Příprava na test z endokrinního systému

Ahoj, je neuvěřitelné, jak velký úspěch minulý článek na přípravu z fyziologie měl. Jen to ukazuje, jak moc to bylo potřeba. Proto jsme si tentokrát nachystali i přípravu na test z endokrinního systému. Ať slouží! -Dája

Témata vyhrazená na test: Typy humorálních regulací: rozdíly mezi autokrinií, parakrinií a endokrinií. Systém druhých poslů. Ionotropní vs. metabotropní receptory. Intracelulární receptory. Regulace receptorové odpovědi: mechanismy up- a down-regulace receptorů. Přehled hormonů hypotalamu a hypofýzy a jejich základních funkcí. Regulace sekrece a účinky inzulinu, glukagonu a somatostatinu D. Inzulinový receptor: základní mechanismus signalizace, typy a jejich distribuce (výskyt). Hormony štítné žlázy – regulace jejich sekrece a přehled účinků. 

Typy humorálních regulací: rozdíly mezi autokrinií, parakrinií a endokrinií

Lidské tělo je řízeno dvěma systémy, konkrétně nervovým a látkovým (humorálním). Humorální systém působí pomaleji než nervový, ale má dlouhodobější účinky. Je tvořen endokrinními žlázami, tedy žlázami s vnitřní sekrecí. Ty se vyznačují tím, že nemají žádné vývody (žlázy, které vývody mají, se nazývají exokrinní – např. potní, trávicí, …) a své výměšky (hormony) vylučují přímo do krve nebo do tkáňového moku. Touto cestou se dostanou do nejbližších tkání.

Humorální regulace dělíme dle vzdálenosti cílové tkáně od místa vzniku hormonu:

Endokrinní buňka (endokrinie) se vyznačuje vylučováním hormonů do krve, díky které dorazí hormony na místo určení (do cílové tkáně), kde budou následně účinkovat.

Parakrinní buňka (parakrinie) vylučuje hormon, který se dostává pouze do blízkého okolí buňky. Bavíme se teda o přenosu na okolní buňky, nikoliv o přenosu krevní cestou na velkou vzdálenost.

Autokrinní buňka (autokrinie) vylučuje hormon, kterým zpětně ovlivňuje pouze sebe samotnou. Je to stejné, jako když si musíte pochválit účes, protože to nikdo jiný za vás neudělá.

Juxtakrinní působení pozorujeme přímo mezi dvěma sousedními buňkami. Je to jako přinést sousedovi koláč na přivítanou. Aspoň ve filmech to tak dělají. S tím, jaký jsem asociál, pochybuju, že je to reálná situace.

Systém druhých poslů

Druzí neboli sekundární poslové (anglicky second messengers) jsou malé, neproteinové, ve vodě rozpustné molekuly. Označují se „druzí“, protože první posel je signální molekula, která se váže na receptorový protein. Jsou součástí přenosu signálu v dráhách zahajovaných jak receptory spojenými s G-proteinem, tak enzymotropními receptory.

Mezi druhé posly patří cAMP, kalciové kationty, cGMP, inositol-1,4,5-trisfosfát, diacylglycerol, fosfatidylinositol-3,4,5-trisfosfát a další. S výjimkou kalciových kationtů jsou druzí poslové syntetizováni specifickými enzymy po stimulaci membránových receptorů. Je tedy jasné, že je nalezneme u hydrofilních hormonů. Bez navázání procházejí krví, ale následně, když mají vstoupit do buňky, předávají informaci druhým poslem (nemůže projít buněčnou membránou).

Následně aktivují proteinkinázy, které fosforylují aminokyseliny serin nebo threonin v různých intracelulárních proteinech. Fosforylace mění aktivitu těchto proteinů ve smyslu aktivace nebo inhibice. Aktivita druhých poslů je omezená a jsou degradovány různými enzymy.

Ionotropní vs. metabotropní receptory

Existují dva hlavní typy neuroreceptorů: ionotropní a metabotropní. Ionotropní znamená, že ionty mohou projít receptorem, zatímco metabotropní znamená, že tzv. druhý posel, nacházející se uvnitř buňky, přenese zprávu (tj. metabotropní receptory nemají kanály).  Ionotropní receptory jsou také nazývány „ligandem řízené iontové kanály“ (LGIC-Ligand-gated ion channel). a mohou být excitovány neurotransmitery (ligandy) typu glutamát a aspartát. Tyto receptory mohou být inhibovány neurotransmitery GABA a glycin.

Metabotropní receptory jsou receptory navázané na G protein (od toho je odvozeno také sekundární označení „receptory spřažené s G proteinem“).

Receptory spřažené s G proteinem nejsou ani excitační ani inhibiční, ale mají širokou škálu funkcí. Spouští modulační excitační a inhibiční akce pro iontové kanály nebo signalizační kaskády, kterými se uvolňuje vápník z kapsulí uvnitř buňky. Většina neuroreceptorů jsou spřažené s G-proteinem.

Intracelulární receptory

Pro většinu signálních molekul platí, že se do buňky nemohou dostat volnou difúzí a jejich receptory tedy leží vně buňky – extracelulární receptory.

Existují však také signální molekuly, které snadno prochází buněčnou membránou a své receptory mají uložené uvnitř buňky – intracelulární receptory.

Mezi nejznámější signální molekuly s intracelulárními receptory patří steroidní hormony (kortisol, estradiol, testosteron) nebo thyroidní hormony (thyroxin).

Významným příkladem jiné molekuly (nehormonální povahy) s intracelulárním receptorem je oxid dusnatý, který způsobuje roztahování cév.

Na základě vnitrobuněčného umístnění rozlišujeme intracelulární receptory na cytosolické, které jsou lokalizovány v cytosole a jaderné neboli nukleární, které jsou umístěny v jádře.

Regulace receptorové odpovědi: mechanismy up- a down-regulace receptorů

Díky vlastnímu autonomnímu dohledu nad metabolismem receptorů může buňka zasahovat do samotné endokrinní regulace, a to dvěma způsoby na základě počtu vystavených receptorů: Up – regulací (zvětšuje počet receptorů na membráně) a Down – regulací (snižuje počet receptorů na membráně).

Up – regulace

Pokud se dlouhodobě sníží koncentrace hormonu v určité tkáni, která je na něj citlivá, jsou její buňky schopny syntetizovat více receptorů a vystavit je na své membráně. Na membráně dochází ke zvýšení hustoty receptorů a tím k senzitivizaci buňky. Pro adekvátní reakci poté stačí, díky většímu množství receptorů na membráně, nižší koncentrace hormonů v krvi.

Down – regulace

Jde o fenomén, který nastává při dlouhodobě zvýšené koncentraci hormonů ve tkáni. Buňky poté, v závislosti na typu receptoru, inaktivují samotné receptory (internalizace nepoužitých receptorů) nebo intracelulární kaskády, které na ně navazují. Další možností je jednoduché snížení produkce.

Přehled hormonů hypotalamu, hypofýzy a jejich základních funkcí

Hypofýza neboli podvěsek mozkový je jedním z nejmenších orgánů vůbec. Je velká přibližně jako hrášek. Uložena je v tureckém sedle kosti klínové. Skládá se z adenohypofýzy (přední lalok), neurohypofýzy (zadní lalok) a hypofyzární stopky, která ji spojuje s hypotalamem (mezimozkem).

Touto stopkou vede systém kapilár, tzv. portální systém, jehož prostřednictvím je řízena adenohypofýza – přicházejí tudy regulační hormony z hypotalamu. Neurohypofýzu tvoří zakončení nervových vláken, které probíhají hypofyzární stopkou. Ráda bych zdůraznila, že neurohypofýza je pouze úložiště!

Adenohypofýza

Somatotropin (GH, dříve STH, růstový hormon) Hraje velmi důležitou roli při vývoji člověka, neboť řídí růst organismu do výšky. Pokud je v dětství jeho produkce malá, způsobuje nanismus. Pokud je naopak velká, způsobuje gigantismus. Zvýšená produkce tohoto hormonu v dospělosti zapříčiňuje akromegalii. To znamená, že budete mít velké akrální části těla. Například nos nebo prsty.

Prolaktin (PRL) Stimuluje laktaci (tvorbu mléka) v mléčné žláze u žen po porodu a zároveň snižuje tvorbu pohlavních hormonů. Hladina prolaktinu se mění i po pohlavním styku či při emocích. První mléko, které je po porodu produkováno, se nazývá kolostrum. Má vyšší obsah proteinů, ale jeho složení se postupně mění a z kolostra se stává zralé mateřské mléko.

Kortikotropin (ACTH, adrenokortikotropní hormon) Působí na kůru (kortex) nadledvin. Zvyšuje produkci glukokortikoidů, které najdeme ve střední vrstvě kůry nadledvin. Na co jsou glukokortikoidy? Produkován je hlavně kortisol, což je hormon, který je aktivní při chronickém stresu (například při studiu medicíny).

Tyrotropin (TSH) Působí na štítnou žlázu, podporuje její růst, prokrvení a produkci hormonů. Více si probereme hormony štítné žlázy níže.

Folitropin (FSH, folikulostimulující hormon) Řadíme jej mezi gonadotropní hormony (gonádotropní hormony působí na gonády, tedy pohlavní orgány). U žen podporuje růst folikulů ve vaječnících, u mužů růst varlat a produkci spermií.

Lutropin (LH, luteinizační hormon) Stejně jako folitropin, patří do skupiny gonadotropních hormonů. U žen ovlivňuje produkci ženských hormonů ve vaječnících a také vznik žlutého tělíska. U mužů ovlivňuje sekreci testosteronu.

Neurohypofýza

Antidiuretický hormon (ADH, vazopresin) Vazopresin, svým působením na propustnost sběrných kanálků ledvin, udržuje vodu v těle. Při nedostatku vody v těle se vylučuje větší množství tohoto hormonu, voda je zpětně absorbována do krevního oběhu a následně se zahušťuje moč, protože obsahuje méně vody.

Oxytocin Při porodu zapříčiňuje stahy hladké svaloviny dělohy a v době kojení působí na hladké svaly mlékovodů, aby se mléko lépe uvolňovalo.

Hypothalamus

Tvorba hormonů v nucleus arcuatus. V oblasti eminentia mediana dojde k uvolnění hormonů do první vlásečnicové sítě.

Uvolňovací (releasing) hormony = liberiny
– hormony SRH, PRH, GnRH, TRH, CRH

Tlumivé (inhibiting) hormony = statiny
– hormony somatostatin, PIH (= dopamin)

Regulace sekrece a účinky inzulinu, glukagonu a somatostatinu

Tyto hormony patří mezi hormony pankreatu. Udržují konstantní hodnotu glykémie v těle. Při hladovění, stresu nebo v průběhu tělesné námahy mobilizují energetické zásoby. Při zvýšené glykémii se starají o její odstranění z krevního oběhu. Stimulují růst.

Inzulin

Produkují ho B-buňky pankreatu. Schéma vzniku: preproinzulín → proinzulín → inzulín.

Sekrece inzulínu má pulzní charakter a jejím hlavním podnětem je zvýšení glykemie (po jídle máme vyšší hladinu glukózy v krvi). Stimulace sekrece probíhá následovně: zvýšení hodnoty plazmatické glukózy → zvýšení hodnoty glukózy v B-buňce → stoupá její oxidace, tedy i množství ATP v buňce → zavírají se energeticky řízené K+ kanály (nastává depolarizace) → napěťově řízené Ca2+ kanály se otevírají → zvýšené množství kationtů vápníku v buňce vyvolá exocytózu inzulínu a znovuotevření K+ kanálů.

Glukagon

Glukagon je peptidický hormon, je produkován A-buňkami. Vzniká z proglukagonu, je střádán v granulech a následně vydáván exocytoticky. Podnětem pro sekreci je hypoglykémie, přítomnost aminokyselin a stimulace sympatikem (stres). Sekreci inhibuje přítomnost glukózy (z jídla), somatostatin a zvýšená koncentrace MK. Je antagonistou inzulínu (opačně působící). Udržuje hladinu glukózy mezi příjmem potravy a velkou spotřebou glukózy. Podporuje glykogenolýzu (rozklad glykogenu) v játrech, glukoneogenezi (tvorba glukózy) z laktátu, AMK a glycerolu (lipolýza).

Zvýšená koncentrace AMK v plazmě podporuje sekreci inzulínu → hypoglykémie, proto při podání AMK nutno podat i glukózu, aby se AMK nezužitkovaly jako zdroj energie.

Somatostatin

Je to peptid produkovaný D-buňkami pankreatu, též v žaludku, střevě a především po jídle (reakce na zvýšené množství glukózy a Arg). Redukuje produkci HCl, zpomaluje proces trávení. Parakrinně tlumí tvorbu inzulínu. Je antagonistou gastrinu. Inhibuje glukagon (ukončuje ukládání do zásoby a snižuje glukogenezi) a celkovou exokrinní akci pankreatu.

Inzulinový receptor

Inzulin se v cílových tkáních navazuje na inzulinový receptor, uloženého na povrchu buněk. Jedná se o membránový receptor s tyrosinkinásovou aktivitou.

Struktura receptoru: Jedná se o heterotetramer, složený ze dvou alfa a dvou beta podjednotek (2+2=4 takže tetramer). Alfa i beta podjednotky jsou navzájem spojeny disulfidovým můstkem. Alfa podjednotky tvoří extracelulární část (tam se naváže inzulin). Beta podjednotky tvoří integrální a intracelulární část a mají tyrozinkinasovou aktivitu (jsou schopny jedna druhou vzájemně fosforylovat).

Hormony štítné žlázy – regulace jejich sekrece a přehled účinků

Hormony štítné žlázy jsou dva. T3 = trijodtyronin (jod v pozicích 3,3 ́,5) a T4 = tetrajodtyronin neboli tyroxin (jod v pozicích 3,3 ́,5,5 ́). Účinnější z nich je T3 a T4 lze tedy považovat za jistou zásobní, méně aktivní formu. Rozdíl je také v biologickém poločase – T3 vydrží zhruba den, T4 zhruba týden.

T4 je v játrech, ledvinách a ve všech cílových buňkách přeměňován na T3 pomocí enzymu dejodázy (mají ve své struktuře selen).

Dejodázy jsou však dvou druhů:

5 ́-dejodáza (odštěpuje jod z vnějšího kruhu) přemění T4 na T3, tedy na aktivní formu.

5-dejodáza (odštěpuje jod z vnitřního kruhu) přemění T4 na rT3 (reverzní T3), což je neaktivní forma.

Za běžných podmínek je uvolňováno stejné množství T3 i rT3. Během hladovění je třeba šetřit energií, proto se zvyšuje syntéza rT3 a je potlačena funkce 5 ́-dejodázy. Toto potlačení se ovšem neprojeví v hypofýze! Thyreotropní hormon je totiž dále produkován, což není zcela žádoucí.

Řízení sekrece
Z hypothalamu přichází na adenohypofýzu informace v podobě somatostatinu (snižuje sekreci thyreotropního hormonu) a thyreoliberinu (zvyšuje sekreci thyreotropinu).
Thyreotropní hormon stimuluje sekreci hormonů štítné žlázy (zvyšuje pool jodidů ve folikulárních buňkách, podporuje syntézu thyreoglobulinu, endocytózu koloidu a vyplavování T3 a T4 z buněk). Hormony štítné žlázy působí negativní zpětnou vazbou na vyplavování TSH a TRH.

Účinky Thyroidní hormony působí především na intermediární metabolismus – zvyšují transkripci všemožných genů, což se projevuje:

zvýšeným počtem mitochondrií v buňkách a zmnožením mitochondriálních krist (buňky potřebují více energie, aby vykonávaly všechny potřebné funkce), zvýšenou syntézou proteinů Na/K pumpy (ta je přítomna téměř ve všech buňkách, proto jsou důsledky tohoto děje rozsáhlé!), aktivuje transkripci genů, které kódují enzymy energetického metabolismu (je aktivována glykolýza, lipolýza a glukoneogeneze, aby se zvýšila nabídka jednotlivých metabolitů a energie pro buňky)

T3 obecně zvyšuje energetickou přeměnu, tedy spotřebu kyslíku a produkci tepla – kalorigenní účinek (produkci tepla stimuluje i zvýšením syntézy thermogeninu v hnědé tukové tkáni, který funguje jako rozpojovač dýchacího řetězce). Metabolismus nezvyšuje v mozku, varlatech, děloze, lymfatických uzlinách, slezině a adenohypofýze.

T3 dále podporuje jiné hormony v jejich účinku. Proto při: hypotyreóze nemají glukagon, inzulin, somatotropin a další hormony takový účinek, jako jej mají za normálního stavu.

hypertyreóze působí i menší vyplavení adrenalinu výraznější zvýšení tepové frekvence a tím i silnějšího stahu – homeometrická autoregulace = frekvenční jev = Bowditchův efekt (děje se tak „up- regulací β1 receptorů“ – T3 stimuluje jejich syntézu)

Význam T3 je především při růstu, protože stimuluje zrání kostí a mozku. Hormony štítné žlázy také stimulují vyplavování erytropoetinu z ledvin nebo jater a zvyšují tak krvetvorbu. Dále se uplatňují v metabolismu lipoproteinů, kdy stimulují zabudovávání LDL receptorů do cytoplazmatické membrány hepatocytů, čímž dochází k vychytávání LDL z krve (snížení cholesterolémie).

Hypothyreóza V dětství se hypotyreóza projeví jako kretenismus (postižení mentálního vývoje), neboť hormony štítné žlázy jsou potřebné pro správný vývoj nervové soustavy. Pozorujeme i retardaci.

V dospělosti je hypotyreóza spojena s netečností, spavostí a „pomalostí“. Hypothyroidní jedinci nesnesou chlad (trpí hypotermií), mají snížený srdeční výdej, krevní tlak a prodlouženou reflexní dobu (lze zjistit např. registrací reflexu Achillovy šlachy). Jejich kůže je suchá a chladná, v podkoží se nahromadí mnoho mukopolysacharidů – vzniká myxedém. U pacientů s hypothyreózou se zvyšuje cholesterolémie.

Hypertyreóza Jedinci s hypertyreózou jsou opakem hypothyroidních jedinců. Jsou předráždění, neklidní, třesou se, velice rychle hubnou. Jejich tepová frekvence a krevní tlak jsou zvýšeny, ale je snížen periferní odpor (vasodilatace cév). Reflexní doba je zkrácena (souvisí s přecitlivělostí), postižení jedinci špatně snáší teplo a jejich kůže je vlhká a teplá. Je u nich snížená cholesterolémie.

Kolektiv autorů