Endocrien stelsel - ondersteunende tekst PDF

HOOFDSTUK 15 HET ENDOCRIEN STELSEL (Hoofdstuk 46 in het handboek) Naast het zenuwstelsel speelt het endocrien stelsel een belangrijke rol bij de interne communicatie tussen lichaamscellen. De chemische boodschappers worden in dit geval hormon...

HOOFDSTUK 15 HET ENDOCRIEN STELSEL (Hoofdstuk 46 in het handboek) Naast het zenuwstelsel speelt het endocrien stelsel een belangrijke rol bij de interne communicatie tussen lichaamscellen. De chemische boodschappers worden in dit geval hormonen genoemd. 1. Signalisatie via chemische boodschappers 1.1. Neurale signalisatie Neuronen geven aan hun axonuiteinde chemische moleculen af in de synaptische spleet, in de onmiddellijke nabijheid van de doelwitcel (ander neuron, spier, klier). Deze boodschappermoleculen worden neurotransmitters genoemd. Deze vorm van communicatie is uiterst snel, maar beperkt van cel tot cel. 1.2. Endocriene signalisatie Een endocriene klier geeft haar chemische boodschappermoleculen, de hormonen, af aan de bloedstroom. Van daaruit bereiken ze het hele lichaam. Specifieke receptoren op de doelwitorganen zorgen ervoor dat enkel zij reageren op het signaal. Sommige moleculen, zoals noradrenaline, fungeren zowel als neurotransmitter als hormoon. Sommige hormonen worden door neuronen gesecreteerd, we spreken dan van neurohormonen. 1.3. Paracriene signalisatie Sommige chemische boodschappermoleculen oefenen hun effect uit in hetzelfde orgaan als waar de secreterende cellen zich bevinden. Ze worden dus niet in het bloed afgegeven, maar diffunderen in het interstitieel vocht naar de omringende cellen. In dat geval spreken we van een paracriene interactie. Typische voorbeelden hiervan zijn cytokines, prostaglandines en groeifactoren. 165 1.4. Feromonen Tenslotte zijn er ook chemische boodschappermoleculen die niet dienen voor de communicatie binnenin een organisme maar tussen verschillende organismen. Het gaat in dat geval om feromonen. 2. Soorten hormonen Er bestaan heel veel verschillende hormonen, maar chemisch gezien kunnen ze in enkele grote groepen ondergebracht worden. 2.1. Polypeptiden en glycoproteïnen Deze hormonen bestaan allemaal uit een keten van aminozuren. Polypeptiden, zoals insuline en ADH, zijn korter dan glycoproteïnen, zoals FSH en LH, die bestaan uit langere ketens waar bovendien nog koolhydraatgroepen op vastzitten. 2.2. Amines Dit zijn heel eenvoudige moleculen die rechtstreeks afgeleid zijn van aminozuren. Catecholamines en schildklierhormonen zijn afgeleid van het aminozuur tyrosine. Melatonine is afgeleid van het aminozuur tryptofaan. 2.3. Steroïden Deze hormonen zijn afgeleid van cholesterol. Hierbij vinden we de geslachtssteroïden testosteron, oestradiol en progesteron, evenals de hormonen van de bijnierschors: de glucocorticoïden en de mineralocorticoïden. Evolutionair gezien is het zo dat de structuur van een bepaald amine of steroïdhormoon identiek is bij alle diersoorten. De meeste peptidehormonen en de glycoproteïnen zijn daarentegen soortspecifiek: het insuline van een kat, een rat, een varken,... verschilt telkens in enkele aminozuren. Voor wat de werking betreft, is het belangrijk een onderscheid te maken tussen hormonen die lipofiel (hydrofoob) zijn, namelijk de steroïden en de schildklierhormonen, en hormonen die hydrofiel (lipofoob) zijn, meer bepaald alle peptiden en glycoproteïnen en de meeste amines. 166 3. Cellulair werkingsmechanisme van hormonen Lipofiele hormonen kunnen gemakkelijk doorheen de vetrijke celmembraan. Hun receptoren zijn binnen in de cel gelegen. De receptoren voor wateroplosbare hormonen daarentegen zijn op de celmembraan gelegen, zodat de hormonen kunnen binden zonder de cel binnen te komen. 3.1. Steroïden en schildklierhormonen Het hormoon dringt de cel binnen en bindt aan zijn receptor in het cytoplasma of in de kern. Deze receptoren fungeren vervolgens als een transcriptiefactor. Het hormoon-receptor complex bindt zich aan het DNA ter hoogte van het hormoonresponsief element van een bepaald gen en activeert (of inhibeert) zo de gentranscriptie. Deze mechanismen zijn in detail geïllustreerd voor steroïden en voor schildklierhormonen (zie ppt). 3.2. Wateroplosbare hormonen Het hormoon bindt ter hoogte van het celoppervlak aan zijn receptor, veelal een G proteïne- gekoppelde receptor. Hierdoor wordt de receptor geactiveerd om aan de cytoplasmatische kant van de celmembraan het signaal door te geven via secundaire boodschappermoleculen. Verschillende systemen zijn hierbij bekend, waaronder cyclisch AMP en inositoltrifosfaat/Ca++. Wateroplosbare hormonen kunnen ook werken via rechtstreekse binding aan ionenkanalen. Het bestaan van verschillende receptoren voor een zelfde hormoon, met daaraan gekoppeld verschillende secundaire boodschappersystemen, laat toe dat een zelfde hormoon in verschillende celtypes een verschillende activiteit op gang brengt. 4. Hypofyse en hypothalamus De hypofyse wordt beschouwd als de centrale klier van het endocrien stelsel. De hormonen door de hypofyse afgegeven controleren de werking van zowat alle andere endocriene klieren in het lichaam. De hypofyse staat echter op haar beurt ook nog onder de stimulerende/inhiberende invloed van de hypothalamus. 167 De hypofyse ontstaat embryonaal uit twee verschillende delen. Een uitstulping van de onderkant van de hypothalamus groeit naar een uitstulping van de bovenkant van de mondholte toe. Ze worden respectievelijk de neurohypofyse en de adenohypofyse. 4.1. Neurohypofyse De neurohypofyse bestaat grotendeels uit axonen waarvan de cellichamen in de hypothalamus liggen. Daar worden twee neurohormonen gesynthetiseerd: antidiuretisch hormoon en oxytocine. - Antidiuretisch hormoon (ADH) zorgt voor een verhoogde reabsorptie van water in de nieren en voorkomt dus uitdroging. - Oxytocine staat bij zoogdieren vooral in voor de contractie van de melkklieren bij het zogen en voor de contractie van de baarmoeder bij de geboorte. Beide hormonen worden na synthese in de hypothalamus tijdelijk opgeslagen in de axonen in de neurohypofyse en vrijgesteld in antwoord op signalen vanuit het lichaam. Hierbij speelt het principe van de negatieve feedback een belangrijke rol. Voor ADH is dit geïllustreerd (zie ppt). 4.2. Adenohypofyse De adenohypofyse bestaat vooral uit cellen waar de verschillende hormonen geproduceerd worden, elk in zijn eigen celtype. Het zijn vooral hormonen die de groei en/of werking van een perifere endocriene klier stimuleren. - Adrenocorticotroop hormoon (ACTH) of corticotropine stimuleert de adrenale cortex tot productie van glucocorticoïden en mineralocorticoïden. - Thyroïdstimulerend hormoon (TSH) of thyrotropine stimuleert de schildklier tot productie van thyroxine. - Luteïniserend hormoon (LH) stimuleert bij vrouwelijke vertebraten de ovulatie en bij zoogdieren bovendien de groei van het corpus luteum. Bij mannelijke dieren stimuleert het de productie van androgenen in de testis en de ontwikkeling van de secundaire geslachtskenmerken. - Follikelstimulerend hormoon (FSH) stimuleert de ontwikkeling van de eicellen en de zaadcellen in de gonaden. FSH en LH worden samen ook de gonadotropines genoemd. - Groeihormoon (GH) of somatotropine stimuleert de groei van spieren en beenderen. 168 - Prolactine (PRL) stimuleert de melkklieren bij zoogdieren tot melkproductie. Verder stimuleert het bij vele vertebraten handelingen betrokken bij de ouderzorg. Bij vissen en amfibieën speelt het ook een rol bij de osmoregulatie. - Melanocytenstimulerend hormoon (MSH) stimuleert de productie en de spreiding van melanine in de huid bij heel wat vertebraten, waardoor de kleur donkerder wordt. 4.3. Hypothalamus De hypothalamus controleert de synthese en vrijstelling van hormonen in de adenohypofyse via een reeks neurohormonen, waaronder zowel stimulerende (releasing) hormonen als inhiberende hormonen. Deze worden in specifieke neuronen van de hypothalamus aangemaakt en afgegeven in capillairen aan de basis van de hypofyse. Van daaruit vertrekken ze via enkele venes, de portaalvaten, doorheen de hypofysesteel naar een tweede capillair netwerk in de adenohypofyse. Deze organisatie vormt het hypothalamo- hypofysair portaalsysteem. De wisselwerking tussen hypothalamus, hypofyse en perifere endocriene klieren (samen een hormonale as) is algemeen weergegeven en meer specifiek voor de schildklieras in de ppt. 5. Perifere endocriene klieren 5.1. Schildklier en bijschildklieren De schildklier of glandula thyroïdea is gelegen in de halsstreek. Ze produceert vooral thyroxine, een hormoon afgeleid van tyrosine. Het bevat vier joodatomen per molecule, vandaar ook de naam tetrajoodthyronine of T4. In mindere mate wordt ook trijoodthyronine of T3 gevormd. Schildklierhormonen zijn heel belangrijk voor de embryonale ontwikkeling en de groei. Dit is het meest extreem zichtbaar bij amfibieën, waar ze onontbeerlijk zijn voor de metamorfose. Verder stimuleren schildklierhormonen het basaal metabolisme en ze regelen mee de lichaamstemperauur bij endothermen. Vermits jood een essentieel bestanddeel is van schildklierhormonen, verstoort een tekort aan jood in de voeding de werking van de schildklier. Dit kan in extreme gevallen leiden tot een kropgezwel (goiter) en tot cretinisme. Bepaalde cellen binnen de schildklier gelegen secreteren een ander hormoon, het calcitonine. Dit is de tegenhanger van het parathormoon, dat geproduceerd wordt door de bijschildklieren (glandulae parathyroïdeae). Beide hormonen regelen samen de Ca++ spiegel 169 in het bloed, waarbij parathormoon de Ca++ spiegel verhoogt en calcitonine de spiegel verlaagt. 5.2. Bijnieren De bijnieren (glandulae adrenales) zijn gelegen juist boven elke nier. Ze bestaan uit een binnenste en een buitenste deel, die van verschillende oorsprong zijn. Het bijniermerg (adrenale medulla) is ontstaan uit neuro-ectodermaal weefsel en staat onder rechtstreekse invloed van het sympatisch zenuwstelsel. Het bijniermerg produceert en secreteert adrenaline (epinephrine) en noradrenaline (norepinephrine) in respons op een alarmsituatie en helpt dus het lichaam voorbereiden op de “fight or flight” reactie. De bijnierschors (adrenale cortex) produceert verschillende steroïden, die samen cortico(stero)ïden genoemd worden. Naargelang hun functie worden ze ingedeeld in glucocorticoïden en mineralocorticoïden. Corticosteron en cortisol zijn glucocorticoïden die gesecreteerd worden na stimulatie van de bijnier door ACTH. Ze verhogen de glucosespiegel in het bloed via stimulatie van de gluconeogenese, waarbij glucose wordt gevormd vanuit aminozuren. Verder spelen ze ook een rol in het immuunsysteem, waar ze ontstekingsremmend optreden. Aldosteron is een mineralocorticoïd dat helpt de ionenbalans in evenwicht te houden. Dit gebeurt via stimulatie van de reabsorptie van Na+ uit de urine en de secretie van K+ in de urine ter hoogte van de nieren. De secretie van aldosterone staat hoofdzakelijk onder invloed van angiotensine II uit de nieren. 5.3. Pancreas De pancreas is in feite hoofdzakelijk een exocriene klier met een centrale rol in het spijsverteringsstelsel. Verspreid in de pancreas zitten echter groepjes endocriene cellen, de eilandjes van Langerhans. Daarin secreteren de  cellen glucagon, terwijl de  cellen insuline secreteren. Insuline zorgt na een maaltijd voor het verlagen van de glucosespiegel in het bloed, terwijl glucagon wanneer nodig de glucosespiegel in het bloed doet stijgen. Diabetes mellitus of suikerziekte is een ziektetoestand waarbij door een gebrek aan insuline of insulinereceptoren (diabetes type I of II) te veel glucose in het bloed blijft circuleren na elke maaltijd. De endocriene werking van de gonaden wordt besproken in het hoofdstuk over de voortplanting. De epifyse produceert melatonine, dat een rol speelt in de regeling van het bioritme. Tal van andere organen in het lichaam bevatten endocriene cellen die hormonen produceren, onder meer de maag, de darmen, de nieren, de thymus, de huid... 170 6. Hormonen bij Insecta en Crustacea Over de aanwezigheid van hormonen, hun structuur en hun werking is bij invertebraten relatief weinig gekend. Dit komt onder meer door de combinatie van het feit dat deze dieren meestal klein zijn en hormonen maar in geringe hoeveelheid geproduceerd worden, zodat de opzuivering moeizaam verliep. Recent wordt via heel gevoelige scheidings- en identificatietechnieken wel sterke vooruitgang geboekt in dit domein. Het best bekende endocrien geregelde proces bij invertebraten is echter nog steeds de regeling van de vervelling bij Arthropoda, vooral dan bij Insecta en Crustacea. 6.1. Insecta Wanneer de correcte interne en externe stimuli aanwezig zijn, zal het centraal zenuwstelsel van een insect gestimuleerd worden tot de productie van ecdysiotropine. Dit neurohormoon wordt via axonen vervoerd naar de corpora cardiaca die geassocieerd zijn met de cerebrale ganglia. Die secreteren het prothoracotroop hormoon dat op zijn beurt de prothoracale klieren gaat stimuleren tot de synthese en productie van ecdyson, het vervellingshormoon. Het feit of de daaropvolgende vervelling een larvale vervelling zal zijn dan wel de vervelling tot pop of adult, wordt gecontroleerd door het juveniel hormoon dat geproduceerd wordt in de corpora allata. Zijn er hoge concentraties juveniel hormoon aanwezig, dan krijgen we een larvale vervelling. Metamorfose treedt op wanneer de concentraties aan juveniel hormoon laag zijn. De larve vervelt tot pop, die op haar beurt tot adult vervelt. Volwassen insecten vervellen niet meer. 6.2. Crustacea In tegenstelling tot de situatie bij Insecta, staat de vervelling bij Crustacea zowel onder een inhiberende als onder een stimulerende hormonale invloed. Bij afwezigheid van de nodige stimuli produceert het X-orgaan, gelegen in de nabijheid van de ogen, het vervellings- inhiberend hormoon. Dit hormoon onderdrukt de synthese van ecdyson in het Y-orgaan dat gelegen is aan de basis van de antennes of van de monddelen. Wanneer op een bepaald ogenblik de correcte stimuli wél aanwezig zijn, dan zal vanuit het centraal zenuwstelsel de productie van het vervellings-inhiberend hormoon onderdrukt worden, waardoor de synthese en vrijstelling van ecdyson uit het Y-orgaan op gang komen en de vervelling geïnduceerd wordt. Meerdere Crustacea blijven hun leven lang periodisch vervellen, andere stoppen op een bepaald ogenblik met groeien. 171