12. Endokrinní systém KPK/FYO Filip Neuls & Michal Botek

Úvod řízení a kontrola funkcí organismu: systémy nervový, humorální (hormonální) a imunitní – vzájemná spolupráce a interakce hormony jsou obvykle produktem žláz s vnitřní sekrecí (endokrinních žláz): ▫hypotalamo-hypofyzární systém ▫štítná žláza ▫příštítná tělíska ▫slinivka břišní ▫nadledviny (kůra a dřeň) ▫testes (muž), ovaria (žena)

Hormon hormon = účinná látka vylučovaná buňkami nebo tkáněmi do krve, vyvolává v cílové tkáni specifickou chemickou odpověď buňky cílových orgánů jsou vybaveny specifickými receptory obvyklé charakteristiky hormonů: ▫cílený efekt – hormon působí na cílovou tkáň ▫specifičnost účinku – dána receptory v cílové tkáni ▫vysoká účinnost – k vyvolání účinku stačí minimální koncentrace hormonu od hormonů je třeba odlišit lokální hormony (např. D.N.E.S.), působící parakrinně nebo autokrinně; neurotransmittery (uvolňují se v synapsích), vyvolávající v cílové tkáni elektrickou odpověď; enzymy – katalyzátory reakcí působící v místě svého vzniku

Chemická struktura hormonů chemická struktura zásadně ovlivňuje mechanismus účinku hormonu: proteinové, peptidové a aminokyselinové hormony ▫receptory mají na povrchu buněk, neboť neprojdou buněčnou membránou; navázáním hormonu na receptor se aktivuje celá kaskáda reakcí vedoucí ke zprostředkování účinku hormonu steroidní hormony ▫deriváty cholesterolu, mohou procházet membránou, receptor mají v cytoplazmě cílové buňky, navážou se na něj a celý komplex je transportován do jádra hormony štítné žlázy ▫chemicky jde o AK s navázaným jodem (I), díky čemuž prostupují buněčnou membránou a působí přímo na receptory v jádře

Příklad účinku nesteroidních hormonů (vážou se na povrch buněk): hormon ( first messenger ) se váže na receptor navázáním se aktivuje spřažený G-protein, který aktivuje enzym adenylátcyklázu ten z ATP vytvoří cAMP ( cyklický adenosinmonofosfát, second messenger ) cAMP aktivuje proteinkinázu a návazně kaskádu dalších enzymů, které spustí proteosyntézu v jádře

Řízení činnosti endokrinních žláz základní princip regulace = zpětná vazba nejčastěji negativní zpětná vazba ▫jednoduchá ▫složitá ▫komplexní pozitivní zpětná vazba - zvýšená sekrece hormonu zvětší vyvolané změny, čímž se dále zvětšují změny vyvolané hormonem (oxytocin během porodu*, ovulace) *na konci těhotenství se začne děloha působením hormonů kontrahovat, čímž vyvolá sekreci oxytocinu, což zvýší stahy dělohy a zvětšené stahy dále zvyšují sekreci oxytocinu – tento „začarovaný kruh“ vede ke kvalitativní změně, tj. porodu

jednoduchá zpětná vazba: produkce hormonu je regulována změnou (v chemickém složení krve) vyvolanou hormonem (př. glykémie řízená inzulínem a glukagonem, kalcémie řízená kalcitoninem a parathormonem) složitá zpětná vazba: produkce hormonu je regulována koncentrací hormonu v periferní krvi; uplatňuje se u hormonů ovlivňovaných nadřazenou endokrinní žlázou (př. hormony štítné žlázy) komplexní zpětná vazba: řídí adenohypofýzu regulačními hormony z hypotalamu a vlivy CNS žláza tkáň hormon vyvolaná metabolická změna žláza tkáň hladina hormonu v krvi nadřazená centra CNS hypotalamus adenohypofýza periferní žlázy tkáně (efektor) nervové vlivy regulační hormony (faktory) tropní hormony hormony periferních žláz

Poruchy funkce endokrinních žláz hypofunkce žlázy = snížená produkce hormonu ▫vrozené poruchy, změny v prokrvení, záněty, enzymatické poruchy aj. hyperfunkce žlázy = zvýšená produkce hormonu ▫zvýšená stimulace z nadřazené žlázy, hyperplazie žlázy, nádor (i některé nádory mohou produkovat hormony) aj. periferní poruchy (při postižení periferní žlázy), centrální poruchy (při postižení nadřazené žlázy), tkáňové poruchy (např. nepřítomnost receptoru v cílové tkáni)

Hypotalamus sbírá informace z celého organismu i ze systému nervového, humorálního i imunitního ▫o vnitřním prostředí organismu (má receptory pro monitorování koncentrace živin, elektrolytů, vody, teploty) ▫o okolí (čichové vjemy, bolest) ▫o emocích a stresu na tyto informace reaguje vyplavováním faktorů dvojího typu, které ovlivňují adenohypofýzu: ▫inhibiční faktory (hormon-inhibiting factors, statiny) ▫uvolňující faktory (releasing factors, liberiny) dále produkuje hormony následně uskladněné v neurohypofýze

Hypofýza (podvěsek mozkový) dělí se anatomicky i funkčně na adenohypofýzu a neurohypofýzu adenohypofýza (přední lalok), její hormony jsou většinou glandotropní, tj. ovlivňují činnost jiných endokrinních žláz neurohypofýza (zadní lalok) je výběžkem hypotalamu, jehož hormony skladuje a vydává do oběhu

Hormony adenohypofýzy HormonCílová tkáňFunkce růstový hormonjátra, tuková tkáňrůst, dělení buněk proteoanabolismus, lipolýza, metabolismus cukrů prolaktinmléčná žlázaprodukce mléka, blokáda 0variálního cyklu během laktace adrenokortikotropní hormon kůra nadledvinřízení sekrece glukokortikoidů tyreotropní hormonštítná žlázařízení sekrece hormonů štítné žlázy folikuly stimulující hormon pohlavní žlázyrůst folikulů ve vaječnících, spermiogeneze luteinizační hormonpohlavní žlázyřízení sekrece pohlavních hormonů, ovulace

Růstový hormon (STH) somatotropní hormon, growth hormone (GH) hormon bílkovinné povahy, sekrece se zvyšuje zejména ve spánku působí přímo na adipocyty, stimuluje je k odbourávání triglyceridů, přímý lipolytický účinek – tuky jako zdroj energie pro anabolické reakce (růst), zároveň šetří glukózu v játrech podporuje vznik somatomedinu (insulin-like growth factor 1, IGF-1), který zprostředkuje růst téměř všech tkání v těle podporuje růst svalové hmoty, pojivové tkáně, kostí, chrupavek poruchy: ▫gigantismus – při hyperfunkci, nadměrný vzrůst ▫akromegalie – při hyperfunkci po uzávěru růstových chrupavek, růst akrálních (okrajových) partií – brada, nos, ruce, nohy, jazyk... ▫nanismus – při hypofunkci, trpasličí vzrůst

Prolaktin (PRL) během těhotenství připravuje mléčnou žlázu ke kojení odpovídá za tvorbu mléka po porodu, blokuje ovulaci během kojení (přerušení menstruačního cyklu) pravděpodobné metabolické účinky, stresový hormon – hladina PRL se zvyšuje při stresu PRL u muže podporuje LH-receptory v Leydigových buňkách, tím se podílí na stimulaci tvorby testosteronu příliš mnoho PRL vede k amenoree a impotenci

Adrenokortikotropní hormon (ACTH) působí na kůru nadledvin a zvyšuje sekreci glukokortikoidů secernován v podobě velké molekuly, „big mama“ (proopiomelanokortin), která se štěpí za vzniku ACTH a několika dalších menších molekul: ▫lipotropiny – slabý lipolytický účinek, mohou se měnit na beta-endorfiny ▫beta-endorfiny, met-enkefaliny – opioidní peptidy, zmírňují bolest, mají euforizující účinky ▫melanocyty stimulující hormon (MSH) – pomáhá regenerovat sítnicové barvivo (rodopsin), v závislosti na slunečním záření ovlivňuje pigmentaci pokožky

Tyreotropní hormon (TSH) též tyreoideu stimulující hormon řídí tvorbu a sekreci hormonů štítné žlázy

Folikuly stimulující hormon (FSH) u žen: způsobuje růst folikulů ve vaječnících před ovulací u mužů: podporuje spermiogenezi

Luteinizační hormon (LH) stimuluje sekreci pohlavních hormonů u ženy: stimuluje ovaria k produkci estrogenů, vyvolává ovulaci (ve folikulární fázi prudký vzestup LH) u muže: váže se na receptory Leydigových buněk a stimuluje sekreci testosteronu

Hormony neurohypofýzy peptidové hormony velmi podobného složení, které vznikají v hypotalamu (nucleus supraopticus a nucleus paraventricularis) ▫antidiuretický hormon (vazopresin, adiuretin) ▫oxytocin oba hormony mají kromě řady funkcí (viz dále) i neuromodulační účinky, ovlivňují činnost mozku; ADH zvyšuje výbavnost paměťové stopy (zlepšuje paměť), oxytocin výbavnost snižuje

Antidiuretický hormon (ADH) zvyšuje propustnost distálního tubulu a sběracího kanálku v ledvinách pro vodu (zvyšuje její zpětnou resorpci), čímž snižuje diurézu stimuluje činnost Na-K pumpy podílí se na vazokonstrikci (odtud vazopresin), čímž zvyšuje tlak – u člověka ale zanedbatelné sekrece je řízena koncentrací tekutiny v organismu (osmoreceptory v hypotalamu), při nedostatku vody (zvýšená osmolarita) se vylučuje více ADH – zvýšená resorpce vody v ledvinách snížená sekrece ADH: diabetes insipidus (úplavice močová, žíznivka), polyurie až 30 l/den, riziko dehydratace

Oxytocin vyvolává kontrakce dělohy na konci gravidity po porodu způsobuje ejekci mléka má pravděpodobný vliv na vývoj mateřského chování u všech savců (vč. člověka) u mužů usnadňuje ejakulaci uvolňuje se též po stimulaci vaginy, v menší míře při dotycích, bývá nazýván hormonem lásky či důvěry

Štítná žláza (glandula thyroidea) produkce T4 (tyroxin, je účinnější) a T3 (trijodtyronin), řízena nabídkou jódu a řídícími hormony z hypotalamu a hypofýzy jód je ve štítné žláze aktivně vychytáván jodidovou pumpou, hormony skladovány vazbou na tyreoglobulin funkce: ▫zvyšují bazální metabolismus, tím i spotřebu O 2 a tvorbu zbytkového tepla ▫stimulují proteosyntézu a růst ▫stimulují metabolismus sacharidů i tuků (zdroje energie pro zvýšený metabolismus) ▫zvyšují SF a minutový objem srdeční (zajištění přísunu O 2 k pokrytí zvýšených metabolických potřeb ▫ovlivňují vývoj nervového systému

Poruchy sekrece obecný příznak poruchy – vzniká struma (vole) hypertyreóza – např. Basedowova-Gravesova choroba; nesnášenlivost tepla, pocení, úbytek hmotnosti, průjmy, nervozita, třes, svalová slabost, tachykardie; vedoucí symptomy (tzv. Basedowova trias): struma, tachykardie, exoftalmus hypotyreóza – v dětství vede ke kretenismu (ireverzibilní poruchy růstu a intelektu), např. při nedostatku jódu*; v dospělosti slabost, spavost, nesnášenlivost chladu, snížený metabolismus, otylost, zácpa, bradykardie, zpomalené reflexy i myšlení (otupělost), suchá kůže aj. *nedostatek jódu ve vodě ve vyšších geografických polohách, dříve častější endemický kretenismus např. Alpy (Tyrolsko), u nás Valašsko, dnes prevence v podobě jodidované soli

Hormony spojené s metabolismem Ca kalcitonin (ze štítné žlázy), parathormon (z příštítných tělísek), vitamín D (relativně nově řazen mezi hormony, v těle se přeměňuje na aktivní metabolit) Ca se do těla dostává potravou, vstřebává se v tenkém střevě za přítomnosti tuků, vstřebávání významně ovlivňuje i laktóza (proto se Ca z mléka vstřebává nejsnadněji) vylučování Ca – ledviny, pot, trávicí trakt; souvisí s metabolismem fosfátů 99 % uloženo v kostech a zubech, 1 % v extracelulární tekutině kalcémie 2,23-2,7 mmol/l, denní potřeba mg/den (ekvivalent cca 1 l mléka/den) další funkce Ca: působí jako druhý posel (zprostředkovává účinek hormonů navázaných na membránový receptor), aktivuje některé enzymy, umožňuje svalový stah, srážení krve (součást koagulační kaskády), normální činnost srdce, upravuje nervovou vzrušivost

Kalcitonin produkt parafolikulárních buněk štítné žlázy snižuje kalcémii hlavní úloha – ochrana kostní tkáně matky během těhotenství způsoby snižování kalcémie: ▫inhibice kostní resorpce a podpora ukládání Ca do kostí ▫snižuje zpětné vstřebávání Ca v ledvinných tubulech ▫tlumí vliv parathormonu na kostní tkáň sekrece kalcitoninu může být stimulována glukagonem i např. estrogeny (zvýšená sekrece kalcitoninu v těhotenství a osteoporóza v menopauze)

Parathormon nejdůležitější regulátor kalcémie, tvořen ve 4 příštítných tělískách (glandula parathyroidea) ▫zvyšuje a udržuje kalcémii ▫zvyšuje resorpci Ca z kostí ▫zvyšuje zpětné vstřebávání Ca v ledvinách ▫snižuje vstřebávání fosfátů v ledvinách ▫v ledvině působí na přeměnu neaktivního metabolitu vitamínu D na aktivní hypoparatyreóza – snížená sekrece, pokles kalcémie vedoucí ke zvýšené nervosvalové dráždivosti – hypokalcemická tetanie, spasmy (křeče svalů nohy a ruky) hyperparatyreóza – zvýšená sekrece, zvýšená kalcémie (více se vyplavuje Ca z kostí), zlomeniny, osteoporóza, tvorba vápenných močových kamenů

Kalcitriol (vitamín D 3 ) vitamín D 3 vzniká v kůži ze 7- dehydrocholesterolu vlivem slunečních UV paprsků nebo získán z potravy (př. rybí tuk), v ledvinách vzniká za účasti parathormonu aktivní kalcitriol účinek: zvyšuje kalcémii (spolupůsobí s parathormonem), zvyšuje resorpci Ca ve střevě, zvyšuje ukládání Ca do novotvořených kostí a usnadňuje vstřebávání vápníku z kostí odbourávaných rachitis (křivice) – při nedostatku vitamínu D v potravě, UV záření

Slinivka břišní (pankreas) má exokrinní i endokrinní sekreci endokrinní část tvoří Langerhansovy ostrůvky: ▫alfa-buňky – produkují glukagon ▫beta-buňky – produkují inzulín ▫delta-buňky – produkují somatostatin a gastrin

Inzulín hormon bílkovinné povahy, tvořen 2 řetězci AK spojenými disulfidickými můstky; aktivní metabolit obsahuje Zn zvýšená hladina glukózy v krvi stimuluje sekreci inzulínu hlavní funkce: snižuje glykémii a zvyšuje utilizaci glukózy: ▫zvyšuje prostupnost membrán pro glukózu a aktivitu buněčných enzymů odpovídajících za zpracování glukózy ▫zvyšuje tvorbu glykogenu ▫zvyšuje tvorbu tuků z glukózy (lipogeneze) ▫snižuje katabolismus tuků a bílkovin

Hypoglykémie a hyperglykémie hypoglykémie při zvýšené sekreci inzulínu, příznaky: ▫zvýšený příjem potravy (při dlouhodobé lehké hypoglykémii se postupně vyvíjí obezita) ▫ovlivnění CNS (zmatenost, slabost, ospalost, závratě, bezvědomí) ▫celkový metabolický rozvrat a snaha organismu o kompenzaci (třes, pocení, bledost - vliv aktivace parasympatiku) hyperglykémie při snížené sekreci, vede k diabetes mellitus (úplavice cukrová), příčina: ▫nedostatečná produkce inzulínu (IDDM, insulin-dependent) ▫necitlivost tkání na inzulín (NIDDM, non-insulin-dependent) příznaky: ▫glykosurie, polyurie a žíznivost (glukóza je osmoticky aktivní) ▫snížení utilizace glukózy, což vede i k poruše metabolismu tuků (zvýšené odbourávání, vznik ketolátek, porušení acidobazické rovnováhy) a bílkovin (zhoršené hojení ran)

Glukagon hlavní funkce – zvyšování glykémie zvyšuje glykémii zvýšením glykogenolýzy v játrech (ne ve svalech) zvyšuje glukoneogenezi zvyšuje sekreci inzulinu sekrece se zvyšuje při fyzické zátěži organizmu

Řízení metabolismu cukrů několikanásobné řízení hladiny krevního cukru: ▫inzulín – jediný glykémii snižuje ▫glukagon ▫glukokortikoidy ▫hormony štítné žlázy ▫katecholaminy ▫růstový hormon vyšetření – OGTT (oral glucose tolerance test), stanovení glykemické křivky

Dřeň nadledvin syntetizuje katecholaminy (deriváty AK tyrosinu): ▫adrenalin (epinefrin) ▫noradrenalin (norepinefrin) taktéž v sympatických gangliích a mozku (sekrece stačí i bez nadledvin) sekreci posiluje mnoho podnětů, v podstatě jakákoli zátěž (stres): cvičení, hypoglykémie, trauma A/NA patří mezi stresové hormony, jejich hladina se při poplachové reakci výrazně zvyšuje (reakce typu fight or flight, útok nebo útěk) nástup účinku je velmi rychlý

Adrenalin hlavní hormon stresové poplachové reakce účinky zprostředkovány receptory na povrchu buněk receptorů je více typů, adrenalin tak má různé účinky v různých tkáních; alfa-receptory spíše stimulující (např. vazokonstrikční) účinek, beta-receptory spíše inhibující (např. inhibují tonus ve svalovině bronchů, čímž způsobují bronchodilataci) Adrenalin působí: ▫na myokard – pozitivně inotropně, chronotropně, dromotropně a bathmotropně ▫na koronární arterie – vazodilatačně ▫na cirkulaci – dilatují se cévy kosterních svalů a mozku, zvyšuje se srdeční výdej, stoupá systolický tlak, větší dávka vyvolá vazokonstrikci v kožní a útrobní oblasti ▫na bronchy – bronchodilatace ▫na metabolismus – aktivuje glykogenolýzu, zvyšuje utilizaci LA ▫snižuje sekreci a motilitu trávicího traktu

Poplachová reakce

Noradrenalin převažují stimulující účinky: ▫na myokard – hlavně pozitivně inotropní účinek (zesiluje kontrakci) ▫na koronární arterie – vazodilatace ▫na cirkulaci – vazokonstrikce ve svalech i v CNS, zvyšuje krevní tlak systolický i diastolický ▫na metabolismus – aktivuje katabolismus lipidů

Kůra nadledvin produkuje 30 steroidních hormonů vznikajících z cholesterolu: ▫mineralokortikoidy (aldosteron) ▫glukokortikoidy (kortizol) ▫pohlavní hormony (dehydroepiandrosteron, androgeny, méně estrogeny a progesteron)

Aldosteron pro život zcela nezbytný, při jeho nepřítomnosti nastává smrt během několika dní (selhání srdce pro nedostatečný objem cirkulující krve, šok – příčinou je nedostatek Na a nadbytek K v krvi); funkce: ▫zadržuje v těle sodík a s ním i vodu ▫zvyšuje vylučování draslíku do moči zvyšuje krevní tlak zvýšením objemu krevní plazmy sekrece řízena koncentrací Na a K, dále viz RAA systém

Kortizol při jeho nepřítomnosti není organismus schopen reagovat na jakýkoli stres nejdůležitější jsou účinky metabolické, cílem je udržení euglykémie, funkce: ▫stimulace glukoneogeneze, snižuje využití glukózy ve svalech, nepřímo (přes glukagon) způsobuje glykogenolýzu ve svalech a v játrech ▫aktivuje lipolýzu – do krve se vyplavují mastné kyseliny i cholesterol ▫zvyšuje katabolismus bílkovin (při delším trvání sekrece může způsobit svalovou slabost) ▫působí protizánětlivě, antialergicky a imunosupresivně ▫cirkadiánní sekrece – tzv. „kortizolový budíček“ (cortisol awakening response) ▫nežádoucí účinky – osteoporóza, ztenčení kůže (strie), zvyšuje krevní tlak, stimuluje sekreci žaludeční HCl (vznik „stresových žaludečních vředů“)

Další důležité hormony melatonin ▫tvoří se převážně v noci v epifýze (šišince), informuje o vnitřním čase, nastavuje a synchronizuje biologické hodiny, ovlivňuje rytmus spánek-bdění (jako lék se může využít např. při zmírnění syndromu jet-lag, k zlepšení kvality spánku u starých lidí), zpomaluje stárnutí, je protirakovinný leptin ▫tvořen v tukové tkáni, účinkuje jako signál regulující zásoby tělesného tuku (sníží chuť k jídlu, zvýší energetický výdej, zvýší tonus sympatiku, což vede ke zvýšenému katabolismu živin; porucha tvorby či poškození leptinových receptorů v hypotalamu může vést k extrémní obezitě) atriální natriuretický faktor (ANF) ▫tvoří se v myokardu síní při natažení svalových buněk (např. zvětšeným krevním objemem); způsobuje zvýšené vylučování Na + v ledvinách, tím se zvýší ztráty vody a sníží objem extracelulámí tekutiny

Shrnutí, klíčová slova endokrinní žlázy hormon receptor chemická struktura hormonů zpětná vazba hypotalamus ▫liberiny, statiny adenohypofýza ▫STH, PRL, ACTH, TSH, FSH, LH somatomedin (IGF-1) neurohypofýza ▫ADH, oxytocin štítná žláza ▫tyroxin, trijodtyronin, kalcitonin příštítná tělíska ▫parathormon kalcitriol (vitamín D) pankreas ▫inzulín, glukagon hyperglykémie, hypoglykémie řízení metabolismu cukrů dřeň nadledvin ▫adrenalin, noradrenalin kůra nadledvin ▫aldosteron, kortizol melatonin, leptin, ANF

Samostudium metabolismus kostní tkáně (osteocyty, osteoblasty, osteoklasty)

Doporučená literatura Ganong, W. F. (2005). Přehled lékařské fyziologie. Praha: Galén. Kittnar, O. et al. (2011). Lékařská fyziologie. Praha: Grada. Koolman, J., & Röhm, K.-H. (2012). Barevný atlas biochemie. Praha: Grada. Langmeier, M. et al. (2009). Základy lékařské fyziologie. Praha: Grada. Máček, M., Radvanský, J. et al. (2011). Fyziologie a klinické aspekty pohybové aktivity. Praha: Galén. Rokyta, R. et al. (2000). Fyziologie pro bakalářská studia v medicíně, přírodovědných a tělovýchovných oborech. Praha: ISV. Silbernagl, S., & Despopoulos, A. (2004). Atlas fyziologie člověka. Praha: Grada. Trojan, S. et al. (2003). Lékařská fyziologie. Praha: Grada. e-kniha Lehnert, M. et al. (2014). Kondiční trénink. Olomouc: Univerzita Palackého. (kapitoly 1-6: fyziologické aspekty kondičního tréninku)