Il sistema endocrino

Apparati e sistemi I sistemi del corpo umano sono 5: scheletrico muscolare nervoso linfatico e immunitario endocrino Gli apparati sono 6: tegumentario cardiovascolare digerente -respiratorio urinario riproduttore

Organizzazione del sistema endocrino Il sistema endocrino comprende ghiandole e cellule che secernono ormoni, che sono particolari molecole-segnale. Il sistema endocrino dei vertebrati comprende più di una dozzina di ghiandole che secernono più di 50 ormoni. 3

Organizzazione del sistema endocrino Alcune sono solo ghiandole endocrine, poiché hanno come unica e principale funzione quella di secernere ormoni nel sangue. Altre ghiandole, invece, hanno funzioni sia endocrine, sia esocrine, cioè secernono sia sostanze che riversano all’esterno del corpo, sia sostanze che riversano in cavità comunicanti con l’esterno.

Organizzazione del sistema endocrino - La sua funzione di regolazione ormonale agisce su: crescita, riproduzione, difesa immunitaria, metabolismo energetico, temperatura ed equilibrio idrosalino. - Il sistema endocrino spesso collabora con il sistema nervoso. - A differenza del sistema nervoso, dove le informazioni sono trasmesse molto rapidamente, l'apparato endocrino agisce lentamente Caratteristiche degli ormoni: • vengono secreti nei fluidi interstiziali o nel sangue • agiscono solo su specifiche cellule (cellule bersaglio) dotate di recettori specifici • opera in queste cellule regolandone il metabolismo.

Gli ormoni endocrini Gli ormoni che agiscono su cellule distanti dal luogo di produzione si definiscono endocrini e vengono trasportati dal circolo sanguigno. 6

Gli ormoni sono secreti dalle ghiandole endocrine e dalle cellule neurosecretrici (nell’ipotalamo) Vescicole secretrici Cellula endocrina Molecole ormonali bersaglio Vaso sanguigno Cellula neurosecretrice Molecole ormonali Vaso sanguigno bersaglio

Gli ormoni autocrini o paracrini La secrezione autocrina produce ormoni che hanno per bersaglio la stessa cellula che li ha rilasciati, mentre quella paracrina produce ormoni che stimolano cellule vicine. 8

La natura chimica degli ormoni Gli ormoni possono essere classificati in tre diverse categorie chimiche: ormoni peptidici idrosolubili ( possono essere trasportati nel sangue, ma non possono attraversare facilmente le membrane plasmatiche ricche di lipidi) ormoni steroidei liposolubili; (Essendo liposolubili attraversano con facilità le membrane plasmatiche . Essendo non solubili nel sangue, devono legarsi a specifiche proteine di trasporto per raggiungere le cellule bersaglio.) ormoni derivanti da amminoacidi possono essere idrosolubili o liposolubili. La natura chimica degli ormoni ne condiziona il meccanismo di azione. 9

Gli ormoni liposolubili Gli ormoni steroidei liposolubili diffondono attraverso la membrana plasmatica e raggiungono i propri recettori nel citoplasma o nel nucleo. Dopo questo legame il complesso si lega al DNA dove attiva o disattiva specifici geni. L’ormone funge così da fattore di trascrizione Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 10

Gli ormoni idrosolubili Gli ormoni peptidici idrosolubili non possono attraversare con facilità la membrana plasmatica. I loro recettori (glicoproteine) si localizzano sulla superficie cellulare Una volta che l’ormone si è legato al recettore, la porzione citoplasmatica del recettore mette in moto una cascata di reazioni responsabili della risposta finale (modulazione della trascrizione genica). 11

La secrezione ormonale Le ghiandole endocrine si attivano in risposta a stimoli di varia natura: • La maggior parte delle ghiandole viene attivata da ormoni prodotti da altre ghiandole. Il controllo parte dall’ipotalamo l’ipofisi un’altra ghiandola. • Altre ghiandole endocrine vengono stimolate da sostanze disciolte nel sangue: (ex. pancreas endocrino che controlla livelli di zucchero nel sangue) • In alcuni casi le ghiandole si attivano in risposta a un impulso elettrico prodotto da cellule nervose. (Ex. cellule surrenali che secernono adrenalina quando vengono stimolate da segnali nervosi nelle situazioni di pericolo). stimola stimola

La secrezione ormonale è soggetta a feedback - Ormoni - Sost. presenti nel sangue - Impulsi elettrici 13

Sistema endocrino e sistema nervoso Il sistema nervoso raccoglie informazioni dall’esterno, mentre il sistema endocrino regola l’organismo dall’interno. L’interazione tra i due sistemi avviene in due modi: 1. Grazie a neurotrasmettitori che servono da segnale in entrambi i sistemi. Un esempio di neurotrasmettitore è l’adrenalina (prodotta dalle cellule nervose e dalle ghiandole surrenali in situazioni di stress e paura). 2. Grazie al complesso ipotalamo-ipofisi, che controlla l’attività della maggior parte delle ghiandole endocrine. 14

La secrezione ormonale Quasi tutte le ghiandole endocrine ed esocrine sono formate da tessuto epiteliale. Le uniche ghiandole endocrine che non sono formate da tessuto epiteliale sono: l’ipotalamo, la parte posteriore dell’ipofisi e l’epifisi.

IPOTALAMO L’ipotalamo è il principale centro di controllo del sistema endocrino e utilizza l’ipofisi per comunicare con altre ghiandole. Fa parte del sistema nervoso centrale, è formato da neuroni, e collega tra loro i sistemi nervoso ed endocrino Cellula neurosecretrice Molecole ormonali Vaso sanguigno bersaglio Alcuni neuroni ipotalamici, le cellule neurosecretrici, hanno la capacità di produrre ormoni, che vengono rilasciati nella circolazione sanguigna. Queste cellule lavorano sia per il sistema nervoso sia per il sistema endocrino.

IPOFISI (ghiandola pituitaria) È collocata sotto l’ipotalamo a cui è unita mediante un peduncolo. La parte anteriore dell’ipofisi (adenoipofisi) è una ghiandola endocrina, produce ormoni ed è formata da cellule epiteliali. La parte posteriore (neuroipofisi) non produce ormoni ma contiene i prolungamenti di cellule neurosecretrici dell’ipotalamo. Anche l’ipofisi esercita una funzione di controllo sul sistema ormonale, ed insieme all’ipotalamo mette in relazione l’attività endocrina con quella nervosa.

Neuroipofisi Ipotalamo Cellula neurosecretrice Ormone Neuroipofisi Vaso sanguigno Ossitocina ADH Muscolatura uterina ghiandole mammarie Tubuli renali La neuroipofisi (o ipofisi posteriore) rilascia nella circolazione due ormoni peptidici (chiamati neurormoni). Questi vengono secreti dalle cellule neurosecretrici dell’ipotalamo che hanno i loro prolungamenti nella neuroipofisi. 1. l’ormone antidiuretico (ADH) che agisce sui reni, aumentando il riassorbimento dell’acqua. 2. l’ossitocina, viene al momento del parto. Essa stimola la muscolatura dell’utero a contrarsi e aiuta l'espulsione del feto; dopo il parto induce la produzione del latte. 18

Adenoipofisi L’ipotalamo controlla il lobo anteriore dell’ipofisi (adenoipofisi) secernendo due tipi di ormoni nei brevi vasi sanguigni che collegano i due organi: gli ormoni di rilascio stimolano la secrezione di ormoni da parte dell’adenoipofisi gli ormoni di inibizione la bloccano 20

Adenoipofisi Vaso sanguigno Ormoni di rilascio dell’ipotalamo Ormoni TSH ACTH FSH e LH Somato- tropina (GH) Prolattina (PRL) Endorfine Tiroide Corticale surrenale Testicoli e ovaie L’intero corpo Ghiandole mammarie (nei mammiferi) Recettori encefalici del dolore Cellule endocrine dell’adenoipofisi L’ipofisi anteriore (o adenoipofisi) produce vari ormoni peptidici: Ormoni, detti tropine (controllano l’attività di altre ghiandole endocrine): - la tireotropina (TSH), - la corticotropina (ACTH), - l’ormone luteinizzante (LH) e l’ormone follicolo-stimolante (FSH).

Adenoipofisi Ormoni che svolgono un’azione diretta: Vaso sanguigno Ormoni di rilascio dell’ipotalamo Ormoni TSH ACTH FSH e LH Somato- tropina (GH) Prolattina (PRL) Endorfine Tiroide Corticale surrenale Testicoli e ovaie L’intero corpo Ghiandole mammarie (nei mammiferi) Recettori encefalici del dolore Cellule endocrine dell’adenoipofisi Ormoni che svolgono un’azione diretta: - l’ormone della crescita (somatotropina) - la prolattina (stimola la crescita delle ghiandole mammarie e la produzione di latte nelle femmine dei mammiferi) - le encefaline e le endorfine (controllano la sensazione dolorifica).

ormone della crescita (GH) Detto anche ormone somatotropo. Principalmente agisce sui tessuti stimolando la crescita dell’organismo. Una sua carenza è causa del nanismo ipofisario, Una iperproduzione è causa di gigantismo ipofisario.

EPIFISI (ghiandola pineale) È una piccola ghiandola localizzata alla base del cervello, che produce l’ormone melatonina, che contribuire a coordinare i ritmi biologici giornalieri al susseguirsi della luce e del buio (ritmi circadiani).

Tiroide La tiroide è posta davanti alla trachea ed è costituita da due lobi collegati da una regione detta istmo.

Tiroide È costituita da un tessuto che comprende strutture sferoidali cave dette follicoli. Nelle pareti dei follicoli sono presenti due tipi di cellule che producono due tipi di ormoni con funzioni diverse : I tireociti producono l’ ormone tiroideo (TH) (in realtà è una miscela di due molecole: tiroxina e triiodotironina) Le cellule C secernono la calcitonina che regola la calcemia, ovvero la concentrazione di calcio presente nel sangue.

Ormone tiroideo Funzioni: La produzione di ormone tiroideo è complessa ed è regolata in base alla disponibilità di iodio. Da una molecola precursore detta tireoglobulina si ottengono due ormoni amminici molto simili tra loro, entrambi contenenti iodio: la tiroxina, chiamata T4 perché la sua molecola contiene quattro atomi di iodio. la triiodotironina, detta anche T3 perché contiene tre atomi di iodio. Funzioni: - Incrementa il metabolismo cellulare nella maggior parte dei tessuti; - Ha un ruolo cruciale durante lo sviluppo e la crescita perché promuove la sintesi proteica.

Produzione dell’ormone tiroideo Ipotalamo Inibizione TRH fattore di rilascio della tireotropina Adenoipofisi Tiroide TSH (tireotropina) Ormone tiroideo Produzione dell’ormone tiroideo L’attività della tiroide è controllata dall’ipotalamo e dall’ipofisi: 1. L’ipotalamo produce il fattore di rilascio (TRH) che raggiunge l’adenoipofisi 2. le cellule dell’adenoipofisi producono l’ormone tireotropina (TSH) 3. il TSH stimola la tiroide a produrre l’ormone tiroideo. L’ipotalamo percepisce informazioni dall’ambiente esterno e regola di l’entità della secrezione del TRH. L’ormone tiroideo esercita un feedback negativo sulla produzione e sul rilascio di TRH da parte dell’ipotalamo.

Ipotiroidismo Una scarsa produzione di ormone tiroideo produce l’ipotiroidismo. Si può osservare aumento di peso e sensibilità al freddo. Una insufficienza durante le prima fasi dello sviluppo porta alla condizione in passato denominata cretinismo (deficienza mentale e fisica permanente) È provocata da un malfunzionamento della ghiandola tiroidea o dell’ ipofisi che può essere incapace di produrre tiroxina o tiiodotironina. Può manifestarsi anche in epoca successiva alla nascita, sempre per grave mancanza di iodio nella dieta alimentare.

Ipotiroidismo Una scarsità di ormoni funzionanti dovuta ad una dieta scarsa di iodio porta al gozzo semplice. L’aumento di volume e di peso della ghiandola tiroidea si può verificare come fenomeno di compensazione, quando essa non è in grado di produrre adeguate quantità di ormoni tiroidei. Il gozzo interessa maggiormente le donne, e può anche comparire in periodi di maggior lavoro della tiroide (es. pubertà o gravidanza)

La tiroide si ingrossa e forma il gozzo Ipotalamo Adenoipofisi Tiroide Nessuna inibizione Assenza di iodio Insufficiente produzione di T4 e T3 La tiroide si ingrossa e forma il gozzo TRH TSH L’interruzione del meccanismo a feedback che controllano l’attività tiroidea alla base dello sviluppo del gozzo:

Ipertiroidismo Una eccessiva produzione di ormone tiroideo produce l’ipertiroidismo. Si può osservare perdita di peso, sensibilità al caldo, sudorazione eccessiva ed irritabilità. Una forma di ipertiroidismo provoca la malattia di Basedow-Graves: È una patologia autoimmune che stimola tutta la tiroide a funzionare più del dovuto La tiroide si presenta spesso di dimensioni aumentate e spesso si accompagna a disturbi oculari

omeostasi del calcio La normale concentrazione ematica del calcio (calcemia) è di circa 10 mg per 100 ml di sangue. La concentrazione del calcio è regolata da due ormoni peptidici: la calcitonina, prodotta dalla tiroide, e l’ormone paratiroideo (PTH), sintetizzato dalle paratiroidi. Questi due ormoni sono detti ormoni antagonisti perché producono effetti opposti tra loro: la calcitonina fa abbassare la calcemia, mentre il PTH la fa aumentare.

Pancreas (endocrino)

Il pancreas La ghiandola pancreatica svolge funzioni endocrine ed esocrine. Il pancreas endocrino produce due ormoni che controllano la concentrazione di glucosio nel sangue: insulina glucagone Le cellule pancreatiche con funzione endocrina si trovano nelle Isole di Langerhans Nelle isole di Langerhans le cellule alfa producono il glucagone, le cellule beta l’insulina. Insulina e glucagone sono ormoni antagonisti. 35

Glicemia Il normale livello di glicemia, ovvero la concentrazione di glucosio nel sangue, è di 90 mg per 100 ml. L’insulina fa sì che le cellule prelevino più glucosio dal sangue e stimola il metabolismo cellulare del glucosio. Il glucagone rende disponibili le molecole energetiche, inducendo le cellule del fegato a demolire il glicogeno in glucosio, che viene poi rilasciato nel sangue.

Regolazione della concentrazione del glucosio nel sangue

Diabete Il diabete è una malattia endocrina piuttosto comune. Il diabete mellito è una grave malattia ormonale che colpisce circa il 5% della popolazione occidentale. Si distinguono due tipi di diabete mellito: Diabete di tipo 1 (diabete giovanile o diabete insulino-dipendente): l’organismo non è in grado di produrre insulina perché il sistema immunitario distrugge le cellule del pancreas che la producono. Generalmente, si manifesta durante l’infanzia o l’adolescenza, ma può insorgere a tutte le età. Le persone con diabete di tipo 1 possono vivere solo grazie alla somministrazione di insulina più volte al giorno in forma di iniezioni sottocutanee.

Diabete Diabete di tipo 2 (diabete dell’adulto o non insulino-dipendente): è circa 10 volte più frequente del diabete di tipo 1. L’organismo, è in grado di produrre insulina, ma in quantità insufficiente per garantire un’adeguata trasformazione degli alimenti assimilati in energia. Generalmente, il diabete di tipo 2 si sviluppa in persone con più di 40 anni, in sovrappeso e con una storia familiare di diabete.

Diabete

la “storia” dell’insulina Nel 1916 la "cura" del diabete era il digiuno quasi assoluto con possibilità di mangiare solo mele. Non esisteva altra cura e della malattia si conoscevano pochissimo le caratteristiche, chi aveva il diabete moriva in pochi anni, da 1 a 8 anni dalla diagnosi per danni cronici gravi, dai problemi alla vista ai danni cardiovascolari, dalle ulcere cutanee ai problemi ai vasi sanguigni; la vita di un diabetico era un inferno. Nel 1921 il prof Banting scoprì come la malattia dipendesse dalle funzioni del pancreas e sperimentò una sostanza (un estratto di cellule di pancreas) che negli animali effettivamente diminuiva i livelli di zucchero nel sangue. Per questa scoperta Banting vinse il premio Nobel per la medicina. E cambiò la storia, la sopravvivenza aumentò. I farmaci erano però ancora imperfetti. Nel 1945 chi aveva il diabete viveva molto meno rispetto a chi non lo aveva (se diabete comparso nell'infanzia l'età media era di 45 anni).

Fino agli anni '70 l'insulina necessaria alle persone per sopravvivere si estraeva dai maiali sino a quando, a partire dalla fine degli anni '70, fu usata l'insulina umana prodotta da un batterio geneticamente modificato, molto più stabile, sicura e maneggevole che permette ai diabetici di vivere una vita fondamentalmente normale. L'insulina non è "la cura" del diabete ma permette a chi lo ha due cose: 1) Condurre una vita normale (alimentarsi normalmente, mangiare dolci,fare sport, stare in società). 2) Limitare i danni nel tempo degli elevati livelli di glicemia (o addirittura morire in poche ore per coma diabetico).

Il surrene Il surrene è costituito da due ghiandole surrenali, posizionate al di sopra di ciascun rene, sotto al diaframma. Le due ghiandole endocrine surrenali presentano: Una porzione corticale esterna che secerne glucocorticoidi, mineralcorticoidi e steroidi sessuali - Una porzione midollare interna che secerne adrenalina e noradrenalina. 43

corticale surrenale L’ ACTH (corticotropina), prodotta dall’adenoipofisi, induce la corticale surrenale a produrre una famiglia di ormoni steroidei, detti corticosteroidi. Nell’organismo umano, i tre tipi principali di corticosteroidi sono: mineralcorticoidi glicocorticoidi ormoni sessuali (entrano in gioco durante la pubertà e sono coinvolti nello sviluppo sessuale) negli adulti in misura minore rispetto alle gonadi.

Midollare surrenale Le cellule dell’ipotalamo attivate da situazioni di stress, mandano impulsi alle cellule nervose del midollo spinale che si estendono fino alla midollare surrenale, che rilascia nel sangue adrenalina e noradrenalina. L’adrenalina agisce su diverse cellule bersaglio provocando effetti differenti: per esempio aumento della frequenza cardiaca, nel fegato stimola la lisi del glicogeno per ottenerne glucosio

Le gonadi Le gonadi (ovaie nella femmina e testicoli nel maschio) sono gli organi in cui avviene la maturazione di ovociti e spermatozoi, e sede in cui vengono sintetizzati ormoni sessuali che controllano lo sviluppo dei genitali esterni, i cambiamenti puberali e la riproduzione. 46 46

Gli ormoni sessuali Regolano la crescita e lo sviluppo dell’individuo. Gli effetti degli steroidi sessuali si manifestano in maniera eclatante in occasione della pubertà. La sintesi degli ormoni sessuali steroidei è controllata dagli ormoni ipofisari, l’ormone luteinizzante (LH) e l’ormone follicolo-stimolante (FSH): Gli estrogeni, i progestinici (ormoni steroidei femminili) e gli androgeni (ormoni steroidei maschili) sono prodotti dalle gonadi e la loro sintesi è regolata dall’ipotalamo e dal lobo anteriore dell’ipofisi.

progesterone e estrogeni Gli steroidi femminili sono il progesterone e gli estrogeni (il più rappresentativo è l’estradiolo). Gli estrogeni regolano il funzionamento del sistema riproduttore femminile e lo sviluppo di determinati caratteri femminili. I progestinici sono coinvolti soprattutto nella preparazione dell’utero per garantire all’embrione condizioni di sviluppo adeguate. estradiolo