Fisiologia del sistema endocrino, urinario e nervoso autonomo

Fisiologia – Sistema endocrino, nervoso autonomo, urinario

Sistema endocrino

Il sistema endocrino governa più o meno tutte le funzioni fisiologiche. È un sistema di comunicazione e di scambio di informazioni tra cellule e organi. Si avvale di ghiandole e/o cellule endocrine, e la comunicazione avviene in modo chimico tramite l’utilizzo di ormoni.

Ormoni

L’ormone è una sostanza secreta in piccole quantità da cellule specializzate (es. tratto gastrointestinale) o ghiandole endocrine, che agisce su cellule di tessuto bersaglio interagendo con recettori specifici e producendo così una determinata risposta biologica. In generale, quindi, gli ormoni regolano tutti i processi fisiologici al fine di mantenere costante l’omeostasi. Se l’ormone venisse prodotto in grandi quantità si entrerebbe in stati patologici. L’ormone prodotto entra in contatto con tutte le cellule del corpo, ma solo se queste presentano i recettori specifici allora si avrà una risposta biologica. Le cellule endocrine sono considerate cellule eccitabili, ovvero in grado di rispondere ad una stimolazione, sia essa di tipo chimico che elettrico.

Processi secretivi principali nel sistema endocrino

• Secrezione di ormone da parte di cellule/ghiandole endocrine: processo più comune e di base.
• Secrezione di ormone da parte di tessuti non convenzionalmente endocrini: tessuto adiposo (leptina) e fegato possono produrre ormoni.
• Secrezione di neurormoni da parte di cellule neuroendocrine: considerabili anche come neuroni endocrini.
• Secrezione di sostanze paracrine e autocrine: sostanze che agiscono rispettivamente sulle cellule adiacenti e su sé stesse.

Gli ultimi due punti non verranno trattati; le sostanze prodotte in questi due casi vengono liberate nel liquido interstiziale (che differisce dal liquido extracellulare poiché questo è composto da liquido interstiziale + sangue).

Riflesso endocrino

Il processo di liberazione ed azione di un ormone è detto riflesso endocrino, ed è caratterizzato da diverse fasi:

1. Stimolo: induce la liberazione dell’ormone solo in caso di necessità. Possono essere:
   • Stimoli nervosi: treni di potenziali d’azione che arrivano ad un neurone endocrino (es. surrene).
   • Stimoli ormonali: un ormone può fungere da stimolo per la produzione di un altro ormone (es. ormoni ipofisari).
   • Stimoli umorali: una sostanza chimica generica può fungere da stimolo per la produzione di ormone (es. glucosio).
2. Sensore: struttura recettrice che capta gli stimoli.
3. Segnale afferente: segnale che porta uno stimolo esterno ad una destinazione interna, detto centro integratore.
4. Centro integratore: cellula che produce l’ormone e riceve i segnali afferenti.
5. Segnale efferente: è l’ormone, ovvero il messaggero che porta ad una cellula bersaglio l’informazione.
6. Cellula bersaglio: cellula che riceve e lega l’ormone producendo un effetto biologico.
7. Effetto biologico: effetto dovuto alla segnalazione ormonale. Principalmente sono:
   • Produzione, uso e immagazzinamento di energia metabolica.
   • Equilibrio idrosalino.
   • Crescita e sviluppo.
   • Riproduzione.
8. Feedback: metodo di regolazione della produzione di ormone.

La chimica degli ormoni

Esistono 3 categorie principali di ormoni:

1. Derivati di aa: derivano o da Tyr o da Trp. Come esempi vediamo T3, T4 o le catecolamine (adrenalina, noradrenalina, dopamina e melatonina).
2. Peptidici: come quelli ipofisari, pancreatici.
3. Steroidei: come quelli surrenali, ovarici, testicolari.

Meccanismo d'azione degli ormoni

Determinato e influenzato dalla struttura chimica della molecola e dalla sua natura. In generale, l’ormone deve interagire con il proprio recettore specifico; a seconda della natura chimica dell’ormone, la posizione del recettore dovrà essere tale da poter interagire con l’ormone stesso:

• Ormoni peptidici: essendo di natura proteica, hanno necessariamente bisogno di avere i propri recettori sulla membrana plasmatica e dovranno, per forza di cose, indurre l’attivazione dei secondi messaggeri all’interno della cellula. In generale esistono 3 sistemi principali di secondi messaggeri:
  • Adenilato ciclasi – cAMP.
  • Fosfatidilinositolo – diacilglicerolo.
  • Canali ionici attivati da recettori: solitamente per il Ca, lo ione si comporta da secondo messaggero.
• Ormoni steroidei: essendo di natura lipofila, non possono circolare liberamente nel sangue ma dovranno essere legati a proteine carrier con cui abbiano un’affinità sufficiente al loro trasporto, ma comunque più bassa rispetto a quella posseduta per le cellule con cui interagiscono, in modo tale che si possano staccare dal carrier e interagire con la cellula bersaglio; un vantaggio, invece, è che possono entrare liberamente nella cellula, e perciò i loro recettori si troveranno o nel citosol o sulla membrana nucleare (fanno eccezione gli ormoni sessuali, i cui recettori sono presenti sulla membrana plasmatica). Non ci sono perciò secondi messaggeri (per ora). Una volta legato l’ormone, il recettore si staccherà dalla membrana nucleare e si sposterà nel nucleo, dove andrà a modulare l’espressione genica e quindi stimolare o inibire la produzione di determinati mRNA; nel caso in cui inducano la produzione di una determinata proteina, essa fungerà da secondo messaggero dell’ormone poiché amplificherà (perché se ne produrranno più copie in una volta sola) l’effetto dell’ormone, e andrà a sviluppare una certa risposta biologica.

Tempo di risposta degli ormoni

Il tempo necessario ad avere un effetto di risposta in seguito a stimolazione ormonale differisce tra ormoni proteici e steroidei: i primi danno una risposta molto veloce mediata dai secondi messaggeri (breve termine), mentre i secondi hanno una risposta molto lenta poiché devono andare direttamente ad agire sul DNA (lungo termine). Inoltre, gli ormoni peptidici possono essere prodotti, anche in caso di non necessità, e accumulati in determinate ghiandole in modo da essere disponibili in poco tempo; gli ormoni steroidei, invece, vengono prodotti solo al momento della necessità (il che allunga i tempi del riflesso endocrino). In generale, la regolazione ormonale ha sempre tempi di risposta più lenti rispetto alla regolazione nervosa: relazionati al sistema nervoso, infatti, la risposta degli ormoni può essere considerata come a medio/lungo termine.

Feedback

Meccanismo di modulazione retroattiva della produzione e secrezione di ormone. È portato avanti dalla cellula endocrina che produce l’ormone stesso, la quale porta sulla sua superficie una sorta di rilevatore di concentrazione ematica di sostanza per cui l’ormone è stato prodotto. La risposta da parte della cellula in seguito alla rilevazione della concentrazione può portare a:

• Feedback positivo: la cellula è stimolata a produrre più ormone man mano che le concentrazioni aumentano.
• Feedback negativo: la cellula è stimolata ad inibire la produzione di ormone quando le concentrazioni raggiungono un certo livello. Caso più comune.

Nel caso più semplice, dopo che l’ormone prodotto dalla cellula endocrina ha espletato la sua funzione sulla sua cellula bersaglio, e questa avrà dato una certa risposta (es. abbassamento della glicemia), il cambiamento indotto verrà elaborato dalla cellula endocrina e la produzione di ormone rallenterà. Nel caso più complicato, invece, l’ormone prodotto dalla cellula endocrina andrà ad agire sulla cellula bersaglio, la quale verrà stimolata a produrre un secondo ormone; questo potrà andare ad agire su una terza cellula bersaglio, sulla cellula che l’ha prodotto o sulla cellula endocrina di partenza. Nel caso in cui agisse su una terza cellula, questa potrà eventualmente produrre un terzo ormone e sviluppare la vera e propria risposta biologica (oppure produrre un quarto ormone e così via). Questo tipo di regolazione, molto più complessa, è quella portata avanti tipicamente dall’asse ipotalamico-ipofisario.

Asse ipotalamico-ipofisario

Ricordando che i neuroni endocrini sono cellule che ricevono treni di potenziale d’azione che inducono la liberazione di neurormoni, introduciamo i ruoli e il meccanismo di funzionamento dell’asse. Nell’asse ipotalamico-ipofisario, la comunicazione tra queste due entità avviene sia grazie a neuroni che al sistema portale ipofisario: il primo permette la comunicazione con la neuroipofisi (che ha un sistema di vascolarizzazione proprio), mentre il secondo permette la comunicazione con l’adenoipofisi (che verrà irrorata da sangue venoso proveniente dall’ipotalamo); la neuroipofisi è costituita infatti dagli assoni di due nuclei ipotalamici, il nucleo sopraottico e il nucleo paraventricolare (detti neuroni magnocellulari), mentre l’adenoipofisi è costituita da cellule non nervose. Sono anche presenti neuroni parvicellulari, molto importanti per il controllo della neuroipofisi; i loro corpi sono localizzati al livello dei nuclei paraventricolare e periventricolare nell’area preottica e del nucleo arcuato, e i loro assoni vanno a fare sinapsi a livello dell’eminenza mediana. In generale, comunque, l’ipofisi è un’appendice dell’ipotalamo e non è perciò autonoma. Gli ormoni secreti dall’ipofisi differiscono in base a:

• Adenoipofisi: prodotti e rilasciati da lei stessa. Sono:
  • LH: ormone luteinizzante.
  • FSH: ormone follicolo-stimolante.
  • PRL: prolattina.
  • ACTH: ormone adrenocorticotropo.
  • GH: ormone della crescita.
  • TSH: ormone tireotropo.
• Neuroipofisi: ha il solo compito di liberare gli ormoni, non essendo in grado di produrli. Sono:
  • Ossitocina: serve per il rilascio del latte, agendo sui muscoli mammari responsabili della sua eiezione. Ha anche funzioni implicate nella riproduzione come la contrazione del muscolo dell’utero, principalmente durante il travaglio (può anche essere somministrata se non ci sono sufficienti contrazioni). Lo stimolo che agisce sull’ipotalamo è l’azione meccanica di suzione da parte del neonato; anche le emozioni hanno ricadute nervose, e perciò potranno essere responsabili della liberazione di ossitocina (es. pianto del bambino).
  • Vasopressina: detto anche ADH, agisce sul rene regolando il bilancio idrico. A concentrazioni molto alte agisce anche come vasocostrittore, e quindi come ipertensivo (al limite della patologia). C’è una patologia, ovvero il diabete insipido, in cui non si ha la produzione di ADH: in questi casi, la quantità di urina prodotta in un solo giorno può arrivare fino a 27 L, e perciò si va incontro a disidratazione e morte se non trattata.

Regolazione della secrezione degli ormoni da parte dell’ipofisi

La regolazione della secrezione degli ormoni da parte dell’ipofisi differisce nelle due sezioni della ghiandola:

• Neuroipofisi: l’ormone prodotto nel corpo cellulare dei nuclei magnocellulari entra in vescicole di trasporto che vengono poi portate fino alla neuroipofisi grazie all’assone neuronale. Arrivate al bottone sinaptico, dopo la scarica del potenziale d’azione, l’ormone viene rilasciato dalle sinapsi all’interno del circolo sanguigno normale.
• Adenoipofisi: l’ipotalamo, una volta riconosciuto un determinato stimolo, induce la liberazione di un determinato ormone all’interno del sistema portale. L’ormone arriva a determinate cellule dell’adenoipofisi, e la risposta a cui possono portare può essere stimolatoria, e quindi la ghiandola produrrà l’ormone rispettivo, o inibitoria, e quindi la ghiandola interromperà la produzione dell’ormone rispettivo. In caso di stimolazione, l’ormone prodotto verrà liberato nel sangue e andrà ad agire, nella maggior parte dei casi, su un’altra ghiandola endocrina stimolando la produzione e liberazione di un ulteriore ormone dell’asse. L’ormone ipotalamico può quindi essere:
  • Liberante: detto anche rilasciante (RH), permette la liberazione di ormone:
    • GnRH: stimola la produzione di LH e FSH.
    • GHRH: stimola la produzione di GH.
    • TRH: stimola la produzione di TSH.
    • CRH: stimola la produzione di ACTH.
    • PRF: stimola la produzione di PRL.
  • Inibente: detto anche IH, permette l’inibizione della produzione di ormone:
    • SS (somatostatine): inibiscono il rilascio di GH.
    • DA (dopamina): inibisce la produzione di PRL.

Possiamo notare che gli unici processi che vengono prevalentemente inibiti sono processi che avvengono solo in determinate fasi della vita (crescita e allattamento), mentre tutti gli altri che solitamente non vengono inibiti sono processi che devono essere regolati per tutta la vita. In generale, ogni ormone ipofisario ha un proprio RH o IH, solo che vengono prodotti in quantità diverse.

Specifici assi ipotalamici

Per ogni ormone prodotto dall’adenoipofisi esiste uno specifico asse, poiché ogni ormone agirà su ghiandole diverse:

• Asse ipotalamo – ipofisi – ghiandola mammaria: coinvolge PRL. L’ormone di per sé è particolare poiché, nella sua regolazione, l’input principale è di tipo inibitorio: la prolattina, infatti, ha il compito di indurre la produzione di latte materno a livello della ghiandola mammaria, e perciò se non si ha necessità di latte in quel momento la produzione di PRL dovrà essere bloccata. Gli input stimolatori per la sua produzione, invece, sono:
  • Suzione meccanica di latte da parte del neonato.
  • PRF.
  • Estrogeni: ormoni prodotti in maniera molto abbondante durante la gravidanza.

  Il modo con cui regolano il metabolismo di PRL è però molto particolare: infatti, inducono la sua produzione ma inibiscono la sua azione. Ciò è dovuto al fatto che, come abbiamo già detto, in gravidanza abbiamo una forte produzione di estrogeni e quindi di PRL: essendo però che la produzione di latte, durante la gestazione, è di fatto inutile, allora sarà necessario impedire l’attività di PRL. Una volta partorito, i livelli di estrogeni calano e di conseguenza la prolattina potrà espletare la sua azione stimolatoria. Un altro effetto dato sia da PRL che dagli estrogeni è l’aumento di dimensioni della ghiandola mammaria in preparazione all’allattamento.

• Asse ipotalamo – ipofisi – surrene (corteccia): coinvolge ACTH. Le funzioni di questo ormone sono principalmente due:
  • Regolazione del rilascio di secondi ormoni secreti dalla corteccia del surrene.
  • Effetto trofico (nutrimento a scopo di crescita) sulle cellule della corticale del surrene.

  L’asse non si ferma quindi al solo corticotropo, poiché il surrene ha lo scopo di produrre altri ormoni. È costituito da due zone:

  • Regione corticale: divisa in tre zone che producono ognuna diversi tipi di ormoni steroidei:
    • Glomerulosa: più esterna. Produce ormoni mineralcorticoidi, ormoni deputati a regolare la ritenzione di Na a livello del tubulo renale, trattenendolo ed eliminando K. Il capostipite è l’aldosterone. Trattenendo Na, il volume di sangue circolante aumenta (ipervolemia) e perciò viene modificata anche la pressione ematica. L’ormone non è prodotto sotto influenza particolare dell’ACTH, ma piuttosto di una catena di reazioni quali:
      1. Il fegato produce angiotensinogeno e lo immette nel sangue.
      2. Arrivato al rene, il quale produce solo in determinate condizioni (es. calo pressione arteriosa) renina (enzima), l’angiotensinogeno viene convertito dall’enzima in angiotensina I.
      3. Circolando, l’angiotensina I arriva al polmone dove un enzima, quale l’ACE, la converte in angiotensina II.
      4. Tra le varie funzioni che ha, l’angiotensina II stimola la secrezione di aldosterone.

      In generale, lo stimolo più forte della produzione di aldosterone è l’iperpotassemia; segue l’angiotensina II.

    • Fascicolata: media. Produce ormoni glucocorticoidi, ormoni deputati alla regolazione del metabolismo basale del glucosio. Il capostipite è il cortisolo, e permette di sopravvivere in condizioni di stress fisiologico (recupero dopo un intervento, infezione grave, ustione, situazioni lotta e fuggi, ecc.). I siti di azione del cortisolo sono i tre centri metabolici, e alcune delle cose che fa sono aumentare la glicemia, amplificare l’attività di altri ormoni, aumentare la pressione arteriosa, variare la composizione cellulare del sangue. Ad alte concentrazioni, il cortisolo ha anche effetto antinfiammatorio e immunosoppressore.
    • Reticolata: più interna. Produce ormoni androgeni. L’androgeno più importante è il testosterone, ma nell’uomo la sua produzione avviene a livello del testicolo. Nella donna e nel feto di entrambi i generi, invece, il testosterone raggiunge in generale valori molto bassi, e perciò gli ormoni androgeni surrenali avranno una certa importanza; nell’uomo, invece, dopo la pubertà vengono soppiantati dal testosterone.
  • Regione midollare: vista in dettaglio più avanti. Fa parte del sistema nervoso autonomo, e ha la funzione di produrre catecolamine come adrenalina e (poca) noradrenalina.
• Asse ipotalamo – ipofisi – fegato e tessuti periferici: coinvolge il GH. I tessuti principalmente coinvolti sono fegato, muscolo e tessuto adiposo, ovvero i tre centri metabolici principali:
  • Muscolo: aumento della massa muscolare.
  • Adiposo: diminuzione dell’adiposità e quindi aumento della massa.