PON DI SCIENZE A.S. 2013/14 IL SISTEMA ENDOCRINO ESPERTO PROF. C. FORMICA

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1 PON DI SCIENZE A.S. 2013/14 ESPERTO PROF. C. FORMICA IL SISTEMA ENDOCRINO

2 INTEGRAZIONE: SISTEMA NEUROENDOCRINO Termoregolazione Esempio di integrazione Corteccia cerebrale (sistema nervoso) Ipotalamo (nervoso-endocrino) Ipofisi (endocrino) Tiroide, surrene (endocrino) Ghiandole esocrine (nervoso autonomo o neurovegetativo) Vasodilatazione/costrizione (neurovegetativo) 2

3 IPOTALAMO L ipotalamo riceve informazioni di varia origine da ogni parte dell organismo: stato degli organi interni o visceri sensazioni dolorifiche temperatura del sangue (termocettori centrali), osmolarità plasmatica (osmocettori), glicemia (glicocettori), concentrazione di diversi ormoni. Esso media le risposte finalizzate a mantenere l omeostasi. (temperatura corporea, pressione del sangue, equilibrio idricosalino, metabolismo energetico). È in diretta connessione con l adenoipofisi Controlla alcuni comportamenti (assunzione acqua e cibo, attività riproduttiva). 3

4 I meccanismi centrali di controllo e di integrazione delle funzioni vegetative e le regioni cerebrali coinvolte agiscono nella maggior parte dei casi attraverso l Ipotalamo, che proietta a vari nuclei vegetativi del tronco encefalico e del midollo spinale. È in diretto rapporto anche col sistema autonomo: La parte anteriore media le risposte riconducibili ad azioni parasimpatiche (aumento motilità e secrezione gastrica, contrazione vescica) Quella postero-laterale le risposte simpatiche di lotta-fuga (aumento frequenza cardiaca, pressione arteriosa, frequenza respiratoria, diminuzione motilità gastro-intestinale, aumento flusso ematico muscolare, midriasi) 4

5 SISTEMA ENDOCRINO Coopera col SN per regolare le funzioni dell organismo e reagire alle modificazioni dell ambiente esterno o interno. È costituito da ghiandole endocrine distribuite nell organismo che secernono ormoni. Gli ormoni possono avere varia composizione chimica: Steroidei: ormoni sessuali, cortisolo aldosterone ecc. - derivanti da amminoacidi. es. adrenalina -peptidici. es. prolattina -proteici. es. insulina, GH Tali molecole vengono riversate nel sangue e trasportate fino agli organi bersaglio, dove esercitano la loro azione. 5

6 CONTROLLO A FEEDBACK Gli ormoni sono attivi anche a minime concentrazioni. La loro quantità nel sangue è regolata da sistemi a feedback negativo: all aumentare della concentrazione dell ormone, viene inibito il rilascio dell ormone stesso. Feedback negativo: il risultato di un azione produce una inversione dell effetto iniziale (per esempio la regolazione della pressione sanguigna, della glicemia, della temperatura corporea). Feedback positivo: il risultato di un azione rafforza l effetto iniziale (per esempio eventi che generano il parto o la coagulazione). Gli stimoli partono di norma dall ipotalamo, che appartiene al SNC. Da questo si dirigono all ipofisi, minuscola ghiandola endocrina situata sopra la sella turcica dell osso sfenoide nel cranio. Tra questi due organi si stabilisce un feedback breve. 6

7 NEUROIPOFISI produce: ADH ormone antidiuretico (vasopressina) azione sul rene: riduce la diuresi ossia l eliminazione di liquidi e urina in quanto favorisce il riassorbimento renale dei liquidi vasi sanguigni, sui quali produce costrizione e aumento della pressione arteriosa OSSITOCINA azione e sull utero: favorisce l espulsione del feto durante il parto azione sulla ghiandola mammaria: stimola la lattazione dopo il parto 7

8 ADENOIPOFISI L ADENOIPOFISI produce le tropine, ormoni peptidici che attraverso il sangue, con un feedback lungo, raggiungono gli organi bersaglio: TSH tireostimolante tiroide GH crescita ossa, muscoli LH luteotropina corpo luteo, cellule Leydig testicolo testosterone e altri ormoni FSH follicolostimolante follicolo ovarico, cellule Sertoli testicolo spermatozoi ACTH adrenocorticotropo corticale surrene aldosterone Prolattina: agisce sulla ghiandola mammaria e sul sistema riproduttore femminile 8

9 GHIANDOLE ENDOCRINE BERSAGLIO TIROIDE T3 T4 CALCITONINA PARATIROIDI PTH CORTICOSURRENE GLUCOCORTICOIDI MINERALCORTICOIDI MIDOLLARE SURRENALE ADRENALINA OVAIO ESTROGENI PROGESTINICI TESTICOLO ANDROGENI PANCREAS ENDOCRINO SOMATOSTATINA INSULINA GLUCAGONE 9

10 10 TIROIDE: SECREZIONE DEGLI ORMONI TIROIDEI Azione del TSH: le goccioline di colloide, contenenti T3 E T4 trasportate dalla tireoglobulina, entrano nelle cellule follicolari per pinocitosi. La fusione delle goccioline di colloide con i lisosomi provoca l idrolisi della tireoglobulina e la liberazione di T3 e T4 Il 10% circa di T4 è soggetto a perdere un atomo di iodio trasformandosi in T3 prima di essere secreto. Secrezione degli ormoni tiroidei: ogni giorno sono secreti in media 100 μg di T4 e 10 μg di T3. Organicazione iodio: viene catturato come ioduro e lo scambio Na+. ioduro (I-) è la prima fase dell uptake ed è stimolato dal TSH. Reagendo con la tirosina lo iodio vi si lega progressivamente formando: MIT (monoiodotirosina), DIT (diiodotirosina), T3 e T4.

11 Tiroide e ormoni tiroidei iodati T3 - T4

12 MANIFESTAZIONI CLINICHE DEL DEFICIT O DELL ECCESSO DI ORMONI TIROIDEI T3 E T4 Tessuto o organo Deficit Eccesso Cute, capelli Cardiovascolare Fragilità, secchezza, pallore, gonfiore Ridotta gittata cardiaca, bradicardia sinusale Pelle rosa, calda. Onicolisi (unghie fragili) Aumento gittata, ridotte resistenze perif., tachicardia Digerente Ridotta motilità intestinale Nausea e vomito, specie in gravidanza Nervoso Ritardo mentale nel bambino Nell adulto ridotte funzioni intellettive, depressione Muscoloscheletrico Rigidità e dolori muscolari, scarso sviluppo osseo Riproduttivo Ritardata pubertà, menorragia, disfunzioni erettili, infertilità Nervosismo, emotività, tremore Debolezza, affaticamento muscolare, demineralizzazione ossea Ritardata pubertà con aspetto normale, aumentata libido, Metabolismo Riduzione appetito, aumento peso, intolleranza al freddo, ridotto metabolismo lipidi e proteine 12 Aumento appetito, perdita peso, aumentato metabolismo lipidi e proteine

13 GLI ORMONI CALCITONINA E PARATORMONE (PTH) Da chi è prodotto l ormone Calcio nel sangue Azione su ossa e scheletro Quando? Calcitonina Cellule C della tiroide Diminuzione Deposizione del calcio: le ossa si rinforzano Se serve più calcio alle ossa Paratormone Paratiroide Aumento Riassorbimento del calcio: osseo le ossa si indeboliscono Se serve più calcio in circolo 13

14 14 STRUTTURA CHIMICA DEGLI STEROIDI Gli steroidi enetrano nella cellula attraverso la membrana cellulare si legano ad uno specifico recettore presente nel citoplasma entrano nel nucleo, si legano a specifici siti del DNA e inducono la sintesi di nuove proteine Il capostipite è il colesterolo e da esso derivano tutti gli ormoni steroidei. La struttura base è il ciclopentanoperidrofenantrene formato da fenantrene (idrocarburo aromatico policiclico, A+B+C) con aggiunta di un ciclopentano (D) Da esso deriva il Colestano, C-27, che a sua volta genera i seguenti idrocarburi capostipiti degli steroidi: a) colano (C-24) capostipite degli acidi biliari, b) pregnano (C-21) - capostipite di: progestinici, glucocorticoidi e mineralocorticoidi c) androstano (C-19) - capostipite degli androgeni d) estrano (C-18) - capostipite degli estrogeni.

15 15 STRUTTURA DEGLI ORMONI STEROIDEI I carboni ai vertici dei 4 anelli A, B, C, D sono numerati da 1 a 18, compresi i gruppi laterali. Segue la catena legata al C-17

16 LE 5 FAMIGLIE DEGLI ORMONI STEROIDEI Famiglia Nome comune Sigla Progestinici (C-21) Progesterone P4 Glucocorticoidi (C-21) Cortisolo F Mineralcorticoidi (C21) Aldosterone Aldo Androgeni (C19) Testosterone T Estrogeni (C18) Estradiolo E2 16

17 le aree in blu indicano strutture indispensabili per l attività progestinica. Le aree tratteggiate indicano strutture indispensabili per l attività glucocorticoide e mineralocorticoide. 17

18 MECCANISMO D AZIONE ORMONI STEROIDEI vengono prodotti in risposta agli stimoli delle tropine ipofisarie (ACTH, LH, FSH) e interagiscono con recettori cellulari e inducono la sintesi di mrna A differenza di quelli peptidici, sono sintetizzati solamente da pochi organi e non vengono immagazzinati in tessuti di riserva, bensì prodotti all'occorrenza e prontamente liberati e nel plasma, dove sono poco idrosolubili, devono necessariamente legarsi a proteine di trasporto: specifiche, come le SHBG (proteine di trasporto degli ormoni sessuali) e le CBG (globuline leganti i corticosteroidi) e ed aspecifiche, come l albumina. Soltanto la quota libera, scorporata da tali proteine o legata ad esse in maniera blanda, rappresenta la frazione biodisponibile ed attiva dell'ormone. Le proteine di trasporto mantengono una riserva circolante di ormoni, importante in caso di improvvisi cambiamenti della loro concentrazione. Hanno inoltre la capacità di prolungare la vita media degli stessi, proteggendoli dalla degradazione; dall'altro lato, però, ne limitano l'azione, bloccando il loro ingresso nelle cellule (solo la quota libera, quindi scorporata da tali carriers è biologicamente attiva). Dal momento che il catabolismo degli ormoni steroidei è affidato al fegato, i livelli circolanti dipendono da vel.sintesi, funz.epatica ecc. 18

19 FEEDBACK E AZIONE DEGLI ORMONI 19

20 CATECOLAMINE Sono dotate di effetti ormonali l'adrenalina e la noradrenalina, sintetizzate, oltre che dai neuroni del sistema nervoso simpatico, anche a livello della midollare del surrene. Dal punto di vista chimico, sono derivati dell'amminoacido tirosina. La sintesi consiste nella trasformazione della tirosina in DOPA (diossifenilalanina); da questa si forma la dopamina che viene trasformata in noradrenalina; la noradrenalina, a sua volta, è trasformata in adrenalina esclusivamente nella midollare del surrene. Le catecolammine sono immagazzinate all'interno della cellula e secrete in risposta alla liberazione locale di acetilcolina. Hanno un'emivita brevissima (20 sec) e vengono inattivate con due diversi meccanismi: la degradazione, che avviene nel fegato, e il recupero all'interno delle cellule da cui sono state secrete. I derivati dal triptofano sono la serotonina e la melatonina. La conversione del triptofano in serotonina avviene tramite due passaggi enzimatici, mentre dalla metilazione della serotonina si ha la formazione della melatonina. Tanto la serotonina quanto la melatonina sono peptidi di piccole dimensioni che, una volta prodotti, vengono immediatamente liberati nel circolo ematico. 20

21 ORMONI SESSUALI FEMMINILI Ormone Dove è prodotto Funzioni Progesterone Corpo luteo Placenta Cambiamenti ciclici della cervice, modificazioni dell endometrio; favorisce il passaggio da una fase proliferativa ad una secretiva. In gravidanza favorisce lo sviluppo dell embrione. Ha emivita breve Pregnenolone Testicolo Azione cortisonica. Precursore del testosterone e dell androstenedione, ma anche dei gluco e mineralcorticoidi 17β- Estradiolo Ovaio, corticosurrene Corpo luteo. Trofoblasto. Testicolo Regola lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari. Picco a metà ciclo, regola la fase proliferativa dell endometrio. Produce ritenzione idrosalina, muco cervicale Estrone Follicolo ovarico, surrene Aromatizzazione androstenedione I parte del ciclo mestruale, scarsa attività estrogenica. Massimo in menopausa Estriolo Unità feto-placentare Tende ad aumentare progressivamente in gravidanza 21

22 ORMONI ANDROGENI Ormone Dove è prodotto Funzioni Testosterone Diidrotestosteron e (DHT) Cellule interstiziali di Leydig Viene convertito in estrogeni mediante l enzima AROMATASI Conversione periferica del testosterone. Surrene Ovaio spermatogenesi, crescita e funzione delle ghiandole sessuali secondarie e la crescita dei peli; anabolizzante sui muscoli e sulle ossa androgeno più potente Androstenedione Deidroepiandrost erone solfato (DHEAS) reticolare del corticosurrene attraverso la via biosintetica da Pregnenolone a Testosterone Cellule leuteiniche della granulosa 22 ovarica aumenta in fase preovulatoria Regola l attività di enzimi surrenalici. Precursore di estrogeni placentari

23 LE GONADOTROPINE Ormoni peptidici prodotti dall ipofisi che stimolano l'attività delle gonadi, ne regolano lo sviluppo, la funzione endocrina e la gametogenesi. LH (ORMONE LUTEINIZZANTE) FSH (ORMONE FOLLICOLOSTIMOLANTE Gonadotropine (FSH, LH), Ciclo Mestruale e Ovarico FSH LH OVULAZIONE 19 25

24 Ciclo mestruale: Sequenza ripetitiva di modifiche fisiologiche e strutturali (proliferative, secretorie e degenerative) regolate da estrogeni e progestierone che coinvolgono l'endometrio. La successione dei cicli, ognuno dei quali dura di norma 28 giorni, inizia con il menarca, si sospende durante le gravidanze e termina con la menopausa. Ciclo ovarico. Sequenza di fasi funzionali che coinvolgono la gonade femminile. Nella specie umana, sotto un controllo ormonale, si succedono: Fase follicolare: maturazione del follicolo, Fase ovulatoria: ovulazione, Fase luteinica: formazione del corpo luteo 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Steroidi sessuali femminili, ciclo ovarico e ciclo mestruale Progesterone Estradiolo FLUSSO OVULAZIONE giorno del ciclo 27

25 Testicolo: androgeni e spermatogenesi Il testicolo è costituito da due compartimenti strutturalmente distinti responsabili delle due principali funzioni testicolari: compartimento delle cellule interstiziali, o cellule di Leydig produzione di androgeni compartimento dei tubuli seminiferi contenente le cellule germinali e le cellule di Sertoli produzione di spermatozoi LH Leydig androgeni FSH Sertoli spermatogenesi

26 26 SURRENE: PORZIONE CORTICALE Gli stimoli dal SNC attivano i neuroni colinergici pregangliari SN Autonomo), che agiscono sulle cellule cromaffini della midollarre surrenale. Questa secerne: epinefrina (adrenalina) e piccole quantità di norepinefrina. Le prime due fasi avvengono nel citoplasma, la conversione da dopamina a noradrenalina nei granuli secretori, dove viene conservata l adrenalina. Le ghiandole surrenali sono poste sopra i due reni. La loro zona più esterna è detta corticale, quella più interna midollare La CORTICALE produce: CORTISOLO che induce la sintesi e la liberazione di glucosio ALDOSTERONE coinvolto nella regolazione delle concentrazioni di ioni, specie sodio e potassio

27 27 SURRENE: PORZIONE MIDOLLARE La midollare produce: CATECOLAMINE sostanze ad azione ormonali formate dall anello benzenico dell amminoacido TIROSINA. Esse comprendono -ADRENALINA (epinefrina) -NORADRENALINA (norepinefrina) -DOPAMINA. Essi agiscono sia da ormoni che da neurotrasmettitori. Esse accelerano il battito cardiaco e aumentano la forza delle contrazioni, aiutando l organismo a resistere allo stress

28 28 AZIONE DELLE CATECOLAMINE -ADRENALINA (epinefrina). Produce un azione di stimolo su: Cuore azione inotropa, cronotropa positiva (aumenta la forza e la frequenza) pressione arteriosa vasocostrizione cutanea, renale vasodilatazione muscolatura striata rilassamento muscolatura liscia contrazione muscolatura striata metabolismo iperglicemia, lipolisi

29 FENILALANINA amminoacido aromatico essenziale, si trova nella > proteine. Mediante la fenilalaninaidrossilasi si trasforma in tirosina, ma se manca l enzima si ha un difetto congenito del metabolismo: si accumula troppa fenilalanina nei liquidi biologici, in particolare nel sangue fenilchetonuria, caratterizzata da deficienza mentale. A carico del tessuto nervoso si verificano difetti di mielinizzazione del cervello e una progressiva demielinizzazione di aree precedentemente mielinizzate. I sintomi sono costituiti da insufficienza mentale, convulsioni, alterazioni del carattere. Una diagnosi precoce e un particolare trattamento dietetico, instaurato sin dai primi mesi di vita (abolizione del latte e impiego di alimenti privi di f.) possono evitare o limitare la comparsa delle lesioni nervose. Per decarbossilazione si trasforma in feniletilammina, C 6 H 5 CH 2 CH 2 NH 2, considerato anch esso precursore dell adrenalina. 29

30 dalla tirosina agli ormoni e ai neurotrasmettotori CH- COOH-NH 2 tirosina CH- COOH-NH 2 DOPA CH 2 - NH 2 dopamina CH 2 - NH 2 4 noradrenalina CH 2 - NH-CH ADRENALINA Tirosina idrossilasi DOPA decarbossilasi Dopamina idrossilasi Metil transferasi (nella midollare del surrene 30