Sistema endocrino e le ghiandole periferiche, Fisiologia degli apparati

Le ghiandole endocrine periferiche

Il sistema endocrino, mediante gli ormoni che secerne nel sangue, regola generalmente le attività che richiedono durata invece che velocità. Le ghiandole endocrine periferiche comprendono: tiroide, che regola il metabolismo basale dell'organismo; ghiandole surrenali, che secernono ormoni importanti nel metabolismo delle molecole nutrienti, nell'adattamento allo stress e nel mantenimento dell'equilibrio salino; il pancreas endocrino, che secerne ormoni importanti nel metabolismo delle molecole nutrienti; le paratiroidi, che secernono un ormone importante nel metabolismo del CA²⁺.

Tiroide

La ghiandola tiroide è costituita da due lobi laterali di tessuto endocrino uniti nel mezzo da una porzione stretta della ghiandola (istmo tiroideo), che le conferisce la forma a papillon. È situata sopra la trachea, al di sotto della laringe.

Le principali cellule secernenti della tiroide, dette cellule follicolari, sono disposte in modo da costituire sfere cave, ciascuna delle quali forma un'unità funzionale detta follicolo tiroideo. Visti in sezione, si presentano come anelli di cellule follicolari che racchiudono un lume pieno di colloide, una sostanza che funge da sede di 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 loro vari stadi di sintesi.

Le cellule follicolari producono due ormoni iodati derivati dall'amminoacido tirosina: la tetraiodotironina (T4) o tiroxina e la triiodiotironina (T3). Questi due ormoni, detti collettivamente ormone tiroideo, sono importanti regolatori del metabolismo basale.

Negli spazi interstiziali tra i follicoli è localizzato un altro tipo di cellule secernenti, le cellule C, così chiamate perché secernono l'ormone peptidico calcitonina. La calcitonina interviene nel metabolismo del calcio.

Gli ingredienti fondamentali per la sintesi dell'ormone tiroideo sono la tirosina e lo iodio, che le cellule follicolari devono captare dal sangue. La tirosina, amminoacido, viene sintetizzata in quantità sufficienti dall'organismo, quindi non è una componente essenziale da assumere con la dieta. Lo iodio, invece, deve essere assunto.

Sintesi e secrezione degli ormoni tiroidei

La tireoglobulina viene prodotta dal reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi delle cellule follicolari tiroidee. L'amminoacido tirosina viene incorporato nelle molecole di tireoglobulina, molto più grandi, via via che vengono prodotte. In seguito, la tirosina viene esportata dalle cellule follicolari alla colloide per esocitosi.

La tiroide cattura lo iodio dal sangue e lo trasferisce nella colloide mediante una pompa dello iodio, rappresentata da potenti proteine di trasporto energia-dipendenti nella membrana esterna delle cellule follicolari. Nella colloide, un atomo di iodio viene attaccato rapidamente a una molecola di tirosina entro la molecola di Tg. L'attacco di un atomo di iodio a una molecola di tirosina dà la monoiodotirosina. L'attacco di due atomi di iodio alla molecola di tirosina dà la diiodotirosina.

Successivamente si svolge un processo di accoppiamento tra le molecole di tirosina iodata per formare gli ormoni tiroidei. La monoiodotirosina + un atomo di iodio e la diiodotirosina + 2 atomi di iodio, genera la triiodotironina (T3), con tre atomi di iodio. L'accoppiamento di due molecole di diiodotirosina, ciascuna recante due atomi di iodio, produce T4 o tiroxina, formata da 4 atomi di iodio. Questi prodotti rimangono attaccati alla tireoglobulina e restano immagazzinati in questa forma colloidale fino a che non vengono scissi e secreti.

Il processo di secrezione dell'ormone tiroideo implica essenzialmente l'asportazione, da parte delle cellule follicolari, di una porzione di colloide, con conseguente degradazione della molecola di tireoglobulina nelle sue componenti. La T3 e T4, ora libere, vengono immesse nel sangue. In seguito a stimolazione appropriata per la secrezione dell'ormone tiroideo, le cellule follicolari internalizzano una porzione del complesso tireoglobulina-ormone, fagocitando una porzione di colloide. Nelle cellule, le gocce di colloide delimitate da membrana coalescono con i lisosomi, i cui enzimi scindono gli ormoni tiroidei biologicamente attivi T3 e T4, nonché le iodotirosine inattive MIT e DIT. Gli ormoni tiroidei, essendo molto lipofili, attraversano liberamente le membrane esterne delle cellule follicolari ed entrano nel sangue.

Inoltre, le cellule follicolari contengono un enzima che rimuove rapidamente lo iodio dalla MIT e dalla DIT, permettendo allo iodio così liberato di essere riciclato per la sintesi di un altro ormone. Dopo essere state rilasciate nel sangue, le molecole di ormone tiroideo, altamente lipofile e quindi idroinsolubili, si legano molto rapidamente con varie proteine plasmatiche. La maggior parte della T3 e T4 circolanti è trasportata dalla globulina legante la tiroxina (TGB).

Azioni dell'ormone tiroideo

• Azione sul metabolismo basale e sulla termogenesi: Aumenta il metabolismo basale complessivo dell'organismo, ossia la velocità massima di spesa energetica interna nello stato di veglia. È il più importante regolatore della velocità di consumo di ossigeno e di spesa energetica in condizione di riposo da parte dell'organismo. Ha azione calorigena, con aumento quindi della termogenesi.
• Azione sul metabolismo intermedio: Modula la velocità di molte reazioni specifiche che intervengono nel metabolismo intermedio, ovvero dei substrati metabolici: carboidrati, lipidi, proteine. È in grado di influenzare la sintesi e la degradazione dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine, ma quantità piccole o grandi dell'ormone possono indurre azioni opposte. Piccole concentrazioni di ormone tiroideo facilitano la conversione del glucosio in glicogeno, ma in caso di grandi quantità dell'ormone avviene l'inverso.
• Azione simpaticomimetica: Aumenta la responsività delle cellule bersaglio alle catecolammine (adrenalina e noradrenalina), i messaggeri chimici utilizzati dal sistema nervoso simpatico, e ai suoi rinforzi ormonali prodotti dalla midollare del surrene. Esso induce la proliferazione di recettori specifici delle cellule bersaglio per le catecolammine.
• Azione sul sistema cardiovascolare: Aumenta la frequenza e la forza di contrazione cardiaca, aumentando così la gittata cardiaca.
• Azione sulla crescita e sul sistema nervoso: Stimola la secrezione di GH e aumenta la produzione di IGF1 da parte del fegato, ma promuove anche le azioni del GH e dell'IGF1 sulla sintesi di nuove proteine strutturali e sulla crescita scheletrica. I bambini con insufficienza tiroidea presentano un ritardo nella crescita che può essere fatto regredire mediante la terapia sostitutiva con ormone tiroideo.

Regolazione

L'ormone tireostimolante, ormone tropico secreto dall'adenoipofisi, è il più importante regolatore fisiologico della secrezione di ormone tiroideo. Il TSH, oltre a promuovere la secrezione dell'ormone tiroideo, mantiene l'integrità strutturale della tiroide (in assenza di TSH la tiroide subisce atrofia e secerne i propri ormoni a velocità molto bassa. La tiroide invece subisce ipertrofia e iperplasia in risposta a una stimolazione eccessiva da parte del TSH).

Il fattore di rilascio della tireotropina (TRH), un ormone tropico secreto dall'ipotalamo, "attiva" la secrezione di TSH da parte dell'adenoipofisi, mentre l'ormone tiroideo, con un meccanismo di feedback negativo, "inattiva" la secrezione di TSH inibendo l'adenoipofisi. Il meccanismo di feedback negativo tra la tiroide e l'adenoipofisi effettua la regolazione su base giornaliera delle concentrazioni di ormone tiroideo libero, mentre l'ipotalamo media la regolazione su base temporale più lunga.

L'esposizione al freddo nei neonati aumenta la secrezione di TRH e TSH. Vari tipi di stress inibiscono la secrezione di TSH e di ormone tiroideo, presumibilmente attraverso influenze nervose sull'ipotalamo.

Anomalità

Due categorie generali: ipotiroidismo e ipertiroidismo.

Ipotiroidismo

Causato da: insufficienza primaria della tiroide; carenza di TRH e/o TSH; assunzione inadeguata di iodio.

Sintomi: riduzione dell'attività metabolica generale, riduzione metabolismo basale, scarsa tolleranza al freddo, tendenza a subire un eccessivo aumento della massa corporea, facile affaticamento, polso debole e lento, riflessi lenti e reattività mentale lenta. Se un adulto è affetto da ipotiroidismo congenito, si sviluppa una condizione patologica detta cretinismo, caratterizzato da nanismo e ritardo mentale.

Ipertiroidismo

La causa più comune è il morbo di Basedow (o morbo di Graves), una malattia autoimmune in cui l'organismo produce erroneamente un autoanticorpo, detto stimolatore tiroideo ad azione prolungata (LATS), il cui bersaglio sono i recettori per il TSH sulle cellule tiroidee. Il LATS stimola sia la secrezione sia la crescita della tiroide in un modo simile a quello del TSH ma, a differenza del TSH, non è soggetto ad inibizione.

Sintomi: metabolismo basale elevato, aumento termogenesi (eccessiva sudorazione) e scarsa termotolleranza. Diminuzione massa corporea. Debolezza. Aumentano forza e frequenza di contrazione cardiaca a livello tale che il soggetto ha palpitazioni. Grado eccessivo di vigilanza mentale fino a rendere irritabile, teso ansioso ed emotivo il soggetto. Segno clinico caratteristico: esoftalmo: dietro gli occhi si depositano carboidrati complessi che trattengono acqua, anche se non è stato ancora chiarito perché ciò avvenga. La conseguente ritenzione idrica spinge verso l'esterno i globi oculari cosicché essi sporgono dalle orbite stesse.

Il gozzo è invece un ingrossamento della tiroide. Poiché la tiroide è situata sopra la trachea, il gozzo è facilmente palpabile e solitamente ben visibile. Insorge quando il TSH o il LATS stimolano eccessivamente la tiroide. Esso può accompagnare sia ipotiroidismo, sia ipertiroidismo. L'ipotiroidismo secondario a insufficienza ipotalamica o adenoipofisaria non sarà accompagnato da gozzo perché la tiroide non viene stimolata adeguatamente e tanto meno eccessivamente. Nell'ipotiroidismo causato da insufficienza tiroidea o carenza di iodio, c'è il gozzo perché la concentrazione di ormone tiroideo circolante è così bassa che è modesta l'inibizione dovuta al feedback negativo sull'adenoipofisi e quindi la secrezione di TSH è elevata. Il TSH agisce sulla tiroide per far aumentare dimensione e numero delle cellule follicolari e aumenta la velocità di secrezione.

Regolazione endocrina del metabolismo intermedio

Il termine metabolismo designa il complesso delle reazioni chimiche che si svolgono nelle cellule dell'organismo. Le reazioni che implicano la degradazione, la sintesi e la trasformazione delle tre classi di molecole organiche dalle quali si ricava energia - proteine, carboidrati e lipidi - sono designate collettivamente come metabolismo intermedio.

Durante il processo di digestione, le grandi molecole nutrienti (macromolecole) vengono degradate nelle loro subunità assorbibili più piccole: le proteine vengono convertite in amminoacidi, i carboidrati complessi in monosaccaridi e i trigliceridi in monogliceridi e acidi grassi liberi. Queste unità assorbibili vengono trasferite dal lume del canale alimentare al sangue, direttamente o mediante la linfa.

Le reazioni chimiche a cui partecipano le molecole organiche entro le cellule vengono classificate in due processi metabolici: anabolismo e catabolismo.

Anabolismo è la costruzione o sintesi di macromolecole organiche più grandi a partire da subunità molecolari organiche più piccole. Esse richiedono generalmente un apporto di energia sotto forma di ATP.

Catabolismo è la degradazione delle macromolecole organiche ricche di energia presenti entro le cellule. Comprende due livelli di degradazione: 1) idrolisi di macromolecole organiche cellulari nelle loro subunità più piccole; 2) ossidazione delle subunità più piccole, come il glucosio, per fornire energia per la produzione di ATP.

In un adulto, la velocità di catabolismo e di anabolismo sono solitamente in equilibrio.

Alcune molecole organiche, come gli epatociti, sono capaci di convertire la maggior parte dei tipi di molecole organiche in altri tipi di molecole, come avviene, per esempio, nella trasformazione di amminoacidi in glucosio o in acidi grassi. Esistono limiti: i nutrienti essenziali, come gli amminoacidi e le vitamine essenziali, non possono essere formati nell'organismo mediante la conversione a partire da un altro tipo di molecola.

Il principale destino dei carboidrati e dei lipidi ingeriti è il catabolismo, per la produzione di energia. L'assunzione di nutrienti attraverso la dieta è intermittente, non continua, quindi l'energia in eccesso deve essere assorbita durante i pasti e immagazzinata per l'utilizzazione nei periodi interprandiali di digiuno, quando non sono disponibili le fonti alimentari di combustibili metabolici.

• Il glucosio circolante in eccesso viene immagazzinato, nel fegato e nel muscolo, sotto forma di glicogeno. Quando le riserve nel fegato e nel muscolo sono saturate, il glucosio viene trasformato in acidi grassi e glicerolo, che vengono utilizzati per sintetizzare trigliceridi, principalmente nel tessuto adiposo.
• Gli acidi grassi in eccesso vengono incorporati anch'essi sotto forma di trigliceridi.
• Gli amminoacidi circolanti in eccesso non vengono immagazzinati ma vengono convertiti in glucosio e acidi grassi e immagazzinati sotto forma di trigliceridi.

Pertanto, il principale sito di immagazzinamento dell'energia per i nutrienti in eccesso di tutte e tre le classi è il tessuto adiposo.

Il catabolismo dei trigliceridi immagazzinati libera glicerolo oltre che acidi grassi. Il glicerolo può essere convertito in glucosio dal fegato e dà un piccolo contributo al mantenimento della glicemia durante il digiuno.

L'encefalo dipende dall'adeguato apporto di glucosio ematico, che rappresenta la sua unica forma di energia. La concentrazione ematica di glucosio deve essere mantenuta al di sopra di un livello critico. Quando non entra nel sangue nuovo glucosio alimentare, i tessuti che non sono obbligati a utilizzare il glucosio modificano i loro meccanismi metabolici in modo da bruciare acidi grassi al posto del glucosio, risparmiandolo per l'encefalo. Gli acidi grassi sono resi disponibili dal catabolismo delle riserve di trigliceridi, come fonte energetica alternativa per i tessuti che non dipendono dal glucosio. Gli amminoacidi possono essere convertiti in glucosio dalla gluconeogenesi, gli acidi grassi no.

Fasi metaboliche

Due fasi metaboliche funzionali dell'organismo: fase di assorbimento e fase di post-assorbimento, correlate con il ciclo di alimentazione e di digiuno.

Fase di assorbimento

Dopo un pasto i nutrienti ingeriti vengono assorbiti ed entrano nel sangue durante la fase di assorbimento (o fase di alimentazione). Durante questo periodo, il glucosio è abbondante e funge da principale fonte energetica. I nutrienti addizionali non immediatamente utilizzati come fonte energetica o come materiali per le riparazioni strutturali, vengono immagazzinati sotto forma di glicogeno o di trigliceridi.

Fase di post-assorbimento

Un pasto medio viene assorbito completamente in circa 4 ore. Quindi considerando una tipica dieta di 3 pasti, i momenti in cui non vengono assorbiti nutrienti sono tarda mattinata, tardo pomeriggio e notte: questi sono i periodi di post-assorbimento o "fase di digiuno". Durante questa fase vengono mobilizzate le riserve endogene per fornire energia, mentre la gluconeogenesi e il risparmio di glucosio mantengono il glucosio ematico a una concentrazione adeguata per nutrire l'encefalo. La sintesi di proteine e lipidi viene ridotta. Le riserve di queste molecole organiche vengono catabolizzate per la formazione di glucosio e la produzione di energia. Vengono sintetizzati carboidrati attraverso la gluconeogenesi, ma l'utilizzo di glucosio per la produzione di energia viene ridotto notevolmente.

Ruolo dei tessuti nelle fasi metaboliche

Durante l'alternanza delle fasi metaboliche, vari tessuti svolgono differenti ruoli:

• Fegato: Svolge un ruolo primario nel mantenimento delle concentrazioni ematiche normali di glucosio. Immagazzina glicogeno quando è disponibile glucosio in eccesso, rilascia glucosio nel sangue quando è necessario ed è la sede principale per le interconversioni metaboliche.