Fisiologia completa e schematica ultima parte

Fisiologia endocrina

Il sistema endocrino è uno dei principali sistemi di regolazione dell'organismo, secerne ormoni che agiscono sulle proprie cellule bersaglio per regolare le concentrazioni ematiche di molecole nutrienti, acqua, sali ed altri elettroliti, oltre a svolgere altre attività omeostatiche. Gli organi endocrini sono localizzati in diverse parti dell’organismo e le loro funzioni sono controllate dagli ormoni rilasciati in circolo (controllo endocrino) anche attraverso la stimolazione neuroendocrina (controllo neuroendocrino) o prodotti localmente (controllo paracrino/autocrino/intracrino).

Classificazione chimica degli ormoni

Dal punto di vista chimico gli ormoni vengono divisi in:

• Idrofili (ormoni peptidici, o proteici, e catecolamine)
• Lipofili (ormoni steroidei e ormone tiroideo)

Gli ormoni peptidici rappresentano la categoria più abbondante, sono costituiti da catene di amminoacidi di lunghezza variabile. Le catecolamine, prodotte dalla midollare del surrene, derivano dall'amminoacido tirosina. Gli ormoni steroidei, prodotti dalla corticale del surrene e dalle ghiandole endocrine riproduttive, sono lipidi neutri derivati dal colesterolo. L'ormone tiroideo, prodotto solo dalla tiroide, è un derivato iodato della tirosina. Si sa che gli ormoni idrofili, quando giungono in prossimità della cellula bersaglio, non penetrano al suo interno, ma si legano al proprio recettore specifico posto sulla membrana cellulare. Il complesso ormone + recettore provoca all'interno della cellula la trasformazione dell'ATP in adenosim monofosfato ciclico (AMPc). L'AMPc è un messaggero intracellulare (II° messaggero), che provoca una risposta cellulare. Gli ormoni lipofili, invece, quando giungono in prossimità della cellula bersaglio penetrano al suo interno, e si legano al proprio recettore specifico. Il complesso ormone + recettore è abilitato a oltrepassare la membrana nucleare, e una volta giunto nel nucleo induce la produzione di un determinato mRNA (gli ormoni steroidei, a differenza di quelli peptidici, hanno un'azione altamente specifica). All'mRNA segue una sintesi proteica, ossia nuove proteine che mediano la risposta desiderata. Per quanto riguarda il trasporto, gli ormoni idrofili circolano nel sangue in gran parte disciolti nel plasma, mentre gli ormoni lipofili sono in gran parte legati a proteine plasmatiche.

Funzioni generali del sistema endocrino

Il sistema endocrino:

• Regola il metabolismo organico e l'equilibrio idro-elettrolitico, per mantenere costante l'ambiente interno
• Induce modificazioni adattive per aiutare l'organismo ad affrontare situazioni stressanti
• Promuove la crescita ed il regolare sviluppo sequenziale
• Regola la produzione degli eritrociti
• Insieme al sistema nervoso autonomo regola ed integra la circolazione, la digestione e l'assorbimento degli alimenti

Alcuni ormoni regolano la produzione e secrezione di altri ormoni, e vengono chiamati ormoni tropici (o tropine). Ne è un esempio l'ormone tireostimolante (TSH o tireotropina), secreto dalla adenoipofisi, che stimola la secrezione dell'ormone tiroideo da parte della tiroide e nel contempo ne mantiene anche l'integrità.

La funzione primaria della maggior parte degli ormoni è la regolazione delle attività omeostatiche ed i loro effetti sono direttamente proporzionali alla loro concentrazione plasmatica. Vari fattori influenzano e regolano la concentrazione plasmatica ormonale:

• La velocità di secrezione dell'ormone da parte della ghiandola endocrina
• Dalla sua velocità di attivazione metabolica
• Dall'entità del legame con le proteine plasmatiche (per gli ormoni lipofili)
• Dalla sua velocità di inattivazione metabolica

Meccanismi di regolazione della secrezione ormonale

Meccanismo di regolazione a feedback negativo, quando cioè l'uscita di un sistema (output) si oppone all'entrata (input) nel sistema. Un esempio è rappresentato dalla secrezione dell'ormone tiroideo. L'adenoipofisi secerne il TSH che stimolerà la produzione da parte della tiroide dell'ormone tiroideo, il quale a sua volta inibirà l'adenoipofisi alla secrezione di altro TSH.

Riflessi neuroendocrini, che comprendono componenti nervose ed ormonali. Questi riflessi hanno il compito di produrre un aumento improvviso della secrezione di un ormone in risposta ad uno stimolo specifico, spesso esterno all'organismo. Esempi sono la produzione di adrenalina in risposta ad un aumento della richiesta, e l'aumento della secrezione del cortisolo, ormone dello stress, da parte della corticale del surrene in risposta allo stress.

Ritmi circadiani, detti anche ritmi nictemerali (giorno/notte), caratterizzati dalla secrezione ormonale molto regolare che si ripete ciclicamente una volta ogni 24 ore. Inoltre esiste una sincronizzazione tra ritmi circadiani e ciclo luce buio, per cui la secrezione di ormoni è in fase con il ciclo luce buio. Per esempio la secrezione di cortisolo aumenta durante la notte, con un massimo al mattino al risveglio, per poi decrescere durante il giorno.

La concentrazione plasmatica efficace dell'ormone dipende dalla velocità della sua secrezione, ma anche da modificazioni del suo trasporto, metabolismo o escrezione. Tutti gli ormoni vengono metabolizzati da reazioni mediate da enzimi che modificano la loro struttura. Questa modificazione inattiva l'ormone. Il fegato è la sede più comune di inattivazione metabolica degli ormoni, ma alcuni vengono inattivati anche nel sangue e nel rene o nelle cellule bersaglio. In generale i peptidi idrofili e le catecolamine sono facili bersagli per gli enzimi ematici e tissutali, e rimangono in circolo per breve tempo (da qualche minuto a poche ore) prima della loro inattivazione. Per contro gli ormoni lipofili, legati alle proteine, sono meno vulnerabili alla inattivazione metabolica ed alla eliminazione renale. Rimangono in circolo maggiormente per ore (ormoni steroidei) o settimane (ormone tiroideo).

Ipotalamo

L'ipotalamo appartiene al sistema nervoso centrale ma, da un punto di vista funzionale, i suoi neuroni sono capaci di ricevere segnali che arrivano sia dalle strutture nervose superiori, sia dalle ghiandole del sistema endocrino (ipofisi e gonadi per esempio), che non sono strutture nervose. Esso è quindi la sede in cui si verificano le connessioni tra sistema nervoso centrale e sistema endocrino (ormonale). Gli ormoni prodotti dall'ipotalamo sono di natura proteica (mentre quelli prodotti dalle gonadi sono dei derivati del colesterolo, e quindi di natura lipidica) ed agiscono sull'ipofisi. Essa è suddivisa in due porzioni, una anteriore, o adenoipofisi, ed una posteriore, o neuroipofisi.

L'adenoipofisi è collegata all'ipotalamo da un sistema di vasi sanguigni nel quale vengono immessi gli ormoni ipotalamici che arrivano così all'ipofisi. Allo stesso modo, sempre attraverso questo sistema, gli ormoni prodotti dall'ipofisi possono giungere all'ipotalamo ed influenzarne la funzione. Gli ormoni ipotalamici determinano, a livello dell'adenoipofisi, la sintesi, l'accumulo, quindi l'immissione nel sangue di una serie di prodotti che vengono chiamate tropine in quanto agiscono su altre ghiandole del sistema endocrino che sono dipendenti dall'ipofisi (ovaio, testicolo, tiroide, mammella, corticale del surrene, funzione dell'accrescimento). Gli ormoni ipotalamici sono indicati come Relasing Hormones (RH) e cioè sostanze che stimolano la dismissione e l'ingresso nel sangue degli ormoni ipofisari.

Gli RH sono:

• Il GnRH o relasing hormone per le due gonadotropine ipofisarie LH ed FSH, agenti sulle ovaie per l'induzione dell'ovulazione
• Un relasing hormone per la tireostimolina ipofisaria o TRH agente sulla tiroide
• Un relasing hormone per l'ormone ipofisario della crescita o GHRH
• Un relasing hormone per la tropina che stimola la corticale del surrene o CRH, inducendola a sua volta a produrre l'ormone cortisolo

Allo stesso modo, esistono anche ormoni che inibiscono la secrezione dell'ipofisi qualora ciò risulti necessario. Sotto lo stimolo o l'inibizione dell'ipotalamo, l'adenoipofisi produce una serie di ormoni o tropine di natura proteica ed altre sostanze, come per esempio le endorfine, che si trovano anche nel cervello ed hanno una struttura chimica che assomiglia a quella degli oppioidi.

Ipofisi

Ha un centimetro di diametro ed è alloggiata, alla base del cervello, nella sella turgica del cranio, al di sotto dell'ipotalamo. È connessa all'ipotalamo dal peduncolo ipofisario. È divisa in due lobi che hanno una origine embrionale diversa:

• Ipofisi posteriore o neuroipofisi, perché costituita da tessuto nervoso
• Ipofisi anteriore o adenoipofisi, costituita da tessuto epiteliare ghiandolare

Adenoipofisi

L'adenoipofisi, a differenza della neuroipofisi, sintetizza essa stessa gli ormoni che poi rilascia nel sangue. Deriva dai tessuti che nell’embrione formano l’epitelio della bocca. Non riceve fibre dall’ipotalamo, e la sua attività è il risultato di un continuo equilibrio tra neurormoni di origine ipotalamica.

Gli ormoni dell’adenoipofisi sono:

1. STH o GH (Ormone somatotropo o somatotropina): stimola l’attività tiroidea, la sintesi delle proteine, rallenta l’impiego del glucosio da parte delle cellule e influenza direttamente la crescita e lo sviluppo dei tessuti ossei e muscolari. Le cellule bersaglio sono le cellule dei tessuti molli
2. TSH (Ormone tireotropo o tireotropina): stimola l’elaborazione e la secrezione degli ormoni tiroidei T3 e T4. Senza quest’ormone la tiroide si atrofizza. Il suo livello è regolato da un feedback negativo della tiroxina (prodotta dalla tiroide)
3. ACTH (Ormone adenocorticotropo): stimola la secrezione del cortisolo e lo sviluppo della corteccia della ghiandola surrenale. Le cellule bersaglio sono le cellule della zona fascicolata e reticolare della corticale del surrene. Il cortisolo (prodotto dalla ghiandola) inibisce la secrezione del RF che stimola la produzione di ACTH
4. FSH (Ormone follicolostimolante): stimola la maturazione dei follicoli ovarici e controlla la spermatogenesi. Le cellule bersaglio sono i follicoli ovarici nelle donne ed i tubuli seminiferi nell'uomo
5. LH (Ormone luteinizzante): stimola la rottura del follicolo ed il rilascio dell’ovulo maturo, la trasformazione in corpo luteo e la secrezione di testosterone da parte delle cellule interstiziali del testicolo. Le cellule bersaglio sono il follicolo ovarico ed il corpo luteo nelle donne, le cellule interstiziali di Leydig nei testicoli.
6. PRL (Ormone stimolante la prolattina): stimola e promuove lo sviluppo delle mammelle e la secrezione del latte. Le cellule bersaglio sono le ghiandole mammarie

Il TSH, l'ACTH, l'FSH e l'LH sono ormoni tropici, perché stimolano la secrezione di un'altra ghiandola endocrina specifica. L'FSH e l'LH sono detti gonadotropine perché regolano la secrezione degli ormoni sessuali.

Neuroipofisi

Ha origine dagli stessi tessuti che, nell’embrione, vanno a formare il cervello. Le cellule, dette pituiciti, sono neuroglia i cui prolungamenti formano una fitta rete di fibre nervose. Molte di esse provengono dall’ipotalamo e lungo il decorso presentano delle bozze bottonute che contengono vescicole con granuli. Questi sono i polipeptidi ormonali. Il rilascio di ormoni dalla neuroipofisi e dalla adenoipofisi è regolato dall'ipotalamo, ma la neuroipofisi è connessa mediante una via nervosa, la adenoipofisi mediante un collegamento vascolare. L'ipotalamo e la neuroipofisi formano un sistema neuroendocrino costituito da neuroni neurosecernenti i cui corpi cellulari sono localizzati in due gruppi ben definiti nell'ipotalamo (il nucleo sopraottico e nucleo paraventricolare). Dal punto di vista sia funzionale che anatomico, la neuroipofisi è semplicemente una estensione dell'ipotalamo. In effetti la neuroipofisi non produce alcun ormone, essa immagazzina e, in seguito ad appropriata stimolazione, rilascia nel sangue due piccoli ormoni peptidici, la vasopressina e l'ossitocina, sintetizzati dai corpi cellulari neuronali nell'ipotalamo. Sono ormoni idrofili, prodotti sia dal nucleo sopraottico che paraventricolare. Questi ormoni sintetizzati vengono trasportati lungo l'assone in granuli di secrezione e immagazzinati nei terminali neuronali entro la neuroipofisi. Ogni terminale immagazzina solo uno dei due ormoni. In seguito ad un input stimolatorio diretto all'ipotalamo, uno dei due ormoni viene rilasciato nel sangue sistemico per esocitosi dai granuli di secrezione.

• Vasopressina (o ormone antidiuretico), determina l'aumento del riassorbimento dell'acqua, e le cellule bersaglio sono i tubuli renali. Ha due azioni: azione antidiuretica ed azione vasopressoria. Questo ormone viene rilasciato in seguito ad un input proveniente dagli osmocettori ipotalamici, che rispondono ad un aumento della osmolarità plasmatica. L'input che proviene dai recettori presenti nell'atrio sinistro aumenta la secrezione di vasopressina in risposta ad una diminuzione del volume del liquido extracellulare e della pressione arteriosa.
• Ossitocina, ormone che stimola la contrazione del muscolo liscio uterino e contribuisce ad espellere il feto durante il parto. Promuove inoltre la secrezione del latte dalle ghiandole mammarie durante l'allattamento al seno. Sembra che abbia una azione di facilitazione del legame madre e neonato.

Quindi il rilascio di ciascun ormone da parte dell'adenoipofisi è regolato in gran parte da altri ormoni prodotti dall'ipotalamo, detti ormoni ipofisiotropi. Questi piccoli ormoni di natura peptidica, a seconda delle loro azioni, sono detti fattori di rilascio oppure fattori di inibizione. Inoltre un ormone dell'adenoipofisi può esser regolato da due o più ormoni ipofisiotropi, che possono avere azioni antagoniste.

Questi ormoni ipofisiotropi intervengono in una catena di comando gerarchica costituita da tre ormoni:

1. L'ormone ipofisiotropo ipotalamico (ormone 1) regola la secrezione di un ormone tropico dell'adenoipofisi (ormone 2)
2. L'ormone tropico dell'adenoipofisi a sua volta regola la secrezione dell'ormone della cellula bersaglio (ormone 3)
3. L'ormone della cellula bersaglio esercita l'azione fisiologica finale

Sistema portale ipotalamico-ipofisario

Si è detto che, a differenza della neuroipofisi, gli ormoni ipotalamici raggiungono la adenoipofisi mediante un collegamento vascolare caratteristico. Questo collegamento è dato da una connessione capillari-capillari, detto appunto sistema portale ipotalamico-ipofisario. Un sistema portale è una disposizione vascolare in cui il sangue venoso fluisce direttamente da un letto capillare ad un altro letto capillare, attraverso un vaso di connessione. Il sistema portale più importante è quello epatico, il sistema portale ipotalamico-ipofisario è più piccolo ma non meno importante. Esso fornisce un collegamento tra l'encefalo e la maggior parte del sistema endocrino. Prende origine nella base dell'ipotalamo con un gruppo di capillari che confluiscono in piccoli vasi portali, che discendono attraverso il peduncolo ipofisario entrando nella adenoipofisi. Qui i vasi portali si ramificano per formare la maggior parte dei capillari dell'adenoipofisi che, a loro volta, drenano nel sistema venoso sistemico. Di conseguenza quasi tutto il sangue apportato alla adenoipofisi deve prima attraversare l'ipotalamo. Poiché le sostanze possono essere scambiate tra sangue e tessuti circostanti solo a livello capillare, il sistema portale ipotalamico-ipofisario fornisce una via in cui i fattori di rilascio e i fattori di inibizione possono essere captati a livello ipotalamico e portati direttamente e immediatamente alla adenoipofisi evitando completamente la circolazione generale. Senza questo sistema gli ormoni ipofisiotropi verrebbero riportati al cuore dal sistema venoso sistemico, che li porterebbe ai polmoni e poi di nuovo al cuore attraverso la circolazione polmonare. Da qui entrerebbero nella circolazione arteriosa per essere poi distribuiti alla adenoipofisi, con notevole perdita di tempo.

Controllo ipotalamico della funzione adenoipofisaria

Gli assoni dei neuroni neurosecernenti che producono gli ormoni regolatori ipotalamici terminano nei capillari all'origine del sistema portale. Questi ormoni vengono sintetizzati nel corpo cellulare neuronale e trasportati nel terminale assonico. Qui vengono immagazzinati finché non vengono rilasciati in un capillare adiacente a seguito di uno stimolo adeguato. Gli ormoni ipofisiotropi vengono poi trasportati alla adenoipofisi attraverso i vasi portali. Per la regolazione della secrezione degli ormoni adenoipofisari e del loro rilascio nella circolazione generale.

Tiroide

La tiroide è una ghiandola endocrina, costituita da due lobi laterali uniti nel mezzo da una porzione stretta della ghiandola, detta istmo tiroideo, che le conferisce una forma ad H o a papillon. Le principali cellule secernenti della tiroide, dette cellule follicolari, sono disposte in modo da formare sfere cave, che formano una unità funzionale, chiamata follicolo tiroideo. I follicoli tiroidei si presentano come anelli di cellule follicolari che racchiudono un lume pieno di colloide, la sostanza che funge da immagazzinamento extracellulare per l'ormone tiroideo. La principale costituente della colloide è una grande proteina, detta tireoglobulina (Tg), in cui sono incorporati gli ormoni tiroidei nei vari stadi di sintesi. Le cellule follicolari producono due ormoni iodati derivati dall'amminoacido tirosina:

• Tetraiodiotironina (T₄, o tiroxina)