Zusammenfassung
Die Nebennieren sind paarig angelegte endokrine Drüsen, die den Nieren aufliegen und an der Bildung lebenswichtiger Hormone beteiligt sind. In der Rinde entstehen Cortisol, das z.B. den Blutzuckerspiegel erhöhen kann, Aldosteron, das den Salz- und Flüssigkeitshaushalt des Körpers über die Nieren reguliert, und in geringem Maße Androgene. Im Nebennierenmark wird wiederum insb. das Stresshormon Adrenalin gebildet, das der Aufrechterhaltung des Kreislaufs in Stresssituationen dient. Übrigens findest du auch eine Histo-Trainer-Folge zur Nebenniere als Teil der Episode zu den endokrinen Organen im Abschnitt mikroskopische Anatomie der Nebenniere.
Du möchtest diesen Artikel lieber hören als lesen? Wir haben ihn für dich im Rahmen unserer studentischen AMBOSS Audio-Reihe vertont. Den Link findest du am Kapitelende in der Sektion „Tipps & Links“.
Makroskopische Anatomie
Steckbrief
- Funktion: Biosynthese und Sekretion von Steroidhormonen (Rinde) und Katecholaminen (Mark)
- Lage
- Auf dem oberen Nierenpol beider Nieren
- Primär retroperitoneal
- Innerhalb der Nierenfettkapsel
- Aufbau
- Von zarter Bindegewebskapsel umgeben
- Äußere, größere Rindenzone
- Innere, kleinere Markzone
- Form: Rechts dreieckig, links halbmondförmig
- Größe: Ca. 5 cm lang und dick, ca. 1–2 cm breit
Topografie
Die beiden Nebennieren liegen in Höhe des 11. und 12. Brustwirbelkörpers, wobei die rechte Nebenniere etwas weiter kaudal liegt. Die Lagebeziehungen zu den Nachbarorganen unterscheiden sich je nach Seite:
- Beide Nebennieren
- Kaudal: Oberer Nierenpol
- Dorsal: Zwerchfell
- Linke Nebenniere
- Ventral: Durch die Bursa omentalis von der Magenhinterwand getrennt
- Rechte Nebenniere
- Ventrokranial: Leber
- Ventromedial: V. cava inferior
Gefäßversorgung und Innervation
Die Nebennieren werden stark durchblutet, um einen schnellen Übertritt der Hormone ins Blut zu gewährleisten. Das Blut fließt dabei aus der Rinde ins Mark, sodass das Mark hohen Konzentrationen von Nebennierenrindenhormonen ausgesetzt ist.
Leitungsbahnen der Nebennieren | |
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Gefäßversorgung der Nebennieren | |
Arteriell | |
Venös |
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Innervation der Nebennieren | |
Sympathisch |
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Parasympathisch |
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Lymphabfluss der Nebennieren | |
Regionäre Lymphstationen |
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Die linke Nebennierenvene mündet in die linke Nierenvene, die rechte Nebennierenvene mündet hingegen direkt in die V. cava inferior!
Mikroskopische Anatomie
Nebennierenrinde
Die Nebennierenrinde setzt sich aus drei Zonen zusammen, die sich in der Anordnung ihrer Zellen und den produzierten Hormonen unterscheiden. Histologisch weisen die Epithelzellen der Nebennierenrinde typische Merkmale steroidhormonproduzierender Zellen auf (bspw. Cholesterinspeicher und ausgeprägtes glattes ER).
Schichten der Nebennierenrinde (von außen nach innen) | |||
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Schicht | Hormonbildung | Histologische Merkmale | Gemeinsame histologische Merkmale steroidhormonproduzierender Zellen |
Zona glomerulosa |
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Zona fasciculata |
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Zona reticularis |
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Der lateinische Begriff für die Anordnung der Zellen verleiht den Zonen der Nebennierenrinde ihre Namen: glomerulosa (knäuelartig), fasciculata (strangartig) und reticularis (netzartig)!
„Salt, sugar, sex, the deeper you go, the better it gets!“ → „Salzig“ außen (Mineralocorticoide in der Zona glomerulosa), „Zucker“ in der Mitte (Glucocorticoide in der Zona fasciculata), „Sex“ innen (Androgene in der Zona reticularis)
„GFR, von außen nach innen“ (G = Zona glomerulosa, F = Zona fasciculata, R = Zona reticularis).
Nebennierenmark
Das Nebennierenmark besteht aus modifizierten zweiten Sympathikusneuronen, die von ersten Sympathikusneuronen des Rückenmarks über cholinerge Synapsen innerviert werden. Die Aufgabe der Nebennierenmarkzellen besteht wie bei postganglionären sympathischen Neuronen in der Katecholaminproduktion.
- Histologische Bestandteile
- Modifizierte Sympathikusneurone
- Nervenfasern (lichtmikroskopisch sichtbar)
- Gliazellen
- Histologische Zellmerkmale
- Große, chromaffine Zellen mit vielen Sekretgranula (zur Katecholaminspeicherung)
- Drosselvenen
Bei den Zellen des Nebennierenmarks handelt es sich um modifizierte zweite Sympathikusneurone, die durch cholinerge Synapsen innerviert werden!
Histo-Trainer zur Nebenniere
Hormone der Nebennierenrinde
Cholesterin ist die Ausgangssubstanz aller in der Nebennierenrinde produzierten Hormone und besitzt ein Sterangerüst. Dieses verleiht den Rindenhormonen ihren Namen: Steroidhormone. Aufgrund ihres lipophilen Charakters sind sie membrangängig und entfalten ihre Wirkung intrazellulär durch die Beeinflussung der Transkription. Das Sterangerüst (C17H28) besteht aus drei sechsgliedrigen und einem fünfgliedrigen Ring.
- Beispiele für wichtige medizinische Derivate des Sterans
- Cholesterol (Cholesterin)
- Östradiol
- Cholsäure (ein Hauptbestandteil der Gallensäure; die Ringe A und B sind cis-verknüpft)
Übersicht über die Steroidhormone der Nebennierenrinde | |||
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Nebennierenrindenhormone (= Corticosteroide) | Wichtigste Vertreter | Ort der Synthese | Wirkung |
Mineralocorticoide |
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Androgene |
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Grundlagen der Steroidhormonsynthese
Bei der Steroidhormonsynthese ist der gemeinsame Vorläufer aller Steroidhormone das Cholesterin. Es ist in Form von Lipidtröpfchen aus Cholesterinestern in den hormonproduzierenden Zellen der Nebennierenrinde gespeichert. Durch Hydrolyse kann das Cholesterin aus den Cholesterinestern rückgewonnen werden. Die Synthesewege der verschiedenen Steroidhormone (Mineralo- und Glucocorticoide sowie Androgene) trennen sich nach einigen gemeinsamen Grundreaktionen.
- Gemeinsame Grundreaktion der Steroidhormonsynthese: Umwandlung von Cholesterin zu Pregnenolon
- Schlüsselenzym: Cholesterindesmolase
- Prinzip: Entfernung der Seitenkette mit 6 C-Atomen durch Spaltung der Bindung zwischen den C-Atomen 20 und 22 des Cholesterins → Hierbei wird die Seitenkette C22 bis C27 oxidativ abgespalten
Mineralocorticoide
Mineralocorticoide gehören zur Gruppe der Steroidhormone und werden in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde synthetisiert. Ihr wichtigster Vertreter ist Aldosteron, das der Regulation des Wasser- und Elektrolythaushalts dient und sich damit vor allem auf den Blutdruck auswirkt.
Aldosteronsynthese
- Aldosteronstruktur: Steroidhormon mit 21 C-Atomen
- Ausgangsstoff: Pregnenolon
- Syntheseort: Zona glomerulosa der Nebennierenrinde
- Ablauf : Pregnenolon → Progesteron → 11-Desoxycorticosteron → Aldosteron
Syntheseschritte
Die Aldosteronsynthese erfolgt über zahlreiche Zwischenschritte. An dieser Stelle wird nur auf die relevanten Schritte eingegangen.
Aldosteronbiosynthese | |||
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Reaktionsschritt | Substrat | Enzym | Produkt |
1. Oxidation und Umlagerung der Doppelbindung |
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2. Hydroxylierung |
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3. 18-Hydroxylierung, 11β-Hydroxylierung, Oxidation |
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Die Aldehydgruppe in Position 18 des Ringgerüsts verleiht Aldosteron seinen Namen!
Die an der Steroidsynthese beteiligten Hydroxylasen werden in der Literatur teilweise auch „Monooxygenasen“ genannt. Hier wird allerdings einheitlich der Begriff „Hydroxylase“ verwendet!
Aldosteronstoffwechsel
Aldosteron ist ein Teil des sog. Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS), das der Regulierung des Natrium-, Kalium- und Flüssigkeitshaushalts dient.
- Transport: Im Blut an Albumin gebunden
- Abbau: In der Leber (Ausscheidung über die Galle in den Darm)
- Regulation
- Wichtigste Stimulatoren der Sekretion
- Angiotensin II
- K+-Konzentration im Blutplasma
- Inhibitor der Sekretion: ANP
- Wichtigste Stimulatoren der Sekretion
Wirkung
- Wirkort: Tubuluszelle im distalen Tubulus, Verbindungstubulus und Sammelrohr der Niere
- Molekularer Wirkmechanismus
- Rezeptor: Zytosolischer Mineralocorticoidrezeptor
- Gehört zu den ligandenaktivierten Transkriptionsfaktoren
- Identisch mit dem Cortisol-Typ-1-Rezeptor (s.u.)
- Ablauf
- Diffusion von Aldosteron aus dem Blut ins Zytosol der Tubuluszellen der Niere
- Komplex aus zytosolischem Mineralocorticoidrezeptor und Aldosteron diffundiert in den Zellkern und wirkt dort als Transkriptionsfaktor
- Vermittlung früher Effekte (nach ca. 30 min): Über die Expression der Serum- and Glucocorticoid-inducible Kinase (SGK)
- Vermittlung später Effekte (nach einigen Stunden): Stimulation der Biosynthese der betroffenen Moleküle (s.u.)
- Effekte beider Wege
- Einbau der Na+/K+-ATPase in die basolaterale Membran → Transportiert Na+ aus und K+ in die Tubuluszelle
- Einbau der Na+-Kanäle ENaC (Epithelial Natrium Channel) und K+-Kanäle ROMK (Renal outer medullary Potassium Channel) in die luminale Membran
- Einbau einer apikalen H+-ATPase in die luminale Membran der Schaltzellen Typ A
- Rezeptor: Zytosolischer Mineralocorticoidrezeptor
- Wirkung: Natrium- und Wasserresorption↑ sowie Kalium- und Protonenausscheidung↑
Aldosteron steigert die Natriumresorption und die Kaliumausscheidung in der Niere!
Hyper- und Hypoaldosteronismus
Durch eine Hyperplasie der Nebennierenrinde kann es zur stark vermehrten Ausschüttung von Aldosteron kommen (primärer Hyperaldosteronismus, Morbus Conn). Daraufhin werden in der Niere übermäßig viel Natrium und Wasser rückresorbiert, was bei den Betroffenen zu einer Erhöhung des intravasalen Volumens und somit zu einem erhöhten Blutdruck führt. Durch die verstärkte Kalium- und Protonenausscheidung kann der Kaliumspiegel im Blut gleichzeitig abfallen und eine metabolische Alkalose entstehen. Im Gegensatz dazu kommt es bei einem Hypoaldosteronismus (Mangel an Mineralocorticoiden bspw. bei einer Nebennierenrindeninsuffizienz im Rahmen des Morbus Addison) zur hypotonen Dehydratation sowie zu verminderter Kalium- und Protonenausscheidung mit metabolischer Azidose.
Glucocorticoide
Glucocorticoide sind Steroidhormone mit vielfältigen lebensnotwendigen Wirkungen. Sie werden auch „Stresshormone“ genannt, weil sie den Körper in Momenten besonderer Belastung (z.B. schwerer körperlicher Anstrengung oder psychischem Stress) unterstützen, etwa durch Anheben der Blutzuckerkonzentration oder Steigerung des Blutdrucks. In der Klinik finden synthetische Glucocorticoide als Medikamente häufige Verwendung. Der wichtigste Vertreter beim Menschen ist das Cortisol. Cortison bezeichnet die inaktivierte Form des Cortisols.
Cortisolbiosynthese
- Cortisolstruktur: Steroidhormon mit 21 C-Atomen
- Ausgangsstoff: Cholesterin
- Schlüsselenzym: 21-Hydroxylase
- Wichtiger Cofaktor: Vitamin C
- Syntheseort: Zona fasciculata der Nebennierenrinde
- Syntheseschritte (verkürzt): Cholesterin → Pregnenolon → 17α-Hydroxyprogesteron → Cortisol
Syntheseschritte
Cortisol wird wie alle Steroidhormone aus Cholesterin über das Zwischenprodukt Pregnenolon gebildet. Pregnenolon wird entweder in Progesteron oder in 17α-Hydroxypregnenolon umgewandelt. Beide Synthesewege bringen das Produkt 17α-Hydroxyprogesteron hervor, das von der 21-Hydroxylase in 11-Desoxycortisol umgewandelt wird, aus dem dann das Cortisol entsteht.
Cortisolbiosynthese | ||||
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Syntheseweg | Reaktion | Substrat | Enzym | Produkt |
Über Progesteron | Oxidation | 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase | ||
Hydroxylierung (Vit.-C-abhängig) | 17α-Hydroxylase | 17α-Hydroxyprogesteron | ||
Über 17α-Hydroxypregnenolon | Hydroxylierung (Vit.-C-abhängig) | 17α-Hydroxylase | 17α-Hydroxypregnenolon | |
Oxidation | 17α-Hydroxypregnenolon | 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase | 17α-Hydroxyprogesteron | |
Gemeinsame Teilstrecke | Hydroxylierung (Vit.-C-abhängig) | 17α-Hydroxyprogesteron | 21-Hydroxylase | 11-Desoxycortisol |
Hydroxylierung (Vit.-C-abhängig) | 11-Desoxycortisol | 11β-Hydroxylase |
Alle an der Cortisolsynthese beteiligten Hydroxylasen (17-, 21-, 11‑) sind Cytochrom-P450-Enzyme!
Cortisolstoffwechsel
- Transport: Im Blut an Transcortin gebunden
- Interkonversion: Überführung des aktiven Cortisols in das inaktive Cortison durch Oxidation an der Position 11
- Abbau
- In der Leber: Hydrierung am Ring und Reduktion der Ketogruppen → Bildung von Glucuronid- oder Sulfatestern
- Regulation der Synthese
- Stimulation: ACTH aus dem Hypophysenvorderlappen
- Negative Rückkopplung: Hohe Cortisolkonzentrationen hemmen die CRH- und ACTH-Sekretion
- Circadiane Rhythmik: Morgendlich hohe CRH-Konzentrationen bedingen hohe Cortisolspiegel am Morgen
Die Regulation der Synthese und Sekretion der Glucocorticoide unterliegt dem hypothalamisch-hypophysären Regelkreislauf. Über negative Rückkopplung hemmt Cortisol die Ausschüttung von CRH und ACTH aus Hypothalamus und Hypophyse, was zu einer verminderten Cortisolausschüttung führt!
Hypocortisolismus (Morbus Addison)
Beim Morbus Addison besteht (z.B. durch eine Autoimmunerkrankung) eine Insuffizienz aller drei Zonen der Nebennierenrinde, d.h. die Rindenhormone können nicht ausreichend produziert werden. Ein Mangel an Cortisol kann u.a. zu einem niedrigen Blutdruck/Blutzuckerspiegel führen. Unspezifische Symptome wie Leistungsabfall sind ebenfalls möglich. Zudem fällt die negative Rückkopplung durch Cortisol weg und es kommt zu einer verstärkten Ausschüttung von ACTH. Dieses wird aus Proopiomelanocortin (POMC) gespalten, wobei gleichzeitig andere Spaltprodukte wie MSH (Melanozyten-stimulierendes Hormon) anfallen. Da MSH die Melanozyten der Haut zur Produktion von Melanin anregt, können Personen mit einem Hypocortisolismus durch eine bronzefarbene Pigmentierung der Haut auffällig werden. Ein akutes Auftreten oder eine akute Verschlechterung des Krankheitsbildes (z.B. bei Infektionen) wird als „Addison-Krise“ bezeichnet und kann lebensbedrohlich verlaufen.
Adrenogenitales Syndrom
Das adrenogenitale Syndrom subsumiert eine Gruppe verschiedener angeborener Stoffwechselstörungen, die verschiedene Defekte der Cortisolbiosynthese gemein haben. In den meisten Fällen ist die 21-Hydroxylase betroffen. Der entstehende Cortisolmangel führt zu einer gesteigerten Ausschüttung von ACTH, das wiederum zur vermehrten Synthese der Vorstufen wie bspw. 17α-Hydroxyprogesteron führt. Aus den Vorstufen werden in der Folge verstärkt Androgene produziert. Betroffene Mädchen können bei der Geburt durch eine Klitorishypertrophie, Jungen durch einen vergrößerten Penis auffallen. Ist von der Stoffwechselstörung auch die Aldosteronsynthese betroffen, entwickelt sich nach der Geburt oftmals schnell eine lebensbedrohliche Krise mit Hyperkaliämie, Hyponatriämie und metabolischer Azidose, die zu Dehydratation und Erbrechen führen können.
Lakritzabusus
Die in Lakritz enthaltene Glycyrrhizinsäure hemmt die 11β-Dehydrogenase 2. Lakritzgenuss in hohen Mengen kann demzufolge dazu führen, dass das Cortisol weniger in das inaktive Cortison umgewandelt wird und Cortisol somit zunehmend seine mineralocorticoide Wirkung entfalten kann: Erhöhte Natrium- und Wasserrückresorption steigern den arteriellen Blutdruck und es kommt zur Hypokaliämie.
Wirkungen der Glucocorticoide
Glucocorticoide wirken auf zahlreiche Organe und Organsysteme. Hier soll ein Überblick über die Wirkungen auf den Energiestoffwechsel und das Immunsystem gegeben werden. Für Details zu anderen Wirkungen, die insb. als Nebenwirkungen bei medikamentöser Substitution auftreten, siehe auch: Nebenwirkungen einer Glucocorticoidtherapie.
Molekularer Wirkmechanismus
Wie alle Steroidhormone wirkt Cortisol über intrazelluläre Rezeptoren – hier werden zwei Rezeptoren unterschieden. Der Komplex aus Hormon und Rezeptor gelangt in den Zellkern und beeinflusst hier als Transkriptionsfaktor die Genexpression.
- Typ-1-Rezeptor
- Hohe Affinität zu Cortisol und Aldosteron
- Identisch mit dem Mineralocorticoidrezeptor
- Um die Konkurrenz von Cortisol und Aldosteron an den renalen Mineralocorticoidrezeptoren zugunsten von Aldosteron zu mindern, wandelt die 11β-Dehydrogenase 2 Cortisol in das inaktive Cortison um
- Typ-2-Rezeptor
- Bindet nur Cortisol (Name lautet „Glucocorticoidrezeptor“)
Da Glucocorticoide auch an den Mineralocorticoidrezeptor binden, spricht man von einer zusätzlichen sog. „mineralocorticoiden“ Wirkung; d.h., sie steigern – wie Aldosteron – die Natriumrückresorption und die Kaliumausscheidung!
Wirkung von Glucocorticoiden auf den Stoffwechsel
Cortisol hilft dem Körper, in einer Stresssituation oder bei Nahrungskarenz Energiereserven zu mobilisieren. Es dient insb. der Erhöhung der Blutzuckerkonzentration durch Induktion der folgenden Enzyme:
Übersicht der Stoffwechselwirkung von Cortisol | |||
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Gewebe | Induzierte Enzyme | Stoffwechselprozess | Stoffwechseleffekt |
Leber |
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Peripheres Fettgewebe | |||
Muskelgewebe |
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Cortisol wirkt als Insulinantagonist auf den Stoffwechsel!
Hypercortisolismus (Cushing-Syndrom)
Beim sog. Cushing-Syndrom kommt es zu stark erhöhten Cortisolkonzentrationen im Blut. Ursache ist häufig eine übermäßige Therapie mit Glucocorticoiden (exogenes Cushing-Syndrom) oder (seltener) ACTH-produzierende Tumoren, z.B. der Hypophyse (sog. Morbus Cushing) . Die physiologischen Wirkungen des Cortisols werden im Rahmen des Cushing-Syndroms um ein Vielfaches verstärkt. So steigt die Konzentration von Energieträgern wie Glucose im Blut u.a. durch den Abbau von Lipiden im peripheren Fettgewebe stark an. Aufgrund einer ungleichen Rezeptorausstattung peripheren und zentralen Fettgewebes sind die Auswirkungen dort unterschiedlich. Das periphere Fettgewebe wird abgebaut, wohingegen das zentrale (stammnahe) Fettgewebe aufgebaut wird. Es kommt bei den Betroffenen zu einer typischen Umverteilung des Fettes mit Ausbildung einer stammbetonten Adipositas und einer Facies lunata bei schlank bleibenden Extremitäten . Der Blutzuckerspiegel ist dabei permanent erhöht; man spricht daher auch von einem sog. Steroiddiabetes.
Hämatologische Wirkungen von Glucocorticoiden
Glucocorticoide wirken immunsuppressiv, d.h. sie hemmen die Immunantwort des Körpers. Deswegen werden sie auch medikamentös bei zahlreichen Krankheiten des Immunsystems eingesetzt.
- Immunsuppressive Wirkung
- Hemmung der Zytokinbildung und -freisetzung, z.B. von
- Minderung der T- und B-Zellantwort, z.B. über
- Hemmung der Aktivierung und Proliferation der B- und T-Lymphozyten
- Förderung der Apoptose der B- und T-Lymphozyten
- Weitere hämatologische Wirkungen
- Lymphozytopenie, Eosinopenie und Monozytopenie
- Erythrozyten↑, Thrombozyten↑ → Erhöhtes Thromboserisiko
- Neutrophile Granulozyten↑, hierbei Eosinophile↓, Basophile↓ und Lymphozyten↓ → Dadurch insgesamt Leukozytose bei relativ führendem Neutrophilen-Anteil
Glucocorticoide im klinischen Alltag
Glucocorticoide haben einen immensen Stellenwert in der medikamentösen Therapie zahlreicher mit dem Immunsystem assoziierter Erkrankungen. Als akutes Medikament werden sie u.a. bei überschießenden Reaktionen des Immunsystems wie heftigen allergischen Reaktionen eingesetzt. Bei sog. Autoimmunkrankheiten greift das Immunsystem fälschlicherweise körpereigene Strukturen an, wie bspw. bei der Multiplen Sklerose, einer Autoimmunerkrankung des Nervensystems. Auch hier sind Glucocorticoide im akuten Schub Mittel der Wahl.
Weitere wichtige Glucocorticoidwirkungen
Neben ihrer Wirkung auf Stoffwechsel und Immunsystem haben Glucocorticoide auch eine Wirkung auf zahlreiche Organe und Systeme des Körpers. Klinisch relevant werden diese v.a. bei der längerfristigen medikamentösen Therapie mit Glucocorticoiden. Der Einsatz in der Praxis sollte daher stets sorgfältig erfolgen.
Darüber hinaus steigern Glucocorticoide die Sensitivität der Adrenorezeptoren gegenüber Katecholaminen (sog. permissiver Effekt) und induzieren deren Synthese.
Auswahl der Nebenwirkungen längerfristiger Glucocorticoidtherapie | |
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Elektrolyte |
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Knochenstoffwechsel und Bewegungsapparat |
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Bindegewebe |
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Sexualhormone |
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Gastrointestinal |
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ZNS und Psyche |
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Bei Kindern |
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Androgene
- Definition: Männliche Sexualhormone
- Funktion: An der Geschlechtsfestlegung, Fortpflanzung und Steuerung von Stoffwechselprozessen beteiligt
- Vorkommen: Bei allen Geschlechtern
- Produktionsorte
- Insb. in den Gonaden
- In geringen Maßen in der Zona reticularis der Nebennierenrinde
- Synthese
- Ausgangssubstanz: Cholesterin
- Ablauf
- Bildung von inaktiven Hormonvorstufen in der Nebennierenrinde
- Umwandlung zu Östrogen und Testosteron in den peripheren Geweben
Hormone des Nebennierenmarks: Katecholamine
Zu den Katecholaminen zählen Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin. Während Dopamin und Noradrenalin v.a. als Neurotransmitter wirken und in den entsprechenden Neuronen gebildet werden , handelt es sich bei Adrenalin um ein Hormon. Adrenalin und Noradrenalin werden vermehrt im Rahmen von physischen und psychischen Stresssituationen ausgeschüttet, z.B. bei schwerer körperlicher Arbeit oder mündlichen Prüfungen. Unter anderem dienen sie der Aufrechterhaltung des Kreislaufs, indem sie Blutdruck und Herzfrequenz steigern. Gerade deswegen werden sie als Medikamente häufig in der Intensiv- und Notfallmedizin bei Kreislaufinstabilität eingesetzt.
Katecholaminsynthese
- Ausgangsstoff: Phenylalanin
- Schlüsselenzym: Tyrosinhydroxylase
- Syntheseorte
- Verschiedene Zentren des ZNS
- Chromaffine Zellen des Nebennierenmarks
- Postganglionäre noradrenerge Neurone
Syntheseschritte
Die Bildung der Katecholamine erfolgt aus den Aminosäuren Phenylalanin oder Tyrosin in mehreren Schritten.
Katecholaminbiosynthese | ||||
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Reaktion | Substrat | Produkt | Besonderheiten | |
Phenylalaninhydroxylase | ||||
Tyrosinhydroxylase | Dopa (3,4-Dihydroxyphenylalanin) | |||
Decarboxylase | ||||
4. Hydroxylierung des β-C-Atoms | Dopaminhydroxylase | |||
5. Methylierung | Phenylethanolamin-N-Methyltransferase | Cofaktor: SAM (S-Adenosylmethionin) |
Die Katecholaminsynthese erfolgt über die folgenden Zwischenprodukte: Phenylalanin → Tyrosin → Dopa → Dopamin → Noradrenalin → Adrenalin!
Katecholaminstoffwechsel
- Sekretionsmechanismus: Exozytose
- Transport: Frei löslich im Blut
- Halbwertszeit: 1–3 Minuten
- Stimulation durch
- Sympathikusaktivierung („fight and flight“) → Stimulation des Nebennierenmarks über cholinerge Synapsen → Induktion der Tyrosin- und Dopaminhydroxylase
- Cortisol aus der benachbarten Nebennierenrinde → Induktion der N-Methyltransferase und Tyrosinhydroxylase
- Verminderung durch: Adrenalin und Noradrenalin
Adrenalin sorgt für die rasche Bereitstellung von Energiereserven und hat im Allgemeinen die kürzeste Plasmahalbwertzeit in der Gruppe der Katecholamine!
In Stresssituationen kommt es zur gesteigerten Produktion von Katecholaminen und Glucocorticoiden. Da Glucocorticoide (bspw. Cortisol) die Katecholaminsynthese stimulieren, dienen sie so der Wiederauffüllung der Katecholaminspeicher!
Wirkung
Die Katecholamine wirken über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, sogenannte „Adrenorezeptoren“. Es existieren hier verschiedene Subtypen, die in den Organen, Gefäßen und Geweben in unterschiedlicher Ausprägung vorkommen und sich in ihrem Wirkungsprofil unterscheiden. In Belastungssituationen ist der Sympathikus aktiviert, der wiederum die Adrenalinsynthese im Nebennierenmark stimuliert. Die hydrophilen Katecholamine diffundieren dabei an die membranständigen Rezeptoren. Für die genaue Funktionsweise der einzelnen Adrenorezeptortypen siehe: Signaltransduktion der Adrenozeptoren.
Übersicht und Wirkung an peripheren Adrenorezeptoren | |||||
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Rezeptor | Wirkung aufs Effektormolekül | Wirkung auf Second Messenger | Expressionsorte | Wirkung am Zielorgan | |
α1 | Gq | Stimulation Phospholipase C | Kontraktion der glatten Muskulatur↑ → Vasokonstriktion | ||
Kontraktion der Sphinkteren↑ | |||||
α2 | Gi | Inhibition der Adenylatcyclase | cAMP↓ | ||
Kontraktion der Wandmuskulatur↓ | |||||
β1 | Gs | Stimulation Adenylatcyclase | cAMP↑ | Herzfrequenz↑ Kontraktionskraft↑ | |
Reninausschüttung↑ | |||||
β2 | Gefäße (Herzkranzgefäße, Skelettmuskulatur), Bronchien | Kontraktion der glatten Muskulatur↓ → Vasodilatation, Bronchodilatation | |||
Harnblase | Relaxation des M. detrusor vesicae | ||||
β3 |
Um die Wirkung der Katecholamine zu verstehen, muss man neben der Wirkung der Adrenorezeptoren auch deren Lokalisation kennen. So bewirken die Katecholamine über die Aktivierung der α1-Rezeptoren bspw. eine Konstriktion der Gefäße in Haut und Gastrointestinaltrakt, während es an Herzkranzgefäßen und Skelettmuskulatur über die Aktivierung von β2-Rezeptoren zur Vasodilatation kommt. Das Blut wird dadurch zentralisiert, d.h. es werden v.a. das Körperzentrum und die lebenswichtigen Organe wie Herz, Lunge und Gehirn versorgt!
QISSS („KISS“): α1-Rezeptor ist gekoppelt mit Gq-Protein, α2-Rezeptor mit Gi-Protein, β1-, β2- und β3-Rezeptor mit Gs-Protein.
Abbau
Das aus sympathischen Nervenendigungen freigesetzte Noradrenalin wird größtenteils wieder ins Axon aufgenommen (Reuptake-Mechanismus). Die im Blut zirkulierenden Hormone Adrenalin und Noradrenalin werden durch die COMT und MAO zu Vanillinmandelsäure abgebaut. Hier erfolgt eine Übersicht des Adrenalinabbaus; der Abbau von Noradrenalin erfolgt analog.
Übersicht Katecholaminabbau am Beispiel von Adrenalin | |||
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Reaktion | Substrat | Enzym | Produkt |
1. Methylierung | Adrenalin | COMT (Katecholamin-O-Methyltransferase) mit dem Cofaktor S-Adenosylmethionin (SAM) | 3-Methoxyadrenalin |
3-Methoxyadrenalin | MAO (Monoaminooxidase) mit Cofaktoren FAD und Kupfer | Vanillinmandelsäurealdehyd | |
3. Oxidation | Vanillinmandelsäurealdehyd | Aldehyddehydrogenase | Vanillinmandelsäure |
Das gemeinsame Abbauprodukt von Adrenalin und Noradrenalin ist die Vanillinmandelsäure; sie wird mit dem Urin ausgeschieden!
Die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin werden durch die COMT (Katecholamin-O-Methyltransferase) methyliert und durch die MAO (Monoaminooxidase) oxidiert!
COMT SAM zu MAO, sagen die Katecholamine Ciao!
Phäochromozytom
Beim Phäochromozytom handelt es sich um einen katecholaminproduzierenden Tumor, der v.a. im Nebennierenmark auftritt. Die hohen Katecholaminkonzentrationen führen dazu, dass die regulären Wirkungen der Katecholamine vielfach verstärkt werden. Dadurch kann es bei Betroffenen unter anderem zu stark erhöhtem Blutdruck, Kopfschmerzen, Tachykardien und Schweißausbrüchen kommen. Die Erhöhung der Katecholaminkonzentration im Blut führt auch zu einer Erhöhung des Abbauprodukts Vanillinmandelsäure im Urin. Diese lässt sich diagnostisch nachweisen, wenn ein Phäochromozytom vermutet wird.
COMT- und MAO-Hemmer als Parkinson-Medikamente und Antidepressiva
Wie Adrenalin und Noradrenalin werden auch Dopamin und seine Vorstufe Dopa durch COMT und MAO abgebaut. Dies macht man sich u.a. in der Therapie des Parkinson-Syndroms zunutze, das durch einen Dopaminmangel gekennzeichnet ist. Wird der Abbau von Dopa durch COMT- oder MAO-Hemmer inhibiert, wird die Dopaminwirkung verstärkt.
Eine der verschiedenen Theorien zur Entstehung von Depressionen sieht einen Mangel an Neurotransmittern im Gehirn als Ursache für die Erkrankung. Um die Konzentration dieser Neurotransmitter zu steigern, kann ihr Abbau über die MAO und COMT medikamentös gehemmt werden. Diese sog. MAO- bzw. COMT-Hemmer können stimmungsaufhellend wirken.
Entwicklung der Nebennieren und Paraganglien
Die unterschiedlichen Funktionen von Nebennierenrinde und -mark rühren von der unterschiedlichen embryonalen Herkunft her. Während die Rinde vom Mesoderm abstammt, entwickelt sich das Mark wie andere Abkömmlinge der Neuralleiste aus dem Ektoderm.
Nebennierenrinde
- Ausgangspunkt: Zölomepithel (Mesoderm)
- Beginn der Entwicklung: 4. Embryonalwoche
- Entwicklung
- Proliferation paraaortalen Zölomepithels
- Wanderung von Zölomepithelzellen in das darunterliegende Mesenchym
- Differenzierung zu Nebennierenrindenzellen
- Pränatal
- Postnatal
- Ausbildung der drei Zonen der Nebennierenrinde und Rückbildung der fetalen Zone
Nebennierenmark
- Ausgangspunkt: Neuralleiste (Ektoderm)
- Entwicklung
- Nach Differenzierung der Nebennierenrinde: Einwandern von Sympathicoblasten in die sich entwickelnde Rindenanlage
- Differenzierung zu chromaffinen Zellen mit Fähigkeit zur Katecholaminproduktion
Wiederholungsfragen zum Kapitel Nebenniere
Makroskopische Anatomie
Wie sind die Peritonealverhältnisse der Nebennieren?
Welcher anatomische Raum liegt ventral der linken Nebenniere?
Wie wird die Nebenniere arteriell versorgt?
Mikroskopische Anatomie
Wie heißen die Zonen der Nebennierenrinde und welche Hormone werden dort gebildet?
Wodurch sind die Zellen der Nebennierenrinde histologisch gekennzeichnet? Beschreibe die jeweils typische Zellanordnung in den einzelnen Zonen!
Wodurch ist das Gewebe des Nebennierenmarks histologisch gekennzeichnet?
Welchem Zelltypus kann man die Zellen des Nebennierenmarks zuordnen?
Hormone der Nebennierenrinde
Was ist die gemeinsame Grundreaktion der Steroidhormonsynthese, von welchem Enzym wird sie katalysiert und nach welchem Prinzip funktioniert sie?
Nenne die wichtigsten Zwischenprodukte der Aldosteronbiosynthese!
Nenne die wichtigsten Stimulatoren und Inhibitoren der Aldosteronsekretion!
Fasse kurz den molekularen Wirkmechanismus sowie die Wirkung des Aldosterons zusammen!
Mit welchen Symptomen macht sich ein primärer Hyper- bzw. Hypoaldosteronismus typischerweise bemerkbar?
Welches ist das bedeutendste Glucocorticoid im menschlichen Körper? Beschreibe dessen chemische Struktur!
Beschreibe das Prinzip der Cortisolbiosynthese! Welcher wichtige Cofaktor wird für mehrere Reaktionen benötigt?
Nenne das Schlüsselenzym der Cortisolbiosynthese und beschreibe, welche Reaktion es katalysiert! Welches Krankheitsbild ist meist durch einen Defekt dieses Enzyms verursacht?
Was ist in Bezug auf den Cortisolstoffwechsel mit Interkonversion gemeint und wie läuft diese ab?
Wie wird die Cortisolbiosynthese reguliert?
Wie und wo wird das Cortisol abgebaut?
Wieso kommt es bei einer Nebennierenrindeninsuffizienz zu einer Hyperpigmentierung der Haut?
Über welchen Mechanismus führt Lakritzabusus zu Hypokaliämie?
Welche Wirkung hat Cortisol im Glucosestoffwechsel? Welche Enzyme induziert es?
Beschreibe das typische Aussehen einer Person mit lang anhaltendem Hypercortisolismus (sog. Cushing-Syndrom)!
Beschreibe die Wirkung des Cortisols auf das Immunsystem und den Knochenstoffwechsel!
Hormone des Nebennierenmarks: Katecholamine
Nenne die Zwischenprodukte und das Schlüsselenzym der Katecholaminbiosynthese!
Nenne die vier Cofaktoren der Katecholaminsynthese!
Bei welchen der Zwischenschritte der Katecholaminsynthese handelt es sich um Hydroxylierungen?
Worum handelt es sich chemisch bei der Umwandlung von Dopa zu Dopamin?
Welches Enzym katalysiert die Umwandlung von Noradrenalin zu Adrenalin und welchen Cofaktor benötigt es?
In welchen Situationen und durch welche Mechanismen wird die Synthese und Ausschüttung der Katecholamine stimuliert?
Welches Katecholamin hat die kürzeste Halbwertszeit und sorgt daher besonders für die rasche Bereitstellung von Energiereserven?
Welche Wirkung vermitteln α1-Adrenorezeptoren?
Über welches Effektormolekül/welchen Second Messenger wirken die β-Adrenorezeptoren?
Wie werden Adrenalin und Noradrenalin abgebaut? Was ist das Endprodukt des Abbaus?
Eine Sammlung allgemeinerer Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.