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Cenni di fisiologia: Sistema endocrino

Il sistema endocrino comprende tutte le strutture – ghiandole e cellule specializzate- a secrezione interna, appunto endocrina, che riversano le sostanze da esse elaborate direttamente nei liquidi corporei e nel sangue agendo anche su altri organi o tessuti per controllarne l’attività, il metabolismo, la crescita e la differenziazione.

Questo sistema ha una funzione informativa strettamente correlata a quella del sistema nervoso e del sistema immunitario.  In comune con il sistema nervoso si ha che agisce tramite la secrezione di sostanze chimiche, chiamate neurotrasmettitori per il sistema nervoso e ormoni per il sistema endocrino e queste sostanze agiscono tramite ricettori strutturalmente simili. Inoltre molte sostanze secrete in un sistema, sono secrete anche nell’altro, com’è il caso ad esempio degli ormoni secreti dal tubo digerente, presenti anche nel sistema nervoso. Ancora, lo stesso sistema nervoso immette sostanze nel sangue destinate ad agire su altri organi, e quindi si comporta come una vera ghiandola endocrina. Infine i due sistemi si influenzano notevolmente a vicenda, il che assicura un loro funzionamento organico e coordinato. Il sistema nervoso controlla infatti, più o meno direttamente, l’attività di molte ghiandole endocrine, ed è a sua volta soggetto all’influenza degli ormoni che queste secernono. 

Una ghiandola è quindi un insieme organizzato di cellule specializzate a produrre e secernere una particolare (o particolari) sostanza (o sostanze). Alcune ghiandole sono così piccole da poter essere viste solo al microscopio; altre, come il fegato e il pancreas, sono dei veri e propri organi.

Esistono due tipi di ghiandole:  le ghiandole esocrine (o a secrezione esterna) che liberano i loro prodotti al di fuori del corpo o all'interno del tubo gastroenterico; e le ghiandole endocrine (o a secrezione interna) che liberano i loro prodotti nella corrente sanguigna.

Esempi di ghiandole esocrine sono Il fegato; il pancreas esocrino; la mammella; le ghiandole salivari; le lacrimali; le sebacee; le sudoripare.

Gli ormoni sono appunto le sostanze sintetizzate e secrete dalle cellule, le quali esercitano un'azione oligodinamica (cioè in concentrazioni infinitesime e senza effetti energetici o plastici diretti) su cellule bersaglio situate a distanza variabile. La loro funzione è quindi quella di fungere da messaggeri che "informano" le cellule bersaglio, raggiungendole per diffusione diretta, se sono vicine, oppure attraverso la corrente sanguigna se sono distanti. Le cellule bersaglio, a loro volta, sono sensibili a un certo messaggio ormonale in quanto, e soltanto se, posseggono specifici recettori di membrana per quell'ormone.

In generale, dal punto di vista chimico, gli ormoni sono proteine o brevi catene di amminoacidi o molecole derivate da un amminoacido oppure hanno la struttura cosiddetta steroidea (come la molecola del colesterolo, da cui derivano).

Gli ormoni sono prodotti anche da cellule presenti in vari organi, per esempio il cervello, il rene, il tubo digerente e il cuore.

Le ghiandole endocrine sono: a) Ipofisi; b) epifisi; c) tiroide; d) paratiroidi; e) timo; f) isole pancreatiche; g) ghiandole surrenali; h) ghiandola interstiziale del testicolo; i) ovaio.

Oltre a queste ghiandole endocrine maggiori, vi sono cellule che producono sostanze di tipo ormonico, come quelle del rene, che producono l'eritropoietina (indispensabile per la maturazione dei globuli rossi nel midollo osseo) o quelle dello stomaco, che producono la gastrina (che stimola le ghiandole gastriche a produrre i succhi gastrici). Inoltre l'ipotalamo produce ormoni peptidici che agiscono sulla ghiandola ipofisaria, alla quale sono trasportati attraverso i vasi venosi del cosiddetto sistema portale ipofisario e che sono noti come fattori di liberazione o RH (Releasing Hormones) e fattori di inibizione o RIH (Releasing Inibiting Hormones).

Un esempio di questi ultimi è la somatostatina, ritrovata anche in altri organi, come il pancreas e l'intestino. L'azione di tali ormoni e i rapporti tra sistema nervoso centrale e ipofisi sono oggetto di indagine della neuroendocrinologia.

Nel sistema endocrino non si può parlare di continuità anatomica, però esiste una continuità funzionale; infatti spesso gli ormoni interagiscono con quelli prodotti da un altro organo, tessuto o cellule endocrini (come nel caso dell'insulina e del glucagone, la prima ipoglicemizzante, il secondo iperglicemizzante, prodotti rispettivamente dalle cellule beta e alfa delle isole di Langerhans del pancreas).

La secrezione è,  pertanto, un processo fisiologico per cui cellule e tessuti elaborano delle sostanze e le immettono nell'organismo. L'emissione, come abbiamo visto, dei secreti può avvenire in superfici libere e in organi cavi, oppure nel liquido interstiziale e nel sangue. Nel primo caso si parla di secrezione esocrina, nel secondo di secrezione endocrina.

La funzione esocrina consiste nella produzione di enzimi digestivi da immettere nel tubo digerente, ed è garantito da una ghiandola acinosa composta e dotata di un sistema di dotti escretori non secernenti, che costituiscono un albero di canali convergenti nei dotti pancreatico principale (dotto di Wirsung) e pancreatico accessorio (dotto di Santorini), i quali, lasciato il pàncreas, raggiungono il duodeno, dove scaricano il succo. La struttura endocrina è costituita da piccoli ammassi di cordoni e cellule epiteliali (isole pancreatiche, o di Langerhans), siti nel tessuto interstiziale della porzione esocrina, e producenti insulina e glucagone, riversati poi nel circolo sanguigno.

Gli ormoni possono essere raccolti in tre classi: ormoni proteici o peptici, ormoni steroidei e ormoni derivati da aminoacidi.

La maggior parte degli ormoni raggiunge tutte le parti del corpo trasportata dal sangue; essi controllano, per esempio, la risposta agli stimoli come lo stress, la disidratazione o i bassi livelli di glucosio nel sangue; inoltre regolano i processi di sviluppo a lungo termine, come per esempio la crescita, la maturazione sessuale e la riproduzione.

Gli ormoni vengono secreti dalle ghiandole endocrine quando c’è necessità dei loro effetti sugli organi bersaglio.

Ad esempio l’insulina è secreta dal pancreas quando il livello di glucosio ematico è alto, cioè l’iperglicemia è lo stimolo che induce la secrezione di insulina.

Come risultato, il livello di glucosio ematico diminuisce e limita così lo stimolo per la secrezione dell’insulina. La secrezione dell’insulina allora cessa fino a quando il livello di glucosio non aumenta di nuovo.

Questo è un esempio di meccanismo di feed-back negativo, in quanto gli effetti dell’ormone determinano una diminuzione della secrezione dell’ormone.

Ipofisi

L'ipofisi è la ghiandola più importante di tutto il sistema, tanto che è stata chiamata anche "ghiandola guida" per la sua azione: essa infatti "impartisce ordini" alle altre ghiandole endocrine.

Ha rapporti stretti con l’ipotalamo, che ne controlla l’attività, consentendo così un’importante connessione funzionale tra il sistema nervoso e il sistema endocrino.

A forma di pisello è attaccata all'ipotalamo, che regola la secrezione ipofisaria tramite l'impiego di neurormoni. Grazie a questa retroazione (o feedback) il sistema nervoso e quello endocrino sono strettamente collegati tra loro. Quando infatti parte un ordine dall' ipotalamo, l'ipofisi secerne ormoni che a loro volta vanno a stimolare le altre ghiandole endocrine affinché riversino i loro ormoni nel circolo sanguigno. Quando tali ormoni hanno raggiunto una certa quota, l'ipotalamo "avverte" l'ipofisi affinché secerna altri ormoni che rechino alla ghiandola attivata il messaggio di sospendere la produzione.

L' ipofisi si divide in tre lobi: anteriore, intermedio e posteriore che secernono diversi ormoni.

Essi sono:

-           Ormone somatotropo(GH)

Prodotto dal lobo anteriore è l'ormone che controlla la crescita: stimola infatti la divisione cellulare e la sintesi delle proteine in tessuti come l' osso e la cartilagine. Una sua carenza provoca un ridotto accrescimento scheletrico ed un ritardato sviluppo sessuale, mentre al contrario un'eccessiva produzione porta a fenomeni di gigantismo.

-           Prolattina

Secreta anch'essa dal lobo anteriore si "occupa" dello sviluppo del seno nella donna e grazie allo stimolo provocato dalla suzione del lattante induce la produzione del latte.

-           Ormone antidiuretico (ADH)

Questo importante ormone secreto dalla parte posteriore dell'ipofisi ha l'importante compito di modificare la ritenzione idrica a livello renale: riduce cioè la quantità di acqua allontanata con le urine e controlla l'equilibrio idrico complessivo dell' organismo.

In caso aumenti la concentrazione del sangue, l'ipofisi libera più ADH e di conseguenza con le urine viene eliminata una minore quantità d'acqua.

-           Ormoni luteinizzante e follicolostimolante (LH e FSH)

Contribuiscono al controllo delle gonadi, entrambi prodotti nel lobo anteriore.

L' LH stimola la formazione del corpo luteo nelle ovaie e la secrezione del testosterone (stimola la crescita delle ossa, dei muscoli e contribuisce allo sviluppo sessuale) nei testicoli.

L' FSH stimola la secrezione del follicolo nelle ovaie e dello sperma nei testicoli.

-           Ormone tireòtropo (TSH)

Secreto dal lobo anteriore ha il compito di stimolare la tiroide a produrre diversi ormoni tra i quali la tiroxina , indispensabili al controllo del metabolismo.

-           Ormone adrenocorticotropo (ACTH)

Ha l'importante compito di stimolare la secrezione di cortisone da parte della corteccia delle ghiandole surrenali.

Epifisi o ghiandola pineale

L' epifisi si trova al centro del cervello: il suo ruolo all' interno dell' organismo non è stato ancora chiarito del tutto.  Probabilmente la sua attività viene inibita da un lungo periodo di illuminazione.

L’epifisi è  un piccolo prolungamento dell’encefalo che produce come ormone la melatonina, un ormone che regola i periodi di attività giornalieri o stagionali, in base alla luce proveniente dall’ambiente. La melatonina viene rilasciata di notte in quantità che dipende dalla lunghezza del periodo di buio; d’inverno, quando le notti sono lunghe e il dì è breve, vengono prodotte maggiori quantità di melatonina rispetto a quanto accade d’estate. La melatonina influenza anche la maturazione sessuale.

Timo

Nel corpo umano il timo si trova sotto lo sterno; le sue dimensioni sono maggiori nel bambino che nell’adulto. Il ruolo primario di questa ghiandola nel sistema immunitario fu scoperto solo negli anni sessanta del secolo scorso. Le cellule di timo producono diversi ormoni tra cui un peptide che stimola lo sviluppo dei linfociti T. Dalla pubertà, quando il sistema immunitario è ormai maturo, le dimensioni del timo si riducono drasticamente  tuttavia esso continuerà per tutta la vita a produrre gli ormoni che stimolano i linfociti T.

 

Tiroide

È una ghiandola endocrina che produce due ormoni amminici contenenti iodio, la tiroxina T₄ e la triiodotironina T₃ che regolano il metabolismo e lo sviluppo. 

La tiroide è un organo impari, situato nella regione anteriore del collo alla base della gola. Questa ghiandola ricopre un ruolo fisiologico estremamente importante, poiché influenza direttamente lo sviluppo scheletrico e cerebrale, partecipa alla regolazione del metabolismo corporeo tiroide e allo sviluppo di pelle, apparato pilifero ed organi genitali.

Situata anteriormente rispetto alla laringe e alla trachea, la tiroide consta di due lobi, uno destro ed uno sinistro, tra loro congiunti da una porzione trasversale detta istmo; questa particolarità anatomica conferisce alla tiroide un aspetto simile ad una H o, più artisticamente, ad una piccola farfalla. In un adulto sano ciascun lobo misura circa cinque centimetri, mentre la tiroide raggiunge, nel suo insieme, un peso di circa venti grammi. Peso e dimensioni possono tuttavia variare, anche considerevolmente, in base all'età (calano con l'invecchiamento), al sesso (sono superiori negli uomini) e alle modificazioni ormonali (pubertà , gravidanza, allattamento, fase del ciclo mestruale, menopausa

Altri ormoni…

L’adeguata concentrazione di calcio nel sangue (calcemia) è mantenuta grazie all’azione antagonista di due ormoni: la calcitonina, prodotta dalla tiroide, e il paratormone (PTH) prodotto dalle quattro ghiandole parotidi.

L’insulina e il metadone, prodotti dalle isole di Langerhans del pancreas endocrino, controllano l’equilibrio omeostatico tra la quantità di glucosio disponibile nel sangue come carburante cellulare e la quantità di riserva (glicogeno) . L’insulina fa diminuire la concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia) promuovendo il suo ingresso nelle cellule, mentre il glucagone la fa aumentare favorendo la demolizione di glucogeno. Una carenza di insulina può provocare il diabete.

L’adrenalina e la noradrenalina sono ormoni amminici prodotti dalla midollare del surrene, la cui secrezione è stimolata da impulsi nervosi provenienti dall’ipotalamo; il loro aumento nel sangue assicura una risposta rapida e immediata a situazioni di stress. I glicocorticoidi e i mineralcorticoidi la cui secrezione è stimolata da segnali endocrini provenienti dall’ipotalamo e dall’adenoipofisi, vengono prodotti dalla corticale del surrene e sono importantissimi per mantenere l’omeostasi anche in condizioni di stress.

Gli ormoni sessuali (androgeni, estrogeni e progestinici) prodotti dalle gonadi, sono ormoni steroidi che regolano la formazione e il mantenimento dei caratteri sessuali primari e secondari dell’individuo; essi sono prodotti in quantità diverse sia dai maschi sia dalle femmine. La sintesi degli organi sessuali è regolata dall’ipotalamo e dal lobo anteriore dell’ipofisi.

L’organismo e l’acqua.

I reni.

Il corpo umano è formato in gran parte da acqua con circa il 60% nell’uomo e il 55% nella donna. In particolare alcuni organi quali sangue, polmoni, reni sono formati da elevate percentuali di acqua (80%) . Bisogna tenere presente che nel sangue sono presenti vari tipi cellulari.

La parte costituita da acqua è il plasma. Le percentuali di acqua sono nel feto il 100%, nel neonato 80% , adulto 70%, anziano 50%.

La percentuale di acqua varia molto in funzione dell’età diminuendo notevolmente nel soggetto anziano. L’acqua deve essere assunta con la dieta. Questa percentuale è del 15% più elevata nei bambini che sono più soggetti a disidratazione. Nell’uomo è il 4%. L’assunzione giornaliera di acqua avviene per:

·         Ingestione, come acqua o come cibo ( 2 litri circa)

·         Sintesi corporea per ossidazione di carboidrati (ca 200 ml/die).

Il totale ammonta a 2300 ml/die.

Acqua immessa al giorno nell’organismo:

-          Metabolismo 200 ml

-          Ingerita con pasti 800 ml   

-          Ingerita liquida 1500 ml

Totale 2500 ml.

L’acqua che eliminiamo come perdita giornaliera avviene per:

• Evaporazione del tratto respiratorio e attraverso la pelle ( 300/400 ml al die   
• Sudore (100 ml/die
• Feci ( 100 ml/die)
• Urine (0,5/die  a 2 litri a seconda dei casi.

La percentuale di liquido corporeo rispetto al peso totale può variare in funzione di età, sesso, grado di obesità e attività fisica.

Il sistema escretore gioca un ruolo centrale nell’omeostasi poiché, producendo ed eliminando urina è in grado di regolare la quantità di acqua e di Sali nei liquidi corporei.

Gli organi principali del sistema escretore umano  sono i due reni; ciascuno di essi, grande come il nostro pugno, contiene circa 80 km di sottili tubicini(tuboli) ed una intricata rete di capillari sanguigni. I nostri reni riassorbono gran parte del filtrato, concentrando l’urea e facendo tornare nel sangue la maggior parte dell’acqua e dei soluti in esso contenuti. Pertanto, ogni giorno, la quantità di urina escreta è solo circa 1,5 litri. Il sangue che deve essere filtrato entra in ciascun rene attraverso l’arteria renale e una volta filtrato, lascia il rene attraverso la vena renale. L’urina esce dal rene per mezzo di un dotto chiamato uretere e passa nella vescica; periodicamente, durante la minzione, la vescica si svuota e l’urina viene eliminata tramite un condotto chiamato uretra che nella donna termina vicino la vagina mentre nell’uomo passa attraverso il pene.

I reni svolgono un ruolo fondamentale nel controllo di molteplici funzioni:

-          Regolazione del bilancio idrico ed elettrolitico attraverso un controllo tra intake e output (entrata e uscita)

-          Regolazione dell’osmolalità dei fluidi corporei e delle concentrazioni di elettroliti

-          Regolazione dell’equilibrio acido-base insieme ai polmoni

-          Escrezione di prodotti metabolici di scarto

-          Regolazione della pressione arteriosa

-          Secrezione di alcuni ormoni

-          Gluconeogenesi , in periodi prolungati di digiuno.

I due reni si trovano nella parete posteriore dell’addome a livello della XI vertebra dorsale e della III lombare. Ciascun rene pesa 150 gr. ed ha una caratteristica forma a fagiolo. Al di sopra di ogni rene si trova la ghiandola surrenale. La regione mediale presenta una parte detta ilo attraverso la quale passano arteria e vena renale, vasi linfatici, nervi e l’uretere che veicola l’urina alla vescica. Il rene è avvolto in una capsula. il rene sinistro è più alto del rene destro di circa 2 cm in quanto quello destro risulta schiacciato in basso dal fegato. Una sezione longitudinale di un rene mostra chiaramente una regione più esterna detta corticale e una regione interna detta midollare. La midollare è suddivisa in formazioni coniche dette Piramidi di Melpighi (5-12 per ogni rene) separate fra loro dalle colonne di Bertin.

La base di ciascuna piramide sprofonda nella papilla renale che si apre nella pelvi renale. Il bordo della pelvi è caratterizzato da aperture dette calici maggiori che collezionano urine dai calici minori in cui termina ciascuna papilla. Le pareti di calici della pelvi e dell’uretere contengono elementi contrattili che spingono l’urina verso la vescica. I reni sono gli organi più irrorati ricevendo circa il 20% dell’output cardiaco, 1200 ml al minuto. L’arteria renale entra nel rene a livello dell’ilo e si ramifica a formare le arterie che formano i capillari a livello di ogni nefrone.  Ogni rene contiene circa un milione di queste minuscole unità funzionali (nefrone)  ognuna delle quali compie su scala ridotta le funzioni svolte dal rene in generale, in quanto estrae una piccola quantità di filtrato dal sangue e lo trasforma  in una quantità ancora più piccola di urina. La parte iniziale del nefrone presenta una struttura a forma di coppa chiamata capsula di Bowman mentre all’altra estremità del nefrone si trova il dotto collettore che trasporta l’urina alla pelvi renale. La capsula di Bowman avvolge un ammasso di capillari detti glomerulo; glomerulo e capsula di Bowman nell’insieme costituiscono l’unità filtrante del nefrone.

Il nefrone può svolgere la sua funzione grazie alla stretta associazione con i vasi sanguigni.  La parte distale dei capillari glomeruloni si riunisce a formare l’arteriola efferente. E’ importante notare che troviamo due letti capillari in serie. Il nefrone è l’unità funzionale del rene capace di formare urina. I nefroni  non possono essere rigenerati dal rene. Dopo i quarant’anni il numero di nefroni funzionanti decrementa del 10% ogni 10 anni circa. Questa perdita, legata all’invecchiamento, viene compensata in genere dai nefroni rimanenti che espellono comunque acqua ed elettroliti. Ciascun nefrone comprende:

-          Un glomerulo

-          Un tubulo renale.

Il glomerulo è formato, come abbiamo già visto,  da una rete di capillari che si ramificano. Presentano cellule epiteliali e sono appunto alloggiati nella capsula di Bawmans.  Avviene, quindi, a livello del glomerulo  l’ultrafiltrazione, cioè il primo passaggio nella formazione delle urine.

La parete dei capillari glomerulari risulta formata da tre strati:

-          Endotelio del capillare

-          Membrana basale

-          Cellule epiteliali monostratificate.

La capsula di Bawman è formata da due foglietti:

-          Foglietto viscerale

-          Foglietto parietale

Il tubulo renale è formato da:

-          Tubulo contorto prossimale

-          Ansa di Henle

-          Tubulo contorto distale

Ciascun segmento è caratterizzato da una struttura differente e da funzioni molto diverse tra loro.

Il tubulo prossimale riassorbe dal filtrato sostanze nutritive indispensabili come il glucosio e gli aminoacidi. L’Ansa di Henle e il dotto collettore hanno principalmente la funzione di riassorbire l’acqua. La lunga ansa di Henle trasporta il filtrato verso l’interno del rene, nella regione midollare, e poi, indietro, nella regione corticale. L’elaborazione finale del filtrato avviene nel dotto collettore della regione midollare dove, riassorbendo attivamente NaCL, gioca un ruolo essenziale nel determinare quanto sale viene eliminato con le urine. Il nefrone insomma si può dire che restituisca la maggior parte dell’acqua che filtra dal sangue e, la capacità di conservazione, rappresenta una delle principali funzioni espletate dai reni.

Infine, sotto il controllo ormonale,  i nostri reni mantengono anche un equilibrio preciso tra l’acqua e i soluti presenti nei nostri liquidi corporei. Quando la loro concentrazione aumenta oltre un certo limite, un centro di controllo del cervello aumenta il livello ematico di un ormone chiamato ADH (ormone antidiuretico) che segnala al nefrone di riassorbire più acqua dal filtrato. L’ADH viene prodotto da neuroni dell’ipotalamo e la sua azione fisiologica consiste nell’aumentare la permeabilità cellulare e l’assorbimento di acqua a livello del tratto ascendente dell’ansa di Henle, del tubulo distale e del dotto collettore dei nefroni. Quando la concentrazione dei soluti si abbassa sotto un certo limite, il livello di ADH nel sangue diminuisce e pertanto il nefrone riassorbe meno acqua. L’aumento della quantità di urina prodotta è chiamato diuresi; l’ADH viene chiamato antidiuretico poiché si oppone alla diuresi. È da ricordare quindi che i reni possono funzionare grazie  a un elaborato sistema di controlli e di equilibri.

Ghiandola pineale 

Fisiologia della respirazione 

Cenni di fisiologia del cuore