IL SISTEMA ORMONALE Rosalba Fazio - Lucio Troise IL SISTEMA ORMONALE • L’uomo è un animale sociale in quanto la vita in comunità offre a ciascuno di noi innegabili vantaggi. • In cambio dobbiamo dedicare parte del nostro tempo a scambiare messaggi con i nostri simili, perché è impossibile vivere in società senza parlare, ascoltare, discutere o partecipare a riunioni, è impossibile fare a mano di comunicare. IL SISTEMA ORMONALE • Anche le cellule, quando si aggregano a formare un organismo, devono comunicare tra loro. In questo caso non si tratta di una comunicazione verbale ma di uno scambio di messaggi chimici. IL SISTEMA ORMONALE • Ogni cellula emette sostanze che influenzano l’attività di altre cellule. • L’invio di “messaggi”sotto forma di molecole è una prassi normale nel mondo cellulare. • Un grande numero di insetti e molti animali comunicano tra loro quasi soltanto mediante odori, ovvero messaggi chimici. Ad esempio i maschi delle farfalle notturne trovano le femmine seguendone le tracce odorose, portate dal vento anche a distanza di centinaia o migliaia di metri. Le sostanze odorose si chiamano ferormoni, cioè ormoni portati a distanza. NEUROTRASMETTITORI ED ORMONI • Gli impulsi del sistema nervoso si trasmettono da una cellula ad un’altra tramite un collegamento chiamato sinapsi. Ciò avviene grazie al fatto che il primo neurone (cellula nervosa) emette una sostanza, il neurotrasmettitore, che eccita il secondo neurone. • Il messaggio chimico passa da una cellula all’altra attraverso la strettissima fessura sinaptica. • Lungo le fibre nervose, invece, gli impulsi viaggiano grazie a fenomeni elettici. Nel sistema ormonale le cellule comunicano tra loro per mezzo di una sostanza chimica. NEUROTRASMETTITORI ED ORMONI • Il meccanismo di base è il seguente: – le cellule secretici emettono una sostanza, l’ormone; – l’ormone entra nel sangue e viene trasportato dappertutto; – tutte le cellule del corpo sono esposte ad un ormone presente nel sangue, ma soltanto alcune di esse, chiamate cellule bersaglio, reagiscono alla sua presenza mettendosi a fabbricare proteine o effettuando altre reazioni chimiche. In conclusione: • le cellule secretici inviano messaggi alle cellule bersaglio per mezzo di apposite molecole, gli ormoni, che fungono da messaggeri. • Un tempo si pensava che gli ormoni possedessero particolari proprietà biologiche, connesse agli effetti che procurano alle altre cellule. Per esempio si riteneva che l’ormone maschile fosse mascolinizzante di per sé e che uno femminile avesse proprietà femminilizzanti. GLI ORMONI • Oggi sappiamo che gli ormoni sono soltanto dei messaggeri chimici capaci di attivare questo o quel complesso di cellule. Sono solo queste ultime, le cellule bersaglio, ad agire in senso mascolinizzante o femminilizzante. Per la specie umana sono noti oltre 50 ormoni e ciascuno di loro agisce su cellule bersaglio specifiche. GLI ORMONI • Gli ormoni circolano tutti nel sangue, le cellule bersaglio riconoscono e rispondono soltanto all’ormone per cui sono programmate. Cosa succede quando un ormone entra in contatto con una cellula bersaglio? Si distinguono due meccanismi di attivazione diversi in base alla natura chimica degli ormoni, gli ormoni infatti possono essere liposolubili e idrosolubili. GLI ORMONI LIPOSOLUBILI • Gli ormoni liposolubili derivano da trasformazioni della molecola di colesterolo. Comprendono il testosterone, che presiede allo sviluppo delle caratteristiche maschili, il cortisolo che regola il metabolismo, ed altri ancora. Si tratta di ormoni idrofobi, cioè che non si sciolgono in acqua e quindi neanche nel plasma sanguigno, pertanto possono viaggiare nel sangue solo se legati ad una proteina trasportatrice. • Quando entrano in contatto con una cellula bersaglio abbandonano la proteina trasportatrice ed attraversano la membrana. La membrana non costituisce un ostacolo perché gli ormoni sono liposolubili. Una volta giunto nel citoplasma, l’ormone si lega con speciali proteine presenti, GLI ORMONI LIPOSOLUBILI i recettori ormonali. In una cellula bersaglio vi sono circa 10.000 recettori. Accompagnato dal recettore, l’ormone entra nel nucleo e si attacca ad alcuni siti particolari del DNA attivando la trascrizione su RNA di alcuni geni. La cellula bersaglio inizia o incrementa la produzione di alcune proteine determinando l’effetto ormonale. GLI ORMONI IDROSOLUBILI • Gli ormoni idrosolubili sono proteine o molecole derivate dalle proteine. Comprendono la maggior parte degli ormoni , tra cui l’adrenalina, che aumenta la pressione del sangue e l’insulina. Sono ormoni idrofili, cioè solubili nell’acqua e nel plasma sanguigno, ma, proprio per questo non possono attraversare la membrana plasmatici delle cellule bersaglio. La situazione è analoga ad un messaggero che porti l’allarme ad una città ma a cui sia impedito di oltrepassare le mura: per attivare la popolazione può solo allertare le guardie sugli spalti perché trasmettano l’allarme alla popolazione. GLI ORMONI IDROSOLUBILI • Qualcosa di simile avviene nelle cellule bersaglio degli ormoni idrosolubili. L’ormone, che in questo caso funziona da primo messaggero, attiva speciali proteine (recettori) presenti sulla membrana cellulare. I recettori inducono un’altra proteina, l’enzima adenilciclasi, a trasformare un certo numero di molecole di ATP in molecole di una sostanza detta adenosinmonofosfato ciclico (cAMP). ADENOSINMONOFOSFATO ciclico (cAMP). • Questa molecola, stando nel citoplasma, funziona da secondo messaggero perché attiva un altro enzima. Questo enzima attiva numerose molecole di un altro enzima che, a sua volta, attiva numerosissime altre molecole ADENOSINMONOFOSFATO • Alla fine di questa cascata “esplosiva” si ottiene la mobilitazione di milioni di molecole. Tutto questo avviene a seguito dell’azione innescata da poche molecole di ormone (primo messaggero). Questi meccanismi sono molto complicati ma hanno i seguenti vantaggi: bastano piccole quantità di ormone per provocare effetti importanti nell’organismo tali effetti possono essere regolati e graduati ai vari livelli della cascata enzimatica mediante complessi meccanismi molecolari. GLI ORMONI DEL CORPO UMANO • Alcuni dei nostri ormoni hanno un vasto raggio di azione perché agiscono su quasi tutti i tessuti del corpo. Ne sono un esempio gli ormoni sessuali che sviluppano i caratteri maschili e femminili un po’ dappertutto: dai peli del mento alla forma dei piedi. Altri ormoni hanno obiettivi più limitati. Alcuni , addirittura, si limitano ad agire solo su ghiandole endocrine di cui regolano l’attività. L’IPOFISI • Le ghiandole endocrine cedono il loro prodotto direttamente nel sangue , le cellule secretici isolate non agiscono autonomamente ma, sono comandate, a loro volta da una ghiandola “direttrice” principale: l’ipofisi. L’ipofisi è una ghiandola grande poco più di un pisello, è situata alla base dell’encefalo con cui è collegata tramite un peduncolo. Questa ghiandola emette almeno una decina di ormoni che stimolano le altre ghiandole endocrine o altre parti del corpo. L’IPOFISI • L’ipofisi, a sua volta, riceve ordini dal “comando supremo” che è una parte del cervello chiamata ipotalamo. L’ipotalamo possiede cellule che hanno caratteristiche sia nervose che secretici (cellule neurosecretrici). L’IPOTALAMO L’ipotalamo può essere considerato come il ponte che collega il sistema ormonale con quello nervoso, istinto e ragione. • L’ipotalamo è una parte del cervello con funzioni di ghiandola endocrina. E’ direttamente influenzato da impulsi provenienti dall’esterno, stimoli termici, luce, buio, stimoli tattili, odori e così via. Le cellule dell’ipotalamo reagiscono a tutto ciò emettendo ormoni appropriati. La visione di un possibile partner induce l’ipotalamo a secernere ormoni sessuali. GLI ORMONI IPOTALAMICI • Gli ormoni ipotalamici sono peptici, ossia brevi catene di aminoacidi. Invece di diffondere nel sangue questi ormoni percorrono vasi lunghi pochi millimetri per finire nell’ipofisi oppure vi arrivano grazie a prolungamenti delle cellule neurosecretrici. E’ questo il caso dell’ormone antidiuretico che stimola il riassorbimento dell’acqua nel tubulo renale e dell’oxitocina che fa contrarre la muscolatura dell’utero durante il parto oltre ad essere responsabile della formazione del latte. L’IPOFISI • Le cellule bersaglio degli ormoni ipotalamici si trovano, dunque, nell’ipofisi. Questa ghiandola si trova nel centro geometrico del cranio ed è alloggiata in una incavatura dell’osso sfenoide. E’ costituita dall’unione di due formazioni diverse per struttura e per funzione: l’ipofisi posteriore, di tessuto nervoso, è un prolungamento dell’ipotalamo ed ha il compito di diffonderne gli ormoni (è questa parte ad accumulare ed a secernere nel circolo sanguigno l’ormone antidiuretico e l’oxitocina) l’ipofisi anteriore, fatta di tessuto ghiandolare, che fabbrica ormoni per conto proprio pur essendo sottoposta a controllo ipotalamico. • L’IPOFISI I principali ormoni prodotti dall’ipofisi anteriore sono i seguenti: ormone della crescita (somatotropo): agisce principalmente sulle ossa lunghe; se viene prodotto in quantità insufficiente l’organismo non cresce (nanismo), se viene prodotto in quantità eccessiva si ha una crescita abnorme (gigantismo). Se, a causa di un tumore, si determinano scompensi nella quantità dell’ormone, si determina un accrescimento esagerato delle estremità corporee come mani, piedi, cranio (acromegalia). PROLATTINA • ormone della secrezione del latte (prolattina): è prodotto sopreatutto quando il capezzolo è stimolato dalla suzione, in questo caso una serie di impulsi nervosi giungono all’ipotalamo che, a sua volta, permette all’ipofisi di secernere la prolattina. GONADOTROPINE • ormoni sessuali (gonadotropine): sono ormoni prodotti a seguito di comandi ormonali provenienti dall’ipotalamo, agiscono sui testicoli e sulle ovaie, cioè su organi che a loro volta producono ormoni. ormone stimolatore delle ghiandole surrenali (adrenocorticotropo): attiva lo strato esterno corticale di queste ghiandole regolando la produzione di cortisolo. ormone stimolatore della tiroide (tireotropo): stimola la tiroide a produrre gli ormoni tiroidei, regolatori del metabolismo. TIROIDE La tiroide è una ghiandola con due lobi, aderente alla trachea al livello della laringe. In seguito alla stimolazione da parte dell’ipofisi, secerne nel sangue degli ormoni tiroidei, come la tiroxina (la molecola deriva dall’aminoacido tiroxina). Questa molecola contiene atomi di iodio, elemento raro negli organismi terrestri. Noi assumiamo tale elemento con il sale da cucina o alimentandoci di animali marini. Praticamente tutto lo iodio che ingeriamo si accumula nella tiroide e ne garantisce la funzionalità. Gli ormoni tiroidei accelerano i processi metabolici incrementando il consumo di ossigeno da parte delle cellule. Rendono l’individuo magro ed attivo. TIROIDE Una produzione eccessiva di questi ormoni (ipertiroidismo) causa nervosismo, insonnia, eccitabilità, sudorazione eccessiva e perdita di peso. Al contrario, la scarsa attività della tiroide (ipotiroidismo) rende l’individuo grasso, abulico, apatico, privo di energia, nei casi estremi ne risentono lo sviluppo delle cellule nervose, causando cretinismo, e lo sviluppo corporeo generale (nanismo). Spesso questa patologia è accompagnata da uno sviluppo abnorme (ipertrofia) della tiroide che provoca un rigonfiamento del collo (gozzo). TIROIDE • Oggi si prevengono questi difetti con la vendita del sale da cucina arricchito di iodio. Un altro ormone prodotto dalla tiroide, la calcitonina, abbassa la quantità di calcio nel sangue concentrandolo nelle ossa e nei muscoli. PARATIROIDI • Sono due paia di piccole ghiandole, poco più grandi di una lenticchia, attaccate alla tiroide. Sintetizzano l’ormone paratiroideo, fatto di una catena di 48 aminoacidi, che ha l’effetto di intaccare il materiale osseo (fosfato di calcio) portando il calcio in soluzione nel sangue. Questo ormone favorisce il recupero del calcio favorendone il riassorbimento renale. Una adeguata concentrazione di calcio nei liquidi corporei è indispensabile per il funzionamento dei muscoli, cuore compreso, e dei nervi. Infatti se il calcio presente nel sangue è scarso i muscoli si contraggono in modo spasmodico (tetania). PARATIROIDI • Naturalmente anche l’ormone paratiroideo deve essere bilanciato per evitare concentrazioni squilibrate e quindi danni alle ossa. A ciò provvede l’ormone calcitonina che abbassa la quantità di calcio nel sangue. Tiroide e paratiroidi lavorano insieme per il corretto funzionamento dell’organismo . PANCREAS • All’interno del pancreas vi sono dei gruppi di cellule, degli “isolotti” di cellule, chiamati isole di Langerhans che rappresentano la parte endocrina della ghiandola del pancreas. Queste cellule secernono degli ormoni capaci di stabilizzare la glicemia e quindi la concentrazione di glucosio nel sangue. In condizioni normali la glicemia è di circa dell’uno per mille (un grammo per litro). L’ORMONE INSULINA • Dalle isole di Langerhans prende il nome l’ormone insulina che provoca l’abbassamento della glicemia. E’ lo stesso glucosio presente nel sangue che stimola tali cellule a produrre insulina. L’ormone provoca la diminuzione del glucosio in circolo favorendone l’assorbimento nelle cellule del corpo e l’accumulo nel fegato sotto forma di glicogeno. L’ORMONE INSULINA • Esiste una malattia, il diabete mellito, che è dovuta a carenza di insulina. I diabetici soffrono perché le loro cellule, non riuscendo ad utilizzare il glucosio, si nutrono a spese di molecole di grassi e proteine con il risultato di indebolire l’organismo. D’altra parte i reni non riescono ad assorbire il glucosio e di conseguenza anche l’urina, oltre al sangue, è mellita, ovvero dolce (da mel = dolce). Di conseguenza i reni devono espellere molta acqua ed il malato tende a disidratarsi. IL DIABETE • Il diabete è curato con una dieta povera di glucosio e quindi di zuccheri, e con iniezioni di insulina. Un altro tipo di cellule di Langerhans produce il glucagone, ormone che agisce in senso opposto all’insulina. Infatti stimola la riconversione del glicogeno (polisaccaride depositato nel fegato) in glucosio. L’ormone è secreto soprattutto quando l’attività fisica richiede un aumento della glicemia per garantire l’apporto di zucchero alle cellule che ne hanno bisogno. L’insulina, al contrario, è secreta soprattutto dopo i pasti per immagazzinare gli zuccheri nel fegato e nei muscoli. GHIANDOLE SURRENALI • Si chiamano così perché sono situate sulla parte più alta dei reni. Sono formate da due ghiandole diverse per struttura e per funzione: una centrale o midollare e una periferica o corticale. MIDOLLARE. • Questa parte di ghiandola è fatta essenzialmente di tessuto nervoso ed è alle dirette dipendenze del sistema nervoso autonomo. In occasione di forti ed improvvise emozioni, piacevoli o spiacevoli che siano, questa ghiandola scarica l’adrenalina, un ormone così chiamato perché viene emesso dal rene. • Questa sostanza accompagna gli stati di panico, di rabbia e di tensione. E’ secreta nel sangue nei momenti che precedono una gara sportiva, un discorso in pubblico o un esame. • L’adrenalina accelera il battito cardiaco e fa restringere i vasi della circolazione viscerale: nei momenti di lotta o di pericolo è giusto infatti trascurare le funzioni digestive e incrementare invece l’irrorazione muscolare. MIDOLLARE • Inoltre l’adrenalina stimola il sistema nervoso, il metabolismo e la demolizione del glicogeno (per rifornire il sangue e quindi le cellule di glucosio). • Un altro ormone della zona midollare, chimicamente simile e funzionalmente complementare è la noradrenalina. Questa sostanza causa un aumento della pressione sanguigna mediante la costrizione dei capillari periferici e accelera, come l’adrenalina, il metabolismo. Corticale. • • A differenza degli ormoni della midollare, che derivano da una trasformazione di un aminoacido, gli ormoni della porzione corticale sono steroidi (sono ormoni derivanti dal colesterolo). L’ALDOSTERONE regola l?assorbimento del sodio nel rene, il cortisone è un regolatore del metabolismo perché è implicato nella trasformazione delle proteine e dei grassi in glucosio. Quello del cortisone è un ulteriore meccanismo di regolazione del glucosio nel sangue (gli altri sono quelli legati all’azione del glucagone, dell’insulina, dell’adrenalina e della noradrenalina). Tutti questi meccanismi servono a garantire un perfetto equilibrio della concentrazione della glicemia (glucosio nel sangue). Ciò è particolarmente importante per la funzionalità del cervello che, a differenza degli altri organi, accetta di essere nutrito soltanto con glucosio, senza una glicemia ben bilanciata il cervello non potrebbe funzionare. • OVAIE E TESTICOLI Le gonadi, cioè le ovaie ed i testicoli, non si limitano a produrre gameti (ovuli e spermatozoi), ma contengono anche cellule che secernono ormoni. Si tratta di steroidi, molecole a struttura lipidica, sintetizzati in ambedue i sessi, ma con proporzioni diverse. OVAIE E TESTICOLI A seconda della prevalenza degli uni o degli altri, si sviluppano i caratteri maschili o femminili. Gli ormoni sessuali possono essere divisi in tre gruppi: estrogeni, progestinici e androgeni. OVAIE E TESTICOLI • Estrogeni. Sono gli ormoni responsabili dello sviluppo e del mantenimento dei caratteri femminili. Il più importante è l’estradiolo. La sintesi degli estrogeni (e degli androgeni) è controllata da ormoni emessi dall’ipofisi, le gonadotropine. Progestinici. Sono implicati nella creazione delle condizioni adatte per l’impianto dell’uovo fecondato nell’utero per lo sviluppo dell’embrione. Androgeni. • Il termine significa “generatori di mascolinità” (da andros = maschio), infatti stimolano e mantengono le strutture sessuali maschili già nel feto. Con la pubertà aumenta la produzione degli androgeni e ciò conferisce ai ragazzi nuove caratteristiche maschili quali la barba ed il tono basso della voce. Il più importante tra questi ormoni è il testosterone. ORMONI SESSUALI E SVILUPPO • L’accrescimento corporeo e i caratteri sessuali secondari di un individuo non dipendono solo dai geni ereditati, ma anche dall’equilibrio dei suoi ormoni sessuali. Si tratta di sostanze molto importanti la cui sintesi inizia già nell’embrione. In mancanza di ormoni maschili, per esempio, ogni feto svilupperebbe organi genitali di tipo femminile. Il testicolo, produttore di ormoni sessuali maschili, è la prima ghiandola a secrezione interna di cui si sia riconosciuta l’importanza. ORMONI SESSUALI E SVILUPPO • Nel 1850 il tedesco Leyding descrisse nei tubuli del testicolo alcune cellule oggi conosciute con il suo nome o con il termine di cellule interstiziali. Più tardi si scoprì che tali cellule producono gli ormoni maschili. Il testosterone, ormone maschile, venne isolato per la prima volta nel 1935 trattando, mediante lunghi processi chimici, i liquidi estratti da una grande quantità di testicoli di toro. Per avere un’idea del lavoro necessario, si pensi che per ottenere un grammo di testosterone occorrono i testicoli di dodicimila tori. ORMONI SESSUALI E SVILUPPO • Oggi la medicina dispone di testosterone ottenuto, in modo più economico, per via sintetica. Le funzioni di questo ormone appaiono evidenti quando si conoscano gli effetti della sua mancanza: per esempio, lo scarso sviluppo dei testicoli caratterizza gli eunucoidi, individui così chiamati perché simili ad eunuchi (uomini castrati sin da piccoli perché destinati a fare i guardiani degli harem). Si tratta di individui privi di virilità, spesso con mentalità infantile e scarsamente intelligenti. In molti casi presentano una bassa pressione sanguigna, hanno corporatura esile e sono sproporzionalmente alti. La voce non ha un timbro maschile. Gli ormoni femminili • sono più numerosi e difficili da studiare; infatti sono stati isolati dopo quelli maschili. Possono essere distinti in due categorie: - gli estogeni che presiedono allo sviluppo delle caratteristiche femminili e del comportamento sessuale; - i progestinici che preparano l’utero per l’insediamento dell’uovo fecondato, proteggono la gravidanza e stimolano la produzione del latte. Gli estrogeni sono secreti dai follicoli dell’ovario, mentre il progesterone è secreto dai corpi lutei (trasformazione dei follicoli dopo che è fuoriuscito l’ovulo). Gli ormoni cosiddetti maschili • • sono prodotti anche nella donna, sia pure in misura minore, ed i cosiddetti ormoni femminili sono prodotti, in misura minore, nell’uomo. Le ovaie ed i testicoli producono ormoni sia maschili che femminili, le ghiandole surrenali concorrono a questo tipo di produzione. La differenza fra i sessi non sta tanto negli ormoni prodotti, quanto nella proporzione in cui sono prodotti. La sessualità si basa su un delicato equilibrio biochimico. Gli ormoni sessuali rivestono una grande importanza anche per il metabolismo e l’equilibrio stesso del corpo. Lo sviluppo e la nutrizione di tutti gli organi e tessuti sono funzioni influenzate dagli ormoni sessuali. L’accrescimento corporeo, per esempio, prima della pubertà dipende soprattutto dall’ormone della crescita (somatotropina), in seguito è regolato dagli ormoni sessuali. ORGANI IPOFISI Lobo anteriore ORMONI AZIONE Corticotropina (ACTH) Stimola la zona corticale delle ghiandole surrenali Somatotropina (GH ) Stimola l’accrescimento corporeo Gonadotropina A (FSH follicolo stimolante) Gonadotropina B (LH ormone luteinizzante) Donna: maturazione dei follicoli ovarici stimolazione della produzione degli estrogeni Uomo: stimolazione della produzione degli androgeni Donna: stimolazione della produzione del progesterone e la formazione del corpo luteo Uomo:stimolazione della produzione degli androgeni e la spermatogenesi (IPOFISI) Prolattina (LTH) Stimola la secrezione lattea e la produzione del progesterone Tireotropina (TSH) Stimola la produzione di ormoni della tiroide Melanotropina Provoca la pigmentazione cutanea Vasopressina (ADH) Regola il ricambio di acqua e la pressione sanguigna Oxitocina Stimola la contrazione dell’utero (dinamica del parto) Tiroxina Stimola il ricambio Calcitonina Regola il ricambio del calcio Paratormone Regola il ricambio del calcio e del fosforo Lobo posteriore Tiroide Paratiroidi ORGANI ORMONI Aldosterone Surrenali Zona corticale Corticosterone AZIONE Regola il ricambio del Sodio e del Potassio Regolano il ricambio delle proteine e dei carboidrati Cortisolo Surrenali Zona midollare Adrenalina Agiscono sul sistema nervoso vegetativo Noradrenalina Insulina Pancreas Regolano il ricambio dei carboidrati Glucagone Estradiolo Ovaie Follicolo Estrone Sviluppano i caratteri sessuali e mantengono le funzioni genitali Estriolo Corpo luteo Progesterone Prepara l’utero per l’annidamento dell’ovulo fecondato e protegge la gravidanza Testicoli Testosterone Sviluppa i caratteri sessuali e mantiene le funzioni genitali Contenuti A cura di Rosalba Fazio Grafica Lucio Troise