

• komórki β – wydzielają insulinę (20% wszystkich komórek)

• komórki D (δ) – wydzielają somatostatynę

• komórki F (PP) – wydzielają polipeptyd trzustkowy

1. budowa

   • zbudowany z dwóch łańcuchów aminokwasowych:

-A (21 reszt aminokwasowych)

-B (30 reszt aminokwasowych)

• łańcuchy połączone są dwoma mostkami disiarczkowymi, ponadto w łańcuchu A występuje wewnątrzłańcuchowy mostek disiarczkowy

• dzięki krótkiemu okresowi półtrwania – około 6 minut – stężenie insuliny może być szybko zmieniane, zależnie od sytuacji metabolicznej

1. biosynteza

   • prekursorem insuliny jest preproinsulina, która po wycięciu jednej części sekwencji aminokwasów tworzy jednołańcuchową proinsulinę połączona z peptydem C (peptydem łączącym)

   • proinsulina w aparacie Golgiego ulega ponownemu skróceniu (o peptyd C) i związaniu mostkami disiarczkowymi tworząc dwułańcuchową aktywną metabolicznie insulinę

   • insulina jest następnie pakowana do pęcherzyków cytoplazmatycznych i przenoszona w okolice błony komórkowej

2. regulacja wydzielania

   • najważniejszym czynnikiem kontrolującym wydzielanie insuliny jest stężenie glukozy we krwi

     • przenośnik glukozy przenosi ją do komórki β trzustki gdzie ulega ona cyklom przemian metabolicznych prowadzących do wzrostu stężenia ATP w komórkach

     • podwyższony poziom ATP w cytoplazmie zamyka ATP-zależna kanały potasowe i prowadzi do zmiany potencjału błonowego – dochodzi do depolaryzacji

     • depolaryzacja błony komórkowej otwiera bramkowane napięciem kanały Ca²⁺, które napływają do komórki

     • podwyższony poziom jonów Ca²⁺ umożliwia egzocytozę ziarnistości zawierających insulinę

   • podobny jak glukoza wpływ na wydzielanie insuliny posiadają: cholecystokinina, glukagon, GLP-1, acetylocholina, aminokwasy: arginina, leucyna

   • hamujący wpływ ma natomiast somatostatyna, oraz hipotermia, hipoksja, stres i wysiłek fizyczny

Wyżej omówione wydzielanie insuliny jest reakcją dwufazową:

• faza szybka – polega na gwałtownym wyrzucie insuliny zgromadzonej w ziasrnistościach komórek β

• faza wolna – polega na syntezie ziarnistości pod wpływem działania czynników stymulujących

1. receptory insulinowe

Receptor insuliny ze względu na jej charakter białkowy znajduje się na powierzchni komórki, jednak w odróżnieniu do typowych receptrów błonowych insulina działa bez udziału wtórnego przekaźnika

• jest to białko tetrameryczne (α₂β₂) składające się z

  • dwóch podjednostek α – położonych na zewnątrz błony komórkowej, są domenami wiążącymi insulinę

  • dwóch podjednostek β – składających się z domen wewnątrz- i zewnątrzkomórkowej, są białkami o aktywności enzymatycznej kinazy tyrozynowej

• przyłączenie do podjednostki α insuliny powoduje autofosforylację grup tyrozynowych wewnątrzkomórkowej domeny podjednostki β

• zaktywowana kinaza tyrozynowa powoduje fosforylację szeregu białek w komórce doprowadzając do określonych zmian aktywności metabolicznej komórek docelowych

1. komórkowe efekty działania insuliny

   • przyłączona insulina zwiększa liczbę przenośników glukozy w błonach co pobudza jej transport do wnętrza komórek, niektóre komórki np.erytrocyty, komórki nerwowe mają system transportu glukozy niezależny od insuliny

   • najszybszą odpowiedzią, pojawiającą się już po kilku sekundach od związania insuliny z receptorem, jest wzrost transportu glukozy do komórek, po kilku minutach lub godzinach wzrasta aktywność enzymatyczna, natomiast efekty indukcji produkcji białek enzymatycznych pojawiają się nawet po kilku dniach

1. Narządowe efekty działania insuliny

Wątroba

• spadek poziomu glukozy poprzez:

↓ glukoneogenezy

↓ glikogenolizy

↑ glikogenogenezy

• ↓ ketogenezy

• ↑ syntezy białek

• ↑ syntezy lipidów

Mięśnie

↑ transportu glukozy do miocytów

↑ glikogenogenezy

↑ wychwytu wolnych aminokwasów

↑ syntezy białek

↑ wychwytu jonów K+

Tkanka tłuszczowa

↑ transportu glukozy do adipocytów

↑ syntezy kwasów tłuszczowych

↑ syntezy glicerolo-3-fosforanu

↓ lipazy hormonowrażliwej

↑ lipazy lipoproteinowej

↑ wychwytu K⁺

Glukagon

1. budowa i biosynteza

   • budowa polipeptydowa, zbudowany z jednego łańcucha o 29 aminokwasach

   • sekwencja aminokwasowa jednakowa u wszystkich ssaków

   • syntetyzowany w postaci prekursora - preglukagonu ulegającego odpowiednim obróbkom do czynnego glukagonu

   • należy, razem z adrenaliną i kortyzolem do grupy hormonów przeciwregulacyjnych działających antagonistycznie do insuliny

   • okres półtrwania 5-10 minut

2. komórkowe efekty działania glukagonu

   • receptory glukagonu są typowymi receptorami błonowymi działającymi poprzez wtórny przekaźnik

   • podjednostka α-GTP białka G odłącza się od niego pod wpływem przyłączenia glukagonu i aktywuje enzym cyklazy adenylanowej

   • cyklaza adenylanowa przekształca cytosolowy ATP w 3’5’-AMP (cAMP)

   • cAMP aktywuje kinazę białkową A, która fosforyluje białka enzymatyczne, modyfikując ich aktywność katalityczną, może fosforyzować histony i białka rybosomowe, pobudzając procesy transkrypcji i translacji

3. metaboliczne i narządowe efekty działania glukagonu (glukagon nie działa na mięśnie szkieletowe !)

• metabolicznie glukagon powoduje:

↑ glukoneogenezy

↑ glikogenolizy

↑lipolizy (aktywacja lipazy hormonowrażliwej)

↑ ketogeneza

↓ syntezy białek

↓ lipogenezy

Serce

• działanie inotropowe dodatnie (wzmagają kurczliwość mięśnia sercowego)

• działania chronotropowe dodatnie (wzmagają częstotliwość skurczów mięśnia sercowego)

Układ pokarmowy

↑ wydzielanie żółci

↑ wydzielanie jelitowe

↓ motoryka żołądka

↓ wydzielanie żołądkowe

↓ wydzielanie trzustkowe

Inne:

↑ wydzielanie insuliny i somatostatyny

1. regulacja wydzielania glukagonu

• wydzielanie glukagonu jest stymulowane obniżeniem stężenia glukozy we krwi obwodowej, np. w ciągu nocy lub podczas długich przerw między posiłkami

• podwyższone stężenie glukagonu zapobiega więc hipoglikemii

• aminokwasy pochodzące z pożywienia, głównie alanina, seryna, glicyna, cysteina i treonina, pobudzają wydzielanie glukagonu jak i insuliny

• podobnie pobudzająco działają podwyższone stężenia adrenaliny i noradrenaliny, które działają niezależnie od stężenia cukru we krwi – stężenie glukagonu jest podwyższane w oczekiwaniu na skutki zwiększonego zużycia glukozy

• ponadto pobudzająco na wydzielanie glukagonu działają: CCK, stres i wysiłek fizyczny

• hamująco działają natomiast: wzrost stężenia glukozy, insulina i wzrost stężenia WKT

Somatostatyna

• jest to 14-aminokwasowy peptyd, którego głównym zadaniem jest hamowanie wydzielania insuliny i glukagonu na zasadzie działania parakrynnego

• ponadto hormon ten może opóźniać opróżnianie żołądka i pęcherzyka żółciowego, oraz:

  • ↓sekrecję gastryny

  • ↓ wydzielanie enzymów trawiennych przez trzustkę

Polipeptyd trzustkowy (PP)

• jest to hormon peptydowy, składający się z 36-aminokwasów, którego największy wzrost następuje po posiłku bogatym w białka

• stanowi silny inhibitor enzymów trzustkowych, oraz hamuje obkurczanie pęcherzyka żółciowego, a jego podwyższone stężenie we krwi utrzymuje się stosunkowo długo

• zmniejszenie wrażliwości tkankowej na działanie tego hormonu lub niedostateczny poziom insuliny we krwi prowadzi do objawów cukrzycy

Tarczyca

Jest to gruczoł dokrewny położony z przodu i bocznie od krtani, dzieli się na dwa płaty połączone ze sobą cieśnią.

Podstawową jednostką budulcową tarczycy jest pęcherzyk , który składa się z błony podstawnej na której spoczywają komórki pęcherzykowe

• wnętrze pęcherzyka wypełnia koloid, a sam pęcherzyk otoczony jest niewielką ilością tkanki łącznej i bardzo gęstą siecią naczyń krwionośnych

• nieaktywne pęcherzyki są duże, bogate w koloid natomiast pęcherzyki aktywne są małe i ubogie w koloid

1. powstawanie hormonów tarczycy

   • komórki pęcherzykowe wydzielają do wnętrza koloidu tyreoglobulinę (TG) z zawartą w niej tyrozyną

   • następnie z krwi aktywnie wychwytywane są jodki (120 µg/dobę), odbywa się to dzięki symportowi sodowo-jodowemu, a inhibitorami tego procesu są: tioycyjanina i nadchloran

   • do koloidu wydzielany jest enzym tyreoperoksydaza

   • tyreoperoksydaza pozwala jodkom na przejście w jod atomowy co powoduje:

   • jodowanie tyrozyny zawartej w tyreoglobulinie tworząc MIT (monojodotyrozynę) oraz DIT (dijodotyrozynę)

   • kondensację jodowanych tyrozyn MIT + DIT = T₃ oraz DIT + DIT= T₄

   • w ten sposób jodowana tyreoglobulina zostaje zmagazynowana w postaci koloidu w świetle pęcherzyków tarczycy

     • pod wpływem tyreotropiny (TSH) komórki pęcherzykowe pobierają i rozkładają jodowaną tyreoglobulinę tworząc aktywne hormony wędrujące wraz z krwią do komórek docelowych

       • 90% hormonów uwalnianych stanowi T₄, który jest właściwie prohormonem dla T₃ (w tkankach obwodowych T₄ ulega przekształceniu do T₃

• fakt iż w tarczycy zgromadzony jest zapas T₃ i T₄ związanych z tyreoglobuliną zabezpiecza prawidłowe stężenie tych hormonów we krwi przez co najmniej 2 miesiące

1. transport T₃ i T₄ we krwi odbywa się poprzez:

   • TGP – globulinę wiążącą tyroksynę

   • TBPA – prealbuminę wiążącą tyroksynę

   • TBA – albuminę wiążącą tyroksynę

   • niewielki procent przenoszony jest w postaci wolnej

   • w krążaniu znajduje się również odwrotna T₃ (rT₃), która jest nieaktywna biologicznie

2. regulacja wydzielania hormonów tarczycy

   • TRH (tyreoliberyna) wydzielana jest przez podwzgórze w odpowiedzi na zimno, sen itd.

   • liberyna podwzgórzowa działa indukująco na przysadkę mózgową stymulując ją do wydzielania tyreotropiny (TSH)

   • TSH wywołuj opisany wyżej efekt, a uwolnione w ten sposób T₃ i T₄ działają hamująco zarówno na wydzielanie TRH w podwzgórzu jak i na TSH w przysadce

Działanie tyroksyny (T₄) i trójjodotyroniny (T₃)

• hormony te są w stanie zwiększyć podstawową przemianę materii (PPM) nawet o 60-100 %

• T₃ ma duzo wyższe powinowactwo do receptorów niż T₄

• są to enzymy wyjątkowe – pomimo swojej peptydowej budowy ich receptory znajdują się w jądrze komórkowym, a więc ich działanie będzie opierało się na indukowaniu transkrypcji odpowiednich genów, następie wytworzone w ten sposób mRNA w cytosolu będzie kodowało odpowiednie sekwencje aminokwasowe tworzonych białek.

  • z tego powodu efekt działnia hormonów tarczycy na komórki docelowe jest widoczny dopiero po pewnym okresie czasu (dla T₃ jest to kilka godzin) okres ten nazywamy „okresem działania utajonego”

Sumarycznie efekty działania T₃ i T₄ polegają na:

• nasileniu termogenezy (głównie przez wzrost aktywności enzymu Na⁺/K⁺-ATP-azy w błonach komórkowych)

• zwiększeniu zużycia tlenu (z wyjątkiem mózgowia, gonad męskich, macicę, śledzionę, tkankę limfatyczną oraz przedni płat przysadki)

• stymulacja do syntezy białek (fizjologiczne stężenie hormonów stymulują syntezę białek, natomiast ich nadmiar prowadzi do ich zwiększonego rozpadu)

• zwiększenie stężenia glukozy we krwi poprzez:

↑ glikogenolizy

↑ glukoneogenezy

↑ wchłaniania glukozy z przewodu pokarmowego

• wpływ na układ krążenia (zwiększenie siły skurczów i ich częstości, co sumarycznie daje wzrost ciśnienia tętniczego)

• zwiększenie wrażliwości tkanek na katecholaminy oraz współdziałanie z nimi (działanie synergistyczne)

• układ nerwowy – hormony tarczycy są niezbędne do prawidłowego rozwoju układu nerwowego

  • niedoczynność tarczycy powoduje różnego stopnia niedorozwój umysłowy, łącznie z kretynizmem, zwolnienie procesów myślowych

  • nadczynność tarczycy powoduje wzmożoną pobudliwość osobnika, przyspieszenie procesów myślowych

Hormony regulujące metabolizm wapnia

W organizmie znajduje się około 1100 g wapnia (25 moli) związanego głównie z tkanka kostną. Najważniejszą rolę w procesach metabolicznych odgrywa wapń zjonizowany w postaci dwuwartościowego kationu Ca²⁺.

• fizjologiczne stężenie Ca²⁺ w osoczu wynosi 2,5 mmol/L

• wapń krąży związany z albuminami, cytrynianem lub jako Ca²⁺

• w organizmie tworzy dwie pule:

  • łatwowymienialną (ok. 100 µmoli) – związaną z płynami ustrojowymi, służy do regulacji stężenia Ca²⁺

  • trudnowymienialną (ok. 25 000 µmoli) – związaną z hydroksyapatytami, odpowiadającą za remodelację kości

Rola wapnia w organizmie:

• bierze udział w krzepnięciu krwi

• odpowiada za kurczliwość mięśni

• odpowiada za pobudliwość nerwowo – mięśniową

• mineralizuje kości

• stanowi jeden z wtórnych przekaźników nerwowych

Przeciętnie spożywamy około 1 gram wapnia w ciągu doby, z czego do krwi wchłania się około 50-60%.

Nadmiar wapnia w organizmie powoduje rozwój zespołu chorobowego jakim jest tężyczka, której objawy kliniczne to nadmierna pobudliwość nerwów i mimowolne skurcze mięśniowe.

Znaczny nadmiar wapnia w organizmie prowadzi do śpiączki hiperkalcemicznej.

Metabolizm wpnia jest ściśle regulowany przez trzy hormony:

• parathormon (PTH)

• kalcytoninę

• witaminę D3

Parathormon (PTH)

Jest to 84-aminokwasowy hormon polipeptydowy wydzielany przez przytarczyce leżące na tylnej powierzchni gruczołu tarczowego. Jest gromadzony w pęcherzykach komórek przytarczyc, skąd uwalniany jest w odpowiedzi na spadek stężenia Ca2+ w osoczu

Mechanizm oddziaływania PTH na komórki

Podobnie jak inne peptydowe hormony PTH posiada swój swoisty receptor w błonie komórkowej komórek docelowych.

• wtórnym przekaźnikiem PTH jest cAMP powstająca pod wpływem aktywowanej cyklazy adenylanowej

Efekty wywoływane działaniem PTH

• obniżenie stężenia Ca2+ zawartego w osoczu aktywuje pęcherzyki przytarczyc do wydzielania z ich ziarnistości PTH

• trójmiejscowe działanie PTH ma za zadanie przede wszystkim podwyższyć obniżony poziom jonów Ca2+, dzieje się to poprzez:

  • wzrost uwalniania (resorpcji) Ca2+ z kości

  • wchłanianie zwrotne Ca2+ w kanalikach nerkowych

  • wzrost wchłaniania Ca2+ z pożywienia

• dokładniej w poszczególnych narządach wywołuje on następujące efekty:

  • w układzie kostnym może powodować:

    • normokalcemię – remodeling kości – wzrost resorpcji i kości otworzenia

    • hiperkalcemię – powodującą patologiczną demineralizację kości (współdziałając z witaminą D3)

  • w nerkach

    • spadek zwrotnej resorpcji fosforanów co powoduje wzrost ich stężenia w moczu

    • wzrost wytwarzania aktywnej dormy witaminy D (kalcytriolu)

  • w układzie pokarmowym

    • zwiększona ilość witaminy D3 powoduje wzrost wchłaniania Ca2+ z pożywienia

Kalcytonina

Jest to 32-aminokwasowy hormon peptydowy regulujący stężenie wapnia w organizmie, tworzony przez komórki parafolikularne (komórki C) tarczyc. Hormon ten jest odpowiedzialny za obniżanie po posiłkowego poziomu Ca2+.

• głównym czynnikiem pobudzającym komórki C do wydzielania kalcytoniny jest wzrost stężenia Ca2+ w osoczu krwi

Efekty działania:

• ogólnie kalcytonina obniża poziom wapnia poprzez:

  • spadek uwalniania Ca2+ w kościach (osiągany poprzez supresję, czyli hamowanie aktywnych osteoklastów)

  • zwiększenie zwrotnego wchłaniania Ca2+ w nerkach co zwiększa jego wydalanie z moczem

• innymi efektami działani kalcytoniny jest:

  • spadek wydzielania żołądkowego i trzustkowego

  • spadek łaknienia

  • tzw. działanie analgetyczne – polega na wzroście uwalniania endogennych opiatów oraz na wzroście opatowych receptorów w podwzgórzu. Sumarycznie powoduje to mniejszą pobudliwość na bodźce bólowe (zwiększony próg pobudliwości)

Witamina D₃ (cholekalcyferol)

• zaliczana jest do grupy witamin mających charakter egzogenny, lecz skóra człowieka pod wpływem promieni słonecznych zdolna jest do syntezy witaminy D w ilościach wystarczających organizmowi

• substratem syntezy witaminy D jest 7-dehydrocholesterol występujący w małych ilościach we wszystkich tkankach, przekształcanie drogą fotochemiczną tego związku daje cholekalcyferol (witamina D₃)

• cholekalcyferol powstały w skórze jest transportowany poprzez krew do wątroby gdzie ulega przekształceniu do 25-hydroksycholekalcyferolu (kalcydiol)

• kalcydiol transportowany jest do nerek, gdzie pod wpływem PTH jest rozkładany do aktywnej formy – kalcytriolu oraz do nieaktywnego metabolitu – 24,25-dihydocholekalcyferolu

• kalcytriol stanowi główną, fizjologicznie czynną formę witaminy D, jest hormonem steriodowym, która przenika przez błonę komórkową (jako witamina rozpuszczalna w tłuszczach) i oddziałuje na receptor jądrowy, powodując sumarycznie:

• podwyższenie stężenie Ca²⁺ w osoczu, przez:

  • ułatwienie resorpcji Ca²⁺ i fosforanów z kości

  • pobudzenie resporpcji Ca²⁺ w nerkach

  • pobudzenie absorpcji Ca²⁺ w jelicie cienkim

Hormony kory nadnerczy

Nadnercza są to parzyste gruczoły leżące na górnych biegunach nerek, na przekroju wyróżniamy w nich dwie odmienne części wydzielające zupełnie różne hormony:

• część korowa

• część zewnętrzna

Hormony kory nadnerczy zaliczamy do grupy hormonów steroidowych, których wspólnym prekursorem jest cholesterol.

Histologicznie w korze nadnerczy wyróżniamy trzy warstwy, z których każda wydziela inny hormon, idąc od zewnątrz są to:

• warstwa kłębkowata – wydziela Mineralokortykoidy, głównie aldosteron

• pasmowata – wydziela glikokortykosteroidy, głównie kortyzol

• warstwa siateczkowata –wydziela hormony płciowe androgeny: dehydroepiandrosteron (DHEA) i androstendion

Kontrolę hormonalną nad wydzielaniem wszystkich hormonów warstwy korowe nadnerczy sprawuje przysadkowy hormon adrenokortykotropowy (ACTH) powstający pod wpływem kortykoliberyny (CRH) wydzielanej przed podwzgórze w wyniku strachu, stresu oraz w czasie cyklu sen/czuwanie.

Aldosteron

Jest to hormon składający się z 21 atomów węgla, we krwi transportowany najczęściej w stanie wolnym. W komórkach docelowych wiąże się z receptorem wewnątrzkomórkowym, który aktywowany poprzez połączenie z aldosteronem indukuje w jądrze komórki syntezę mRNA kodującego syntezę białek transportujących Na+, głównie kanałów Na+, K+ i ATP-azy.

• głównym miejscem działania aldosteronu są kanaliki dalsze i cewki zbiorcze nerek

• aldosteron zwiększa tam resorpcję zwrotną jonów Na+ a zwiększa wydalanie jonów K+ i H+

• zwiększona ilość Na+ powoduje wzrost objętości osocza, oraz zwiększa wrażliwość tętniczek na działanie substancji je zwężających, sumarycznie powodując wzrost ciśnienia tętniczego

Regulacja wydzielania aldosteronu

• zasadniczym czynnikiem regulującym wydzielanie aldosteronu jest peptyd angiotensyna II, powstający w wyniku działania enzymu reniny, dlatego mówimy o układzie renina-angiotensyna-aldosteron

  • renina tworzona jest w nerkach (aparat przykłebuszkowy) w zwiększonych ilościach w odpowiedzi na obniżenie ciśnienia tętniczego krwi lub obniżenia objętości płynu zewnątrzkomórkowego oraz w wyniku wzrostu aktywności układu androgenicznego

  • renina oddziaływuje na angiotensynogen, który ulega konwersji do angiotensyny bedącej formą nieaktywną

  • angiotensyna I jest konwertowana pod wpływem enzymu konwertującego do aktywnej angiotensyny II

  • angiotensyna II stymuluje warstwę kłębkowatą do uwalniania aldosteronu oraz obkurcza tętniczki obwodowe

• innym czynnikiem regulującym, lecz w znacznie słabszym stopniu, wydzielania aldosteronu jest przysadkowy ACTH, który stymuluje wydzielanie tego hormonu jedynie w reakcjach stresowych

• czynnikiem zwiększającym wydzielanie aldosteronu jest ponadto podwyższone stężenie jonów K+ w osoczu, obniżenie stężenia Na+ osoczowe wywiera niewielki efekt stymulujący

Kortyzol

Hormon składający się z 21 atomów węgla, zaliczany do grupy glikokortykosteroidów (glukokortykoidów), wydzielany przez warstwę pasmowatą kory nadnerczy. Kortyzol transportowany jest we krwi przez swoiste białko transportujące – transkortynę (globulinę wiążącą steroidy).

• uwolniony od transportera kortyzol łączy się ze swoimi swoistymi receptorami wewnątrzkomórkowymi w komórkach docelowych

• działanie kortyzolu w komórce polega na wzbudzeniu ekspresji odcinka DNA odpowiedzialnego za kodowanie odpowiednich enzymów odpowiadających wspólnie za:

  • wzmożony katabolizm białek, szczególnie w mięśniach szkieletowych i kościach (nadmiar kortyzolu przedstawia się jako ujemny bilans azotowy)

  • stymulację hepatocytów do glukoneogenezy i glikogenogenezy

  • hamowanie wpływu insuliny na komórki, co powoduje wzrost ilości glukozy we krwi

  • aktywację lipolizy przez aminy katecholowe (wpływ przyzwalający)

  • zwiększenie liczby erytrocytów, neutrofili i trombocytów i spadek liczby limfocytów, eozynofili i bazofili

  • hamowanie reakcji immunologicznych, alergicznych i zapalnych

  • wzrost wrażliwości naczyń na noradrenalinę → wzrost RR

Regulacja wydzielania

• wydzielanie kortyzolu pozostaje pod wyłączonym wpływem pobudzającego działania ACTH, którego wzrost stężenia we krwi powoduje szybki wzrost uwalniania kortyzolu

• kortyzol jako jedyny z hormonów kory nadnerczy tworzy petlę sprzężenia zwrotnego z ACTH i CRH – hamuje ich uwalnianie przez przysadkę i podwzgórze

• stężenie kortyzolu podlega wahaniom dobowym – najwyższe stężenie wystepuje około godziny 6-8 rano, najniższe zaś o północy

Dehydroepiandrosteron (DHEA) i androstendion

• adrenarche – gwałtowny wzrost stężenia DHEA przed okresem pokwitania, powodujący przypieszenie tempa wzrostu, charakteryzuje się:

  • wzrostem masy mięśniowej

  • odkładaniem wapnia w kościach

  • rozwojem prącia i łechtaczki

  • pojawieniem się owłosienia łonowego, zarostu na twarzy i owłosienia pachowego

  • powiększeniem chrząstek krtani

Podsumowanie

• często do chodzi do nadczynności warstw kory nadnerczy w odpowiedzi na patologicznie wysokie stężenie ACTH lub przez guzy autonomiczne kory nadnerczy

  • nadmierne wydzielanie aldosteronu prowadzi do podwyższonego ciśnienia tętniczego, obniżonego stężenia jonów K+ i podwyższonego stężenia Na+ we krwi (zespół Conna)

  • nadmierne wydzielanie kortyzolu powoduje powstanie zespołu Cushinga, który objawia się nadmiernym pobudzeniem katabolizmu (spadek grubości skóry, atrofia), odkładaniem tkanki tłuszczowej w obrębie brzucha i karku, osteoporozą i wzrostem poziomu cukru we krwi.

• niedobór hormonów kory nadnerczy występuje jako skutek uszkodzenia układu autoimmunologicznego lub powikłanie pod chirurgicznym usunięciu nadnerczy

  • skutkiem jest obniżone ciśnienie tetnicze, obniżone stężnie Na+ i podwyższone stężenie K+ we krwi, a także obniżone stężenie w niej glukozy.

  • nieleczona niedoczynność nadnerczy prowadzi do zapaści i śmierci organizmu

Hormony podwzgórza

Zaliczane jest do międzymózgowia, posiada dwa odrębne zespoły komórek:

1. pole hipofizjotropowe (wyniosłość pośrodkowa) – utworzone przez jądra drobnokomórkowe wydzielające substancje pobudzające (liberyny) i hamujące (statyny) wydzielanie hormonów przedniego płata przysadki

   • liberyny:

     • Gonadoliberyna, działająca na uwalnianie FSH i LH

     • Kortykoliberyna, działająca na uwalnianie ACTH

     • Tyreoliberyna, działająca na uwalnianie TSH

     • Somatoliberyna, działająca na uwalnianie GH

   • statyny:

     • Somatostatyna, działająca na hamowanie uwalniania GH

     • Prolaktostatyna, działająca na hamowanie uwalniania PRL

2. jądra wielkokomórkowe, czyli jądra nadwzrokowe i przykomorowe, które syntetyzują dwa hormony transportowane następnie przez aksony tyh neuronów do tylnego płata przysadki mózgowej gdzie są gromadzone.

Do neurohormonów podwzgórza zaliczamy:

• hormon antydiuretyczny (ADH, wazopresyna)

• oksytocynę

Hormony przysadki mózgowej

Przysadka mózgowa leżyy w siodle tureckim kości klinowej, Ze względu na różne pochodzenie oraz odmienne struktury i funkcje wyróżniamy: przysadkę gruczołową i przysadkę nerwową.

1. Przysadka gruczołowa, rozwijająca się z

   1. jej zasadnicze części to:

      • część dalsza (płat przedni)

      • część pośrednia

      • część guzowa

   2. Hormony płata przedniego przysadki gruczołowej

• adrenokortykotropina (ACTH) – działająca na korę nadnerczy. Łączy się ona tam ze swoistymi receptorami w błonie komórkowej i stymuluje syntezę i wydzielanie hormonów steroidowych, zwłaszcza kortyzolu i w mniejszym stopniu kortyzolu.

  • wydzielanie ACTH podlega wahaniom dobowym, najwyższe stężenie osiągane jest w godzinach rannych

  • ponadto ACTH może zostać uwolnione w wyniku reakcji organizmu na sytuacje stresowe (hipoglikemia, ból, strach, gorączka)

  • nadmierne wydzielanie ACTH obserowane w przebiegu gruczolaków przysadki powoduje przerost nadnerczy i ich nadczynność, wywołując zespół hipokortyzolemii

  • niedobór ACTH może być powikłaniem uszkodzenia podwzgórza lub przysadki nerwowej, prowadząc do wtórnej niewydolności nadnerczy

• tyreotropina (TSH) – jest regulatorem funkcji tarczycy, pobudzając ją do uwalniania T3 i T4

  • wydzielanie TSH jest pobudzane przez podwzgórzową tyreotropinę

  • wydzielanie TSH jest hamowane przez podwzórzową somatostatynę oraz na zasadzie sprzężenia zwrotnego przez hormony tarczycy

• hormon folikulotropowy (FSH) i hormon lutenizujący (LH)

  • FSH – pobudza u kobiet dojrzewanie pęcherzyków Graafa w jajniku i wydzielanie przez nie estradiolu; u mężczyzn natomiast stymuluje spermatogenezę

  • LH – pobudza u kobier syntezę progesteronu w pęcherzyku Graafa i podtrzymuje funkcję wydzielniczą ciałka żółtego; u mężczyzn natomiast stymuluje wytwarzanie i wydzielanie testosteronu przez komórki Leydiga jąder

• hormon wzrostu (GH) – hormon ten wywiera na organizm wpływ bezpośredni i pośredni

  • pośredni – polega na stymulacji organizmu do tworzenia insulinopodobnych czynników wzrostu (IGF-I i IGF-II) powstających w wątrobie oraz innych tkankach, głównym czynnikiem oddziałującym na tkanki jest IGF-I, który zwiększa synteze białka w mięśniach prowadzać do wzrostu ich masy oraz zwiększa wzrost kości

  • bezpośredni – polega na:

    • zwiększeniu lipolizy w tkance tłuszczowej

    • zmniejszeniu transportu glukozy do miocytów mięśni szkieletowych

    • zwiększeniu różnicowania chondrocytów w kosciach (wzrost chrząstek nasadowych)

    • oraz zwiększenie produkcji glukozy przez wątrobę

  • gigantyzm – nadmierne wydzielanie GH u dzieci i młodzieży spowodowane najczęściej gruczolakami przysadki prowadzące do nadmiernego wzrostu organizmu

  • akromegalia – nadmierne wydzielanie GH u dorosłych powodujące powiększenie dystalnych części ciała (stopy, dłonie) oraz twarzy i narządów gruczołowych

  • karłowatość przysadkowa – niedobór GH prowadzacy do zahamowania wzrostu u dzieci

  • niedobór GH u dorosłych jest najcześciej następstem operacji, radioterapii, a charakteryzuje się zmniejszeniem masy mięśniowej, zwiększeniem ilości tkanki tłuszczowej trzewnej, zmniejszeniem gęstości kości i zaburzeniami gospodarki węglowodanowej i lipidowej

• prolaktyna (PRL) – mimo że hormon te wystepuje u obu płci, jego działanie wykazano jedynie w organizmach kobiet gdzie stymuluje on wytwarzanie mleka w okresie poporodowym, oraz bierze udział w rozwoju gruczołów piersiowych w okresie wzrostu

  1. Przysadka nerwowa, magazynuje hormony wydzielone przez jądra wielkokomórkowe podwzórza, a więc:

     • hormon antydiuretyczny (ADH, wazopresyna) – oddziałująca na cewki zbiorcze w nerkach, zwiększając wchłanianie zwrotne wody, a w wysokich dawkach podnosi ciśnienie krwi

     • oksytocyna – wywołuje skurcze porodowe mięśni gładkich macicy