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Sistema Endocrino

Indice
  1. I due sistemi di comunicazione
  2. Il Sistema endocrino (una visione generale)
  3. Anatomia e Fisiologia del Sistema Endocrino
  4. L'Ipofisi
  5. L'Ipotalamo
  6. La Tiroide e le Paratiroidi
  7. Le Ghiandole Surrenali
  8. Il Pancreas
  9. La Ghiandola Pineale
  10. Le Gonadi
  11. Altri tessuti che secernono ormoni
  12. Il meccanismo di azione degli ormoni

Il mantenimento dell'omeostasi prevede la regolazione di diverse attività fisiologiche. Le condizioni interne ed esterne al corpo devono essere costantemente soggette a controllo e le informazioni che ne derivano devono essere integrate affinché il corpo possa fornire le risposte appropriate.
L'integrazione delle informazioni è effettuata mediante stimoli chimici e impulsi nervosi; gli stimoli chimici sono rappresentati da specifiche molecole segnale, fra le quali troviamo gli ormoni. Queste molecole interagiscono con i recettori che si trovano all'interno delle cellule o sulla loro membrana e innescano una serie di cambiamenti a livello molecolare che provoca una risposta adeguata allo stimolo, ambientale o interno, che l'ha generata.

1. I due sistemi di comunicazione

Il sistema endocrino è costituito da diverse ghiandole sparse nell'organismo; tali ghiandole producono ormoni, molecole segnale che, trasportate dal sistema circolatorio in tutto il corpo, producono effetti su specifici organi o tessuti bersaglio.
(NOTA: Vengono detti molecole segnale quegli ormoni, neurotrasmettitori o costituenti del sistema immunitario che, giungendo a contatto con un recettore posto sulla membrana o all'interno di una cellula bersaglio, innescano in essa una serie di reazioni.)
Esiste una notevole sovrapposizione tra il sistema nervoso e quello endocrino che collaborano e si integrano a vicenda per produrre la risposta più adatta alle modificazioni dell'ambiente esterno o interno. In generale, il sistema endocrino utilizza informazioni sotto forma di molecole segnale, e la comunicazione avviene quindi per via chimica; il sistema nervoso conduce invece le informazioni per via elettrochimica, cioè utilizzando sia segnali chimici sia impulsi elettrici. Per esempio, una cellula nervosa conduce le informazioni mediante stimoli di natura elettrica ma, quando deve passare queste informazioni ad altre cellule, le trasmette per via chimica attraverso la liberazione di specifiche molecole, note come neurotrasmettitori.

I neurotrasmettitori vengono rilasciati nelle immediate vicinanze delle loro cellule bersaglio, ma esistono delle eccezioni: particolari cellule nervose, chiamate neurosecretrici, sfruttano un meccanismo tipico della comunicazione ormonale e rilasciano le proprie molecole segnale (neurormoni) nella corrente sanguigna che le porta fino ai propri tessuti bersaglio. Questi e altri esempi suggeriscono che il sistema endocrino e quello nervoso sono, per diversi aspetti, riferibili a un unico sistema: il sistema neuroendocrino.

I sistemi di comunicazione interna
Molecole segnale Cellule produttrici Velocità d'azione Modalità di trasmissione del segnale
Sistema endocrino Ormoni Cellule delle ghiandole endocrine bassa chimica
Sistema nervoso Neurotrasmettitori Cellule nervose (o neuroni) alta Elettrica e chimica
Il Dizionario*

2. Il Sistema endocrino (una visione generale)

Nell'uomo il sistema delle regolazioni ormonali è molto complesso. Per esempio, in prima approssimazione il livello del glucosio nel sangue è regolato dagli ormoni del pancreas. L'insulina, secreta dalle «isole» pancreatiche, quando entra in circolazione aumenta (pare) la capacità delle cellule di ricevere glucosio dal sangue: se l'insulina scarseggia, le cellule non accettano il glucosio in quantità sufficiente e si verifica un eccesso di glucosio nel sangue.
Ma il livello del glucosio nel sangue risulta dall'equilibrio di diversi ormoni e non solo dall'insulina. Un altro ormone regolatore della glicemia è il glucagone, secreto anch'esso dalle isole pancreatiche, che stimola le cellule del fegato a spezzare le molecole di glicogeno (forma nella quale il glucosio è immagazzinato nel fegato) immettendo nel sangue il glucosio che ne risulta. L'equilibrio insulina-glucagone mantiene costante il livello del glucosio nel sangue in condizioni normali.
Un altro ormone interviene invece ad aumentare il glucosio nel sangue in situazioni di emergenza, e cioè di collera e di paura: si tratta dell'adrenalina, secreta dalla parte centrale (midollare) di due ghiandole collocate sopra il rene o surrenali. Anche l'adrenalina stimola la rottura del glicogeno in molecole di glucosio, ma soprattutto a livello di cellule muscolari. Perché?
Semplicemente perché nei momenti di collera e di paura si ha bisogno di muscoli molto efficienti, o per picchiare l'avversario o per fuggire. L'adrenalina predispone alla lotta o alla fuga non solo in quanto aiuta i muscoli a sfruttare bene il glicogeno, ma anche in quanto aumenta la pressione del sangue, accelera il ritmo cardiaco e aumenta la frequenza del respiro. È un complesso di azioni molto coordinato: aumentare lo sfruttamento del glicogeno (e del glucosio, ovviamente) significa liberare maggiori quantità di anidride carbonica. Bisognerà, dunque, accelerare la corsa del sangue attraverso i polmoni (aumento della frequenza cardiaca) e bisognerà mettere a disposizione del sangue maggiori quantità di ossigeno (aumento della frequenza respiratoria).
Ma in qual modo le ghiandole surrenali vengono avvertite che c'è un nemico da picchiare o un pericolo da fuggire? Gli esperimenti vengono fatti, in laboratorio, con espedienti diversi dei quali uno dei più buffi consiste nel mettere un gatto nella gabbia di un altro gatto: il gatto, che vede la propria gabbia invasa da un gatto sconosciuto, va in collera, gonfia il pelo, inarca la schiena, soffia... e secerne adrenalina. Ma la «vista» del barbaro invasore è un fenomeno che appartiene alla serie dei fenomeni nervosi (l'occhio manda al cervello l'immagine di un gatto, il cervello la riconosce come tale, elabora l'arrabbiatura, per vie molto complicate che descriveremo in seguito, manda l'ordine alla midollare delle surrenali di aumentare la secrezione). Ecco come la rete delle segnalazioni elettriche si interseca con la rete delle segnalazioni per via chimica.

Il consumo di ossigeno, che esprime la velocità del ricambio, cioè la velocità del consumo di glucosio, è però influenzato soprattutto da un'altra ghiandola a secrezione interna o ghiandola endocrina: la tiroide, che è collocata nel collo, davanti alla laringe. Per sapere se c'è un disturbo della funzione tiroidea, si misura il cosiddetto metabolismo basale, cioè il consumo di ossigeno in condizioni di totale riposo. L'ormone tiroideo (tiroxina) è di struttura chimica semplice e contiene iodio; le sue funzioni sono molteplici e si mettono in massima evidenza negli anfibi.
Nell'uomo gli effetti dell'ormone tiroideo sullo sviluppo sono tali che sia l'eccesso che il difetto di ormone tìroideo impediscono la normale crescita staturale. Gli altri effetti hanno invece segno diverso secondo che dipendano da eccesso o da scarsità: l'eccesso di ormone tiroideo dà magrezza, insonnia, stato ansioso, palpitazioni cardiache; il difetto provoca obesità, gonfiori sotto la pelle, sonnolenza, torpore, fino a una forma di deficienza mentale chiamata cretinismo. I disturbi della secrezione possono essere accompagnati dalla tumefazione della ghiandola, tumefazione chiamata «gozzo»; nell'ipertiroidismo gli occhi possono essere sporgenti (esoftalmo).
La tiroide secerne il suo ormone in quantità variabili, ma in linea generale la concentrazione di ormone tiroideo nel sangue è mantenuta costante per azione di un'altra ghiandola, che secerne un ormone stimolante della tiroide (ormone tireotropo). Questa ghiandola regolatrice è l'ipofisi, contenuta nella base cranica. L'ipofisi secerne altri ormoni (STH o GH – PROLATTINA – TSH – ACTH – FSH e LH – ENDORFINE – OSSITOCINA – ADH) che stimolano altre ghiandole a secrezione interna e, pertanto, viene chiamata «cervello endocrino»; a sua volta l'ipofisi ha stretti legami con il sistema nervoso centrale, tramite l'ipotalamo che, in realtà controlla a sua volta la funzione secretrice ipofisaria tramite i cosiddetti fattori di rilascio e i fattori di inibizione. Ma come fa l'ipotalamo a sapere quando occorre attivare o disattivare la secrezione dei diversi ormoni ipofisari?
L'ipotalamo riceve informazioni di tipo chimico ed elettrico da molte aree del cervello e, quindi, la produzione ormonale è regolata in relazione ai cambiamenti dell'ambiente interno ed esterno, un esempio lo abbiamo appena visto con la regolazione del glucosio ematico.

Consideriamo ora qualche altra funzione di questa sorta di superghiandola. L'ipofisi influisce sul riassorbimento dell'acqua da parte dei tubuli renali e il diabete insipido insorge quando questa specifica azione dell'ipofisi è insufficiente. L'ormone antidiuretico – ADH – (peraltro prodotto nell'ipotalamo, ma accumulato nell'ipofisi posteriore – la neuroipofisi), è la molecola segnale mediante la quale l'ipofisi influisce sul riassorbimento dell'acqua da parte dei tubuli renali. Un'insufficienza di ADH provoca insufficienza della funzione del sistema tubulare, con urina molto abbondante e diluita. Si tratta di una malattia chiamata diabete insipido (da distinguersi dal diabete mellito o zuccherino, nel quale il glucosio è molto abbondante nel sangue e dal sangue passa nelle urine). Peraltro la funzione renale è regolata da un altro ormone, la renina, che è elaborato dal rene stesso (ormone paracrino), quando la filtrazione del sangue a livello dei glomeruli renali non è ottimale a causa della pressione sanguigna troppo bassa. La secrezione della renina provoca in tutto l'organismo un restringimento delle arterìole, che innalza la pressione così che il filtraggio possa avvenire regolarmente.
L'ADH ha anche l'effetto di aumentare la pressione del sangue ed è molto simile a un altro ormone ipofisario (anch'esso, però, prodotto dall'ipotalamo e accumulato nella neuroipofisi), quasi uguale per formula chimica, ma differente nell'azione fisiologica, l'ossitocina, che stimola le contrazioni uterine durante il parto che spingono il feto fuori dall'utero e consentono la dilatazione della cervice uterina. A sua volta, la dilatazione stimola un ulteriore rilascio di ossitocina; così le contrazioni muscolari, e quindi la dilatazione, si amplificano progressivamente in un processo che termina solo con la nascita del bambino.
Inoltre i mammiferi, tra i quali anche gli esseri umani, allattano i loro piccoli con il secreto delle ghiandole mammarie. Ebbene, nelle femmine, dopo il parto, l'ossitocina stimola le ghiandole mammarie a produrre latte che, da solo, è perfettamente in grado di nutrire il neonato per mesi. Tuttavia, la secrezione avviene in maniera tanto più intensa quanto più il neonato stimola con la suzione i recettori localizzati intorno al capezzolo, perché, questi a loro volta stimolano la secrezione ipofisaria di ossitocina. Quello descritto è uno dei pochi esempi di feedback positivo, mentre, invece, la funzione regolatrice degli ormoni è garantita da meccanismi di feedback negativi.
Insomma, sembra proprio, che questo ormone sia coinvolto nella riproduzione dall'inizio alla fine.
Infatti, nel topo, l'ossitocina sembra aumentare il desiderio del contatto fisico e in un altro mammifero, l'arvicola della prateria, rende le femmine più disponibili al rapporto sessuale. Nel maschio della specie umana facilita l'eiaculazione di alcune delle sostanze che compongono il liquido seminale. Inoltre, sia nell'uomo sia nella donna, il livello di ossitocina nel sangue aumenta durante il rapporto sessuale e cresce maggiormente durante l'orgasmo, cosa che ha fatto ipotizzare un legame tra questo ormone e il piacere sessuale. La ricerca scientifica ha dunque indicato che l'ossitocina ricopre in generale, in diverse specie, un ruolo di tipo «aggregativo», nel senso che stimola tutti i contatti sociali, mentre la sua assenza li diminuisce.

Negli ultimi decenni dell'ottocento, quando (grazie all'antisepsi che impediva l'insorgere di infezioni e grazie alle prime narcosi che permettevano di operare senza che il malato soffrisse) ebbe il primo grande sviluppo la chirurgia, alcuni chirurghi svizzeri decisero di operare il gozzo, malattia che a causa del basso tenore di iodio delle acque alpine era in Svizzera molto frequente. In molti casi le conseguenze furono drammatiche, per l'insorgere di convulsioni gravissime (tetanìa), che giunsero fino a provocare la morte di alcuni dei soggetti operati. Fu così che ci si accorse che dietro la tiroide sono collocate quattro piccole ghiandole, le paratiroidi, che governano con i loro ormoni l'equilibrio del calcio nel sangue. Come le isole di Langherans del pancreas governano il livello del glucosio con due ormoni ad azione opposta – l'insulina, che riduce i livelli di glucosio circolante nel sangue e il glucagone, che aumenta i livelli di glucosio nel sangue –; così le paratiroidi secernono un ormone (ormone paratiroideo o PTH) che aumenta il livello di calcio nel sangue, mentre la tiroide, oltre la tiroxina, produce anche la calcitonina, che invece riduce il livello di calcio nel sangue. A questi due ormoni antagonisti – vengono, infatti, prodotti in risposta a stimoli opposti e l'uno agisce in senso contrario rispetto all'altro –, occorre anche aggiungere l'azione della vitamina D, che non viene prodotta da ghiandole endocrine ma dalla pelle, e agisce su stimolo del paratormone.
Lo squilibrio tra i due ormoni altera la concentrazione di calcio e, siccome gli ioni calcio sono importanti per la coagulazione del sangue e per il funzionamento dei nervi e dei muscoli e quindi anche del cuore, l'asportazione delle paratiroidi può determinare alterazioni anche gravi di diverse funzioni dell'organismo.
Oggi, ovviamente, l'asportazione della tiroide – che rimane comunque un intervento chirurgico molto impegnativo – non provoca più la «tetania paratireopriva» («tetania», in quanto le convulsioni sono simili a quelle del tetano; «paratireopriva» che dipende cioè dalla privazione delle paratiroidi) in quanto il chirurgo ha cura di non asportare queste importanti ghiandole. Tuttavia, siccome le paratiroidi sono normalmente quattro, nel caso che uno o due di esse siano malate, possono essere asportate, senza che sia compromessa la funzionalità complessiva della loro azione.

Questo meccanismo di controllo, detto di feedback negativo, è paragonabile al funzionamento di un termostato. Proprio come un termostato confronta la temperatura ambiente presente in un dato momento all'interno di un'abitazione con la temperatura preimpostata e accende e spegne il riscaldamento o l'aria condizionata in funzione del raggiungimento della temperatura desiderata, questo meccanismo di feedback utilizza le informazioni sui livelli di calcitonina, di paratormone e di vitamina D circolanti nell'organismo in un dato momento per regolare i livelli di calcio nel sangue.
Cerchiamo di capire meglio questo processo. Nel nostro organismo circola una certa quantità di sangue. Quando i livelli ematici di calcio si abbassano troppo (stimolo), le paratiroidi, lo rilevano e secernono il paratormone che induce il tessuto osseo a liberare un po' di calcio che ha in deposito: questa è la risposta. Il prodotto di questa catena stimolo-risposta è la liberazione di calcio nel sangue; quando la calcemia (i livelli di calcio circolante nel sangue) è tornata ad un valore sufficiente, le ghiandole paratiroidi lo rilevano e smettono di secernere l'ormone. Pertanto, la risposta allo stimolo innesca una diminuzione dell'attività (feedback negativo).
In realtà il processo è più complesso ma anche più raffinato, perché, a sua volta, la tiroide produce la calcitonina che lavora in maniera opposta a quella del paratormone, e quindi è l'interazione tra i due ormoni antagonisti più l'azione della vitamina D che permette l'omeostasi, cioè l'equilibrio del livello di calcio nel sangue.
La vitamina D è talmente importante per l'omeostasi del calcio, che è necessario approfondire la questione. Con il termine vitamina si intende una sostanza di cui l'organismo ha bisogno, seppur in piccola quantità, ma che non è in grado di sintetizzare da solo; pertanto, le vitamine devono essere assunte con la dieta. Dal momento però che l'organismo dispone delle vie metaboliche per sintetizzare la vitamina D, di fatto questa sostanza non è una vitamina in senso stretto. In passato era frequente osservare una maggiore fragilità ossea nelle popolazioni che risiedevano a latitudini elevate, dove d'inverno l'esposizione alla luce solare è breve e la dieta è povera di carne, pesce, latticini e verdure fresche. Dal momento che questa condizione poteva essere sanata dall'assunzione di olio di fegato di merluzzo (che è particolarmente ricco di vitamina D), per lungo tempo si è creduto che in questa situazione fosse in gioco una sostanza che veniva fornita con la dieta.
Oggi sappiamo invece che la vitamina D viene sintetizzata nella pelle a partire dal colesterolo per effetto della radiazione ultravioletta; una volta sintetizzata, la vitamina D può venire rilasciata nel circolo sanguigno e raggiungere le cellule bersaglio distanti dalla pelle dove agisce di fatto come un ormone.

In realtà, la molecola di vitamina D così come è rilasciata dalla cute non possiede un'elevata attività biologica; tuttavia, nel suo passaggio attraverso il fegato viene modificata e si trasforma nella forma attiva, il calcitriolo, che svolge diverse funzioni:

Gli squilibri dell'organismo sono così complessi che una medesima funzione può venire influenzata da ormoni secreti da ghiandole diverse. Ad esempio, l'utilizzo del glucosio è influenzato non solo dagli ormoni del pancreas, ma anche dall'ormone tiroideo. Dobbiamo però aggiungere un'altra ghiandola endocrina che influenza l'utilizzo del glucosio: la ghiandola surrenale. Del resto abbiamo già detto che il tessuto renale secerne un ormone, la renina, che influisce sulla pressione arteriosa, ma abbiamo anche accennato al fatto che la pressione arteriosa è influenzata anche dalle surrenali (tramite l'adrenalina), oltre che dall'ipofisi. Le surrenali hanno dunque, nel panorama delle regolazioni ormonali, un ruolo molto importante.

In linea generale gli ormoni sono costituiti di amminoacidi (ormoni amminici), oppure da catene di amminoacidi più o meno lunghe (ormoni peptidici). E ricordiamo che gli amminoacidi contengono un atomo di azoto legato a due atomi di idrogeno (NH2). Invece gli ormoni delle ghiandole surrenali non contengono azoto, ma sono formati di carbonio, idrogeno, ossigeno, secondo una struttura più o meno simile a quella della molecola del colesterolo.
Per la somiglianza con il colesterolo, gli ormoni surrenali sono detti «steroidi» per descrivere la loro natura chimica e «corticoidi» per designare la loro origine (vengono elaborati, infatti, nella corteccia dei surreni). Alcuni corticoidi esercitano influenza sulla concentrazione di glucosio nel sangue e sull'accumulo di glicogeno nel fegato, e sono i glicocorticoidi. Tali sostanze promuovono la formazione di glucosio a partire dai grassi e dalle proteine e, quando occorre, ne riducono l'utilizzo da parte di molte cellule, con l'importante eccezione delle cellule del cervello e del cuore; in tal modo, i glicocorticoidi favoriscono, in caso di carenze energetiche, le attività di questi due organi a spese di altre funzioni del corpo. Altri, i mineralcorticoidi, influiscono sull'equilibrio dei minerali nell'organismo (per esempio, sul livello del sodio).
Il cortisone è, fra i corticoidi, il più usato come farmaco, soprattutto per l'azione anti infiammatoria.
Del resto un discorso simile si può fare anche per un altro corticoide, il cortisolo, la cui produzione aumenta in caso di «stress», come quando si gareggia in competizioni sportive o ci si prepara a sostenere un esame a scuola o in genere in qualsiasi attività fortemente competitiva, e oggi il mondo del lavoro è molto competitivo. L'ormone ipofisario ACTH, che stimola la produzione di cortisolo, viene utilizzato in alcuni casi di doping sportivo, per dare un aiuto all'atleta a fronteggiare lo stress. Tuttavia, i gravi effetti collaterali (ritenzione idrica, diabete, alterazioni cutanee, riduzione delle difese immunitarie, miopatie, ulcera gastroduodenale, fino anche alla distruzione temporanea delle connessione cellulari in una parte del cervello, detta ippocampo, che svolge un ruolo cruciale nella memoria a lungo termine) ne sconsigliano l'uso, che comunque è proibito dalle autorità sportive internazionali.
Tutto questo fa sorgere una domanda: perché il sistema endocrino dovrebbe lavorare per rendere le persone stressate più vulnerabili alle malattie? Perché dovrebbe accanirsi in una situazione già negativa?
Forse la risposta ormonale che gli esseri umani oppongono alla tensione nervosa era stata costruita dall'evoluzione per esseri, come i nostri antenati mammiferi, sottoposti a stress di breve durata, che a differenza degli uomini non dovevano preoccuparsi di ciò che sarebbe accaduto l'indomani.
Come la secrezione dell'ormone tiroideo viene regolata dall'ipofisi attraverso la secrezione di ormone tireostimolante (o Tireotropo TSH che in greco significa «che va» alla tiroide) così la produzione di corticoidi da parte delle ghiandole surrenali è anch'essa governata dall'ipofisi, che secerne l'ormone adrenocorticotropo (detto ACTH dalle iniziali adrenocorticotropo hormone). L'ipofisi aumenta la secrezione di ACTH quando la concentrazione di corticoidi nel sangue si abbassa; la secrezione di ACTH fa aumentare la secrezione di corticoidi; l'aumentata concentrazione di corticoidi fa diminuire la produzione di ACTH. E un esempio delle regolazioni a «feedback negativo» o «a retroazione» o «a onda di ritorno», una regolazione, cioè, nella quale l'effetto modifica la causa. Questa regolazione basterebbe a mantenere invariata la concentrazione dì corticoidi (con tutti i suoi effetti fisiologici) in condizioni invariate.

Ma gli ormoni corticoidi hanno il compito di adeguare le funzioni dell'organismo al variare delle condizioni: di adeguarle cioè a un'infezione, a uno stress provocato dalla fatica, o dalla paura, o dal freddo intenso, insomma da una qualsiasi variazione dell'ambiente o del rapporto fra l'organismo e l'ambiente. Un sistema di regolazione che sia capace soltanto di conservare invariato il livello dei corticoidi sarebbe inadeguato: occorre un sistema di regolazione più complesso, che modifichi tale livello quando occorre.
Quest'altro sistema di regolazione, evidentemente assai più complesso, coinvolge l'ipofisi e il sistema nervoso; coinvolge anche la parte midollare delle surrenali, che secerne l'adrenalina.
Ad esempio, è noto che l'ipertensione arteriosa è collegata alle tensioni psichiche della vita moderna: ebbene, il legame fra le tensioni psichiche e l'ipertensione arteriosa passa proprio da qui, dai ripetuti bruschi adattamenti del sistema ormonale ipofisi-surrenali a modificazioni dell'ambiente percepite dal sistema nervoso.

L'ipofisi oltre a essere in correlazione con la tiroide e con le surrenali che allargano la sua influenza a numerose e importanti funzioni organiche, secerne gli ormoni sessuali, dei quali vedremo l'importanza nel capitolo della riproduzione, ma secerne anche altri ormoni. e cioè l'ormone della crescita (senza il quale si verifica il nanismo ipofisario) e la prolattina, che nella specie umana presiede alla secrezione del latte e che in altre specie animali presiede a fenomeni molto più complessi, legati comunque sempre alla cura dei figli.
Nei mammiferi la prolattina governa quei comportamenti di protezione che sono perfino commoventi quando li vediamo, per esempio, in una gatta che si prende cura dei suoi piccini.

L'Ipotalamo
L'ipotalamo dirige gran parte dell'attività endocrina dell'organismo.
  1. Secerne l'ormone antidiuretico (ADH) e l'ossitocina, che vengono liberati dall'ipofisi posteriore o neuroipofisi.
  2. Esercita un controllo diretto sulla liberazione dell'adrenalina e noradrenalina da parte della regione midollare delle ghiandole surrenali.
  3. Libera ormoni a funzione regolatrice che stimolano o inibiscono la produzione di vari altri ormoni da parte dell'ipofisi anteriore o adenoipofisi.

Ma gli ormoni non sono prodotti soltanto dalle ghiandole specializzate che abbiamo qui passato in rassegna. Molti altri organi e tessuti presentano agglomerati di cellule o anche cellule isolate che secernono sostanze chimiche in risposta a stimoli specifici, che influiscono sull'attività di altri organi e altri tessuti e, pertanto, devono essere considerate ormoni (sono detti ormoni autocrini se agiscono sulla cellula stessa che li ha prodotti, o ormoni paracrini se agiscono su cellule vicine, cioè dello stesso tessuto).
Ad esempio, la secretina, che si produce nell'intestino e che stimola il pancreas a secernere gli enzimi digestivi, la renina a cui abbiamo già accennato ...; ma anche la vitamina D (di cui abbiamo già discusso), che permette la deposizione di calcio nelle ossa e che viene considerata «vitamina» in quanto può venire assunta nell'alimentazione, ma dovrebbe essere considerata «ormone» in quanto in condizioni normali, cioè con una normale esposizione ai raggi ultravioletti, viene prodotta dai tessuti dell'organismo, anche se non sappiamo esattamente in quale sede.
Ma le funzioni dell'organismo sono così complesse che probabilmente non conosciamo ancora tutti i «messaggi chimici» che vengono elaborati dalle singole parti dell'organismo e non conosciamo ancora tutte le modalità del loro coordinamento. Sappiamo, tuttavia, che c'è una connessione tra il sistema delle comunicazioni chimiche e quello delle comunicazioni nervose e cioè il sistema ipofisi-ipotalamo. Inoltre abbiamo potuto renderci conto che i messaggeri chimici informano un organo della situazione esistente nell'organismo (per esempio: abbondanza o scarsità di glucosio), ma non possono portare informazioni circa ciò che avviene fuori dall'organismo, nell'ambiente esterno, o nel contatto tra l'organismo e l'ambiente.
Tuttavia, ogni volta che una ghiandola deve modificare la propria attività a causa di una situazione esterna (per esempio: deve aumentare la pressione arteriosa perché c'è pericolo e bisogna fuggire), il sistema delle segnalazioni chimiche non basta più: occorre l'informazione che proviene dal sistema nervoso, occorre cioè un raccordo fra il sistema delle comunicazioni chimiche e il sistema delle comunicazioni elettriche.

3. Anatomia e Fisiologia del Sistema Endocrino

Le ghiandole sono ammassi di cellule epiteliali o neurosecretrici e vengono classificate in esocrine ed endocrine. Le ghiandole esocrine secernono i loro prodotti in speciali dotti che sfociano direttamente all'esterno del corpo (per esempio, le ghiandole sudoripare o quelle mammarie) oppure all'interno di cavità corporee (come le ghiandole gastriche secernenti gli enzimi digestivi). Le ghiandole endocrine, invece, quali l'ipofisi e la tiroide, sono prive di dotti e riversano gli ormoni direttamente nel sangue.

Le cellule comunicano tra loro per mezzo di messaggi chimici ed elettrici. I messaggi di natura chimica possono venire inviati:

Una molecola portatrice di informazione che viene rilasciata nel sangue si definisce ormone, quindi si dovrebbe parlare di ormoni solo nell'ultimo caso considerato. A livello delle ghiandole endocrine, i capillari sanguigni presentano tipiche fenestrature, che consentono il passaggio di molecole di medie dimensioni, tra cui appunto gli ormoni stessi.

Le cellule che secernono gli ormoni sono dette cellule endocrine, mentre le cellule che possiedono i recettori per tali ormoni sono dette cellule bersaglio. Gli ormoni vengono secreti nei liquidi extracellulari e poi diffondono nel circolo sanguigno che li distribuisce in tutti i distretti dell'organismo; in tal modo possono attivare anche cellule bersaglio lontane dalla sede di rilascio. Essi inoltre possono agire in piccole quantità perché entrano solo nelle cellule bersaglio.
Gli ormoni sono sostanze estremamente attive anche in minime quantità: è stato calcolato, per esempio, che la concentrazione di adrenalina normalmente presente nella corrente sanguigna corrisponde a quella che si avrebbe mettendo 8 millilitri (un cucchiaino da tè) di una certa sostanza in un lago profondo 2 metri e largo 100 metri. Vista la loro efficacia a dosaggi minimi, gli ormoni sono sottoposti a un rigoroso controllo affinché la loro quantità nel sangue sia dosata esattamente in ogni istante. Un esempio di questo controllo è la regolazione della produzione ormonale, che avviene, con pochissime eccezioni, tramite sistemi a feedback negativo.
In questo tipo di meccanismo, all'aumentare della concentrazione del prodotto finale del processo metabolico stimolato dall'ormone, si ha l'inibizione del rilascio dell'ormone stesso. Un altro aspetto ugualmente importante consiste nella rapida demolizione degli ormoni dopo che hanno interagito con le cellule bersaglio, per evitare che continuino ad agire anche dopo l'arresto della stimolazione.

I FEROMONI
Esistono alcuni ormoni, chiamati feromoni, che vengono liberati all'esterno del corpo per comunicare informazioni a individui della stessa specie. Esempi di feromoni sono quelli usati come richiamo da parte delle femmine di diversi mammiferi nel periodo degli accoppiamenti; molte di esse, per esempio, segnalano ai maschi il proprio periodo di «recettività», che corrisponde al momento di maturazione degli ovuli, con dei segnali olfattivi emessi tramite secrezioni vaginali ; questo periodo fecondo viene chiamato estro.
Altri feromoni vengono utilizzati per circoscrivere un territorio. Nel periodo degli accoppiamenti, i cervi racchiudono le femmine del proprio harem: un invisibile recinto i cui confini vengono tracciati sfregando sugli alberi una ghiandola situata vicino all'attaccatura delle corna, che rilascia sostanze odorose; se un maschio della stessa specie avverte questo segnale sa che, varcando questo confine, entra in un territorio non suo. Questo comportamento equivale a una dichiarazione di guerra e, infatti, quando un maschio vede varcato il proprio recinto olfattivo, scatena la sua aggressività.
I lupi invece utilizzano i feromoni contenuti nell'urina. Spargendo urina intorno al proprio territorio di caccia, essi definiscono la zona di competenza esclusiva del branco e i lupi di altri gruppi sociali si tengono a distanza per non essere aggrediti. I cani domestici hanno conservato questo comportamento urinando sopra l'urina di altri cani; in questo modo, segnalano che quello intorno all'abitazione è il proprio esclusivo territorio e non del cane che era passato prima.
Recentemente, gli scienziati hanno cercato di scoprire se anche noi umani comunichiamo attraverso i feromoni; alcuni sostengono che nel nostro sudore siano contenute molecole di richiamo sessuale, ma i risultati di questi studi non sono ancora stati definitivamente confermati.

4. L'Ipofisi

L'ipofisi (o ghiandola pituitaria) è una piccola ghiandola localizzata alla base del cranio sotto un importantissimo centro encefalico, l'ipotalamo, da cui essa viene controllata attraverso un sottile peduncolo riccamente vascolarizzato e contenente moltissime fibre nervose.
L'ipofisi ha un volume di circa 1 cm3, pesa circa 1 grammo e svolge un ruolo regolatore fondamentale nei confronti di altre ghiandole endocrine; l'ipofisi, infatti, è la fonte di ormoni che stimolano gli organi riproduttori, la corticale surrenale e la tiroide. Questa ghiandola è costituita da tre parti: un lobo anteriore o adenoipofisi, un lobo intermedio e un lobo posteriore o neuroipofisi; queste tre regioni hanno funzioni completamente diverse.

Le cellule dell'adenoipofisi anteriore (adenoipofisi) sintetizzano quattro tropine che controllano il funzionamento di altre ghiandole endocrine; nell'adenoipofisi sono prodotti anche altri ormoni. Le cellule ipofisarie vengono a loro volta influenzate dai neurormoni ipotalamici, detti fattori di rilascio e/o di inibizione, distribuiti da specifici vasi sanguigni.
Uno di questi è l'ormone della crescita (STH o GH, growth ormone), detto anche somatotropina, che stimola la sintesi proteica e la crescita delle ossa. Come è accaduto per quasi tutti gli ormoni, anche l'ormone della crescita è stato studiato in base agli effetti provocati da una sua quantità in difetto o in eccesso. Per esempio, se viene prodotto poco ormone della crescita durante l'infanzia, si ha una condizione di nanismo, il cosiddetto nanismo ipofisario,mentre, se ne viene prodotto troppo, si ha una forma di gigantismo; gran parte dei giocatori di basket, che raggiungono spesso un'altezza di 2,30 metri pur avendo genitori di statura normale, è stata colpita da tale disfunzione durante la fase della crescita.
Un'eccessiva produzione di somatotropina nell'adulto non causa il gigantismo, dal momento che la crescita delle ossa lunghe è cessata, ma provoca l'acromegalia, cioè un aumento nella grandezza delle mascelle, delle mani e dei piedi, strutture corporee i cui tessuti negli adulti sono ancora sensibili agli effetti dell'ormone.
L'ormone della crescita influisce anche sul metabolismo del glucosio, inibendone l'assorbimento e l'ossidazione da parte di alcuni tipi di cellule; inoltre, stimola la scissione degli acidi grassi, e in questo modo riduce il fabbisogno di glucosio. Questo ormone viene oggi prodotto mediante le tecniche del DNA ricombinante, con conseguente aumento delle possibili applicazioni mediche, limitate però finora solo ai paesi industrializzati.
La prolattina, anch'essa secreta dall'adenoipofisi, stimola la secrezione di latte nei mammiferi dopo il parto. Il suo rilascio è controllato da un ormone inibitorio prodotto dall'ipotalamo. Per tutto il tempo dell'allattamento, gli impulsi nervosi prodotti sui capezzoli dalla suzione sono trasmessi all'ipotalamo che, di conseguenza, diminuisce la produzione dell'ormone inibitorio della prolattina. L'ipofisi quindi libera prolattina che, a sua volta, agisce sulle ghiandole mammarie per favorire la produzione di latte. Quando cala o cessa la suzione, la sintesi e la liberazione di prolattina diminuiscono, e anche la produzione di latte cessa. In questo modo, la domanda regola l'offerta in maniera tale che, per esempio, una donna possa allattare un solo bambino o più gemelli producendo la giusta quantità di latte.
Altri quattro ormoni secreti dall'adenoipofisi sono detti ormoni tropici, cioè ormoni che agiscono su altre ghiandole endocrine di cui regolano la secrezione. Uno di questi ormoni tropici è l'ormone stimolante la tiroide, o tireotropina (TSH); il TSH stimola le cellule della tiroide ad aumentare la produzione e la liberazione degli ormoni tiroidei: la tiroxina e la triiodotironina. In un circuito a feedback negativo cui partecipano sia l'ipofisi sia l'ipotalamo, un aumento della concentrazione di tiroxina inibisce un'ulteriore secrezione di TSH da parte dell'ipofisi.
L'ormone adrenocorticotropo (ACTH) ha un modello di regolazione simile al precedente, ma relativo alla produzione di cortisolo, uno degli ormoni secreti dalla corticale surrenale (la regione più esterna della ghiandola surrenale).
Gli altri due ormoni tropici prodotti dall'adenoipofisi sono le gonadotropine, ormoni che, come vedremo agiscono sulle gonadi (testicoli e ovaie), gli organi in cui avviene la produzione dei gameti; questi ormoni sono l'FSH (follicolo stimolante) e l'LH (luteinizzante).
L'adenoipofisi produce anche particolari ormoni detti endorfine. Queste sostanze vengono definite «oppiacei naturali» perché, come l'oppio, agiscono a livello del sistema nervoso centrale interferendo con la sensazione del dolore. Sembra che le endorfine entrino in circolo, procurando una sensazione di estremo benessere, in specifiche situazioni quali l'orgasmo sessuale, l'ascolto della musica che si predilige o l'assunzione di cibi particolarmente graditi, ma anche come conseguenza di attività fisica; è infatti noto a molti sportivi che dopo un allenamento si prova, nonostante la stanchezza, una sensazione di appagamento e benessere.

La neuroipofisi svolge, invece, la funzione di deposito per due ormoni che vengono prodotti dall'ipotalamo, l'ossitocina e l'ormone antidiuretico (ADH). L'ossitocina favorisce il parto accelerando le contrazioni uterine durante il travaglio, contrazioni che permettono inoltre all'utero di riassumere la forma e le dimensioni originarie dopo il parto. L'ossitocina è anche responsabile della fuoriuscita del latte dalle cellule in cui viene sintetizzato: attraverso i dotti che portano al capezzolo, il latte diventa disponibile per il neonato. Un aspetto interessante della relazione tra il sistema nervoso e quello endocrino è che nelle madri la secrezione di ossitocina aumenta spesso come conseguenza del pianto del neonato.
L'ormone ADH fa diminuire l'escrezione di acqua da parte dei reni. L'ADH è chiamato anche vasopressina perché fa aumentare la pressione sanguigna in risposta a certe circostanze particolari come, per esempio, la perdita di sangue a causa di una grave emorragia.
(NOTA: In molti vertebrati il lobo intermedio dell'ipofisi è la fonte dell'ormone che stimola i melanociti (MSH); nei rettili e negli anfibi quest'ormone provoca i cambiamenti di colore funzionali al mimetismo, ai segnali di aggressività o al corteggiamento; quindi tutti segnali particolarmente importanti nella comunicazione animale.)

5. L'Ipotalamo

Appena sopra all'ipofisi c'è un'area dell'encefalo, chiamata ipotalamo, estremamente importante per le numerose funzioni che svolge. Oltre all'ossitocina e all'ormone antidiuretico che, come abbiamo appena visto, sono immagazzinati nel lobo posteriore dell'ipofisi, l'ipotalamo sintetizza una decina di fattori di rilascio (RH, dall'inglese Releasing Hormones) che agiscono stimolando o inibendo la secrezione di ormoni da parte dell'adenoipofisi; i fattori di rilascio sono piccoli peptidi costituiti da almeno tre amminoacidi.
Prodotti dalle cellule neurosecretrici dell'ipotalamo, essi percorrono una distanza di appena qualche millimetro fino all'ipofisi e sembra che non entrino mai nella circolazione sanguigna generale, ma che affrontino questo breve tragitto tramite un particolare sistema di capillari.
L'ipotalamo controlla la secrezione ipofisaria degli ormoni tropici e questi, a loro volta, stimolano le secrezioni di ormoni da parte della tiroide, della corticale surrenale e delle gonadi. Quando nel sangue aumenta la concentrazione degli ormoni prodotti da queste ghiandole bersaglio, l'ipotalamo riduce la sua produzione dei fattori di rilascio, l'ipofisi diminuisce la sua produzione ormonale e, di conseguenza, rallenta anche la produzione di ormoni da parte delle ghiandole bersaglio. L'ipotalamo, inoltre, riceve informazioni da molte altre aree del cervello e, quindi, la produzione ormonale è regolata in relazione ai cambiamenti dell'ambiente interno ed esterno.

6. La Tiroide e le Paratiroidi

I tireociti, producono il cosiddetto ormone tiroideo (TH), che è in realtà una miscela di due molecole: la tiroxina (T4) contiene quattro atomi di iodio, mentre la triiodotironina (T3) ne contiene tre; entrambi questi ormoni agiscono sugli organi bersaglio accelerando la velocità della respirazione cellulare. Le cellule C secernono il terzo ormone, la calcitonina, che regola, assieme all'ormone secreto delle ghiandole paratiroidi, il metabolismo del calcio (Ca2+). La calcitonina ha il compito di far diminuire la concentrazione di ioni calcio nel sangue; a tale scopo, stimola l'assorbimento del calcio da parte delle ossa e inibisce sia l'assimilazione a livello intestinale degli ioni calcio provenienti dagli alimenti sia il loro riassorbimento da parte dei reni.
Le quattro ghiandole paratiroidi sono le ghiandole endocrine più piccole oggi conosciute (pochi millimetri di diametro) e sono inserite nel tessuto della tiroide. Esse producono l'ormone paratiroideo (PTH), detto anche paratormone, che agisce in contrapposizione alla calcitonina in quanto aumenta in vari modi la concentrazione degli ioni calcio nel sangue; per esempio, stimola il tessuto osseo a liberare il calcio nella corrente sanguigna e favorisce l'assorbimento degli ioni calcio dall'intestino.

7. Le Ghiandole Surrenali

Le ghiandole surrenali sono situate sopra ai due reni e sono entrambe formate da due porzioni che secernono ormoni differenti: la porzione più esterna, chiamata corticale surrenale, è la fonte di numerosi ormoni steroidei, mentre la midollare surrenale, che costituisce la porzione centrale della ghiandola, è un agglomerato di cellule neurosecretrici che liberano nella corrente sanguigna una classe di composti chiamati catecolamine.
Le cellule della corteccia surrenale utilizzano il colesterolo come molecola di partenza per produrre tre diverse classi di ormoni steroidei: i glicocorticoidi, i mineralcorticoidi e una modesta quantità di steroidi sessuali, in quanto la maggior parte è sintetizzata dalle gonadi (▶FIGURA 14 pagina seguente).
Un importante ormone prodotto dalla corticale surrenale è il cortisolo che, insieme ad altri ormoni simili (per esempio il cortisone), appartiene al gruppo dei glicocorticoidi. Tali sostanze promuovono la formazione di glucosio a partire dalle proteine e dai grassi e, quando occorre, ne riducono l'utilizzo da parte di molte cellule, con l'importante eccezione delle cellule del cervello e del cuore; in tal modo, i glicocorticoidi favoriscono, in caso di carenze energetiche, le attività di questi due organi vitali a spese di altre funzioni del corpo.
La produzione di cortisolo aumenta in caso di stress, come quando si gareggia in competizioni sportive o ci si prepara a sostenere un esame a scuola.
Il cortisolo e gli altri glicocorticoidi sopprimono le risposte infiammatorie e immunitarie: grazie alle loro proprietà immunodepressive, questi ormoni sono talvolta impiegati nel trattamento di malattie autoimmuni, come le artriti reumatoidi, e di gravi reazioni allergiche, oppure nella prevenzione del rigetto degli organi trapiantati.

Il secondo gruppo di ormoni steroidei secreti dalla porzione corticale comprende l'aldosterone, che è coinvolto nella regolazione delle concentrazioni ioniche, soprattutto degli ioni sodio e potassio. Un aumento della secrezione di aldosterone determina, a livello renale, un maggior riassorbimento degli ioni sodio dal tubulo distale e dal dotto collettore del nefrone. Viceversa, una carenza di aldosterone provoca non solo una eccessiva eliminazione di ioni sodio dal corpo attraverso l'urina, ma anche una conseguente perdita di acqua che induce, a sua volta, una riduzione della pressione sanguigna.
La corticale surrenale produce anche ormoni sessuali maschili e femminili sia negli uomini sia nelle donne, ma solo in modesta quantità, in quanto la maggior parte è sintetizzata dalle gonadi.

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La midollare surrenale, invece, produce le catecolamine, tra cui la dopamina, l'adrenalina e la noradrenalina. La dopamina è un mediatore chimico implicato nella trasmissione dell'impulso nervoso nelle sinapsi del sistema nervoso centrale, mentre l'adrenalina e la noradrenalina (note anche come epinefrina e norepinefrina) agiscono sia come ormoni sia come neurotrasmettitori allo scopo, per esempio, di accelerare e potenziare il battito cardiaco, aumentare la pressione sanguigna, stimolare la respirazione e dilatare le vie respiratorie; il risultato di tutte queste risposte è una rapida reazione dell'organismo tipica delle situazioni di pericolo. Inoltre, queste catecolamine aumentano la concentrazione di glucosio ematico stimolando l'attività dell'enzima che scinde il glicogeno.

8. Il Pancreas

  1. Quando nel sangue si abbassa la concentrazione di glucosio, il pancreas libera glucagone che, tramite la scissione (mediante idrolisi) del glicogeno, fa aumentare la glicemia.
  2. Se la glicemia è alta, il pancreas libera insulina, che favorisce sia l'assorbimento di glucosio da parte delle cellule sia la sua conversione in glicogeno nel fegato.
  3. In situazioni di stress, l'ormone ACTH, prodotto dall'adenoipofisi, stimola la corticale surrenale che libera cortisolo, con conseguente aumento del glucosio ematico; contemporaneamente, la midollare del surrene, stimolata dal sistema nervoso, libera adrenalina e noradrenalina che fanno aumentare a loro volta la glicemia.

Il pancreas è una ghiandola sia endocrina sia esocrina. La parte endocrina del pancreas è costituita soprattutto da due differenti tipi di cellule, dette cellule alfa e cellule beta, riunite in isole completamente circondate dalla parte esocrina; le isole di Langerhans producono insulina e glucagone, due ormoni coinvolti nella regolazione del metabolismo del glucosio.
L'insulina è secreta dalle cellule beta in risposta all'aumento della concentrazione di glucosio (glicemia) o di amminoacidi nel sangue che avviene normalmente dopo un pasto; essa abbassa la concentrazione di zucchero ematico favorendo sia l'assorbimento del glucosio da parte delle cellule sia la sua conversione in glicogeno, nel fegato, e in grassi, nelle cellule adipose. Il glucagone, prodotto dalle cellule alfa delle isole di Langerhans, determina viceversa un aumento dello zucchero nel sangue, in quanto stimola nel fegato la scissione del glicogeno in glucosio e anche la scissione dei grassi e delle proteine.
A questo punto possiamo renderci conto del fatto che almeno sei ormoni differenti sono coinvolti nella regolazione del glucosio ematico: l'ormone della crescita, il cortisolo, l'adrenalina, la noradrenalina, l'insulina e il glucagone. La molteplicità dei meccanismi che regolano i livelli di glucosio ematico, assicura la costante presenza di questo zucchero nelle cellule cerebrali.
Queste, a differenza delle altre cellule corporee che possono ottenere energia dalla scissione di amminoacidi e di acidi grassi, possono normalmente utilizzare solo il glucosio come fonte di energia, per cui risentono immediatamente di un abbassamento del suo livello nel sangue.

Il pancreas possiede anche cellule delta che producono somatostatina, un ormone che, tra le numerose funzioni, ha anche quella di inibire la secrezione della somatotropina e della prolattina. Questa proprietà ha reso la somatostatina particolarmente adatta a contrastare i pericolosi effetti indotti da una iperproduzione dell'ormone della crescita che provoca, come abbiamo visto, acromegalia in età adulta e gigantismo durante l'infanzia. La somatostatina ha il compito anche di inibire la secrezione di altri ormoni come il glucagone, l'insulina, la renina, gli ormoni tiroidei e il cortisolo.

9. La Ghiandola Pineale

Si pensa che le variazioni di melatonina, probabilmente influenzate dalla luce, regolino anche i ritmi del sonno e della veglia; infatti, un aumento della concentrazione di questo ormone migliora la qualità del sonno, placa tensioni e stress e induce rilassamento. La produzione notturna di melatonina varia nell'arco della vita: è massima fra i 6 e i 12 anni, diminuisce durante la pubertà per non contrastare la produzione degli ormoni sessuali prodotti dalle gonadi, e scompare in tarda età. La melatonina viene oggi utilizzata come farmaco contro i disturbi del sonno.
Oltre all'alternarsi regolare di sonno e veglia anche molte altre funzioni fisiologiche come, per esempio, la respirazione, la frequenza cardiaca, l'escrezione urinaria di potassio, calcio e sodio e la secrezione di certi ormoni, mostrano variazioni giornaliere regolate da una sorta di orologio biologico; queste modificazioni cicliche sono dette ritmi circadiani.
La ghiandola pineale, o epifisi, è una piccola struttura situata al centro del cervello che secerne l'ormone melatonina. Negli esseri umani questo ormone sembra sfavorire la maturazione sessuale per cui, in età giovanile, la sua produzione diminuisce; i tumori alla ghiandola pineale sono stati messi in relazione con una pubertà precoce.
In molti animali, tra cui gli esseri umani, la produzione di melatonina aumenta bruscamente di notte (nell'uomo la secrezione è massima tra le 2 e le 4 del mattino) e diminuisce rapidamente durante il giorno.

10. Le Gonadi

Le gonadi (i testicoli nel maschio e le ovaie nella femmina) non sono solo gli organi in cui avviene la maturazione degli spermatozoi e degli ovociti, ma sono anche la sede in cui vengono sintetizzati gli ormoni sessuali. Il controllo della produzione di questi ormoni è molto complesso e coinvolge fattori di rilascio ipotalamici e due ormoni secreti dall'adenoipofisi: FSH e LH. Pur essendo simili dal punto di vista chimico, gli ormoni sessuali agiscono diversamente nel maschio e nella femmina.

Oltre a produrre spermatozoi, i testicoli sono anche la principale fonte di ormoni maschili (gli androgeni). Il principale androgeno, il testosterone, è un ormone steroideo necessario per la formazione degli spermatozoi ed è prodotto essenzialmente dalle cellule interstiziali, che si trovano intorno ai tubuli seminiferi dei testicoli. Altri androgeni sono prodotti nella corteccia surrenale.

Gli androgeni, prodotti nelle prime fasi dello sviluppo embrionale, hanno l'importante funzione di guidare lo sviluppo del feto maschile in modo che diventi un maschio e non una femmina. Dopo la nascita, la produzione di androgeni continua a un livello molto basso fino all'adolescenza, periodo in cui vi è un forte aumento di testosterone che dà luogo alla produzione di sperma e alla maturazione del pene e dei testicoli.
Il testosterone ha effetti anche su altre parti del corpo non direttamente interessate alla riproduzione; questi effetti comprendono l'accrescimento della laringe, con un conseguente abbassamento della voce, lo sviluppo dello scheletro e dei muscoli e una caratteristica distribuzione dei peli sul corpo. Gli androgeni stimolano la biosintesi di proteine e quindi di tessuto muscolare, e stimolano anche le ghiandole sudoripare le cui secrezioni attraggono batteri producendo, dopo la pubertà, il caratteristico odore associato al sudore. Gli androgeni possono causare anche l'iperattività delle ghiandole sebacee della pelle, provocando l'acne.
Tutte queste caratteristiche, associate agli ormoni sessuali, sono dette caratteri sessuali secondari, mentre i caratteri sessuali primari sono gli organi riproduttori, già presenti al momento della nascita.

I testicoli sono sotto l'influenza anche di un secondo ormone ipofisario, l'ormone follicolo stimolante (FSH), che agisce sulle cellule del Sertoli dei testicoli e, attraverso esse, regola la produzione di spermatozoi. Tra i fattori coinvolti nel controllo della sintesi dell'FSH vi è un ormone proteico, chiamato inibina, che è secreto dalle stesse cellule del Sertoli e ha il compito di inibire la produzione di FSH, anch'esso con un meccanismo a feedback negativo. Infatti, se il livello di testosterone e di spermatozoi prodotti è alto, entra in azione l'inibina che, abbassando il livello ematico di FSH, fa diminuire la sintesi di testosterone nei testicoli; se, invece, il livello di testosterone è basso, non viene prodotta inibina e aumenta la secrezione di FSH, con conseguente rilascio di testosterone.

La produzione di testosterone è regolata da un sistema a feedback negativo che interessa, tra le altre componenti, un ormone gonadotropo detto ormone luteinizzante (LH). L'LH è secreto dall'ipofisi sotto l'influenza del fattore di rilascio delle gonadotropine (GnRH), un ormone ipotalamico, ed è trasportato dal sangue verso i tessuti interstiziali dei testicoli, dove stimola la produzione di testosterone. A mano a mano che nel sangue aumenta il livello di testosterone, rallenta la produzione di LH da parte dell'ipofisi.
A differenza di molti altri animali, in cui la produzione di testosterone varia a seconda delle stagioni ed è stimolata da cambiamenti di temperatura e di illuminazione o da altri fattori ambientali, nell'uomo la produzione di questo ormone è abbastanza costante, ma può variare per esempio in rapporto alle situazioni emotive. Uno studio compiuto sui militari arruolati durante la guerra in Vietnam indicava che i livelli di testosterone nei soldati che partecipavano direttamente ai combattimenti erano notevolmente più bassi rispetto a quelli osservati negli uomini impegnati dietro le prime linee.

10.1 Ormoni e ciclo nella donna

La mestruazione rappresenta la ciclica, all'incirca mensile, eliminazione per via vaginale dell'endotelio desquamato che si ripete per tutta la vita riproduttiva di una donna; il flusso ematico viene definito mestruazione o flusso mestruale.
Il ciclo mestruale ha una durata di circa 28 giorni e corrisponde alla complessa serie di eventi che ha luogo tra l'inizio di una mestruazione e l'inizio di quella successiva. Tra gli ormoni che partecipano al complesso sistema a feedback che regola il ciclo mestruale vi sono gli estrogeni e il progesterone (ormoni ovarici), le gonadotropine ipofisarie FSH e LH, e il fattore di rilascio delle gonadotropine (GnRH) prodotto dall'ipotalamo.
All'inizio del ciclo i livelli ormonali sono bassi; dopo pochi giorni, un oocita e il suo follicolo cominciano a maturare grazie all'influenza degli ormoni FSH e LH. Ingrossandosi, il follicolo secerne quantità crescenti di estrogeni, che stimolano la ricostruzione dell'endometrio in preparazione all'impianto di un ovulo fecondato. Il rapido aumento dei livelli di estrogeni verso la metà del ciclo determina un rapido aumento anche nella produzione di LH e FSH da parte dell'ipofisi, che stimola il follicolo a liberare l'oocita, il quale inizia così il suo viaggio verso l'utero.
Sotto il continuo stimolo dell'LH, le cellule del follicolo svuotato diventano più grandi e ne riempiono la cavità, producendo il corpo luteo. A mano a mano che le cellule del corpo luteo si accrescono, cominciano a sintetizzare quantità crescenti di progesterone, oltre che di estrogeni. Quando cresce il livello ormonale, gli estrogeni, insieme al progesterone, inibiscono la produzione di GnRH e, quindi, delle gonadotropine LH e FSH da parte dell'ipofisi.
Se non c'è fecondazione, il corpo luteo viene riassorbito e diminuisce la produzione degli ormoni ovarici.
In conseguenza a questo calo ormonale, lo strato mucoso dell'endometrio si stacca e viene eliminato con la mestruazione. Poi, in risposta al basso livello di progesterone ed estrogeni, la produzione degli ormoni gonadotropi ipofisari ricomincia ad aumentare, evento che è seguito, all'inizio di un nuovo ciclo mestruale, dalla rigenerazione dell'endometrio, dallo sviluppo di un nuovo follicolo e da un aumento di estrogeni. Il ciclo mestruale dura circa 28 giorni, ma sono comuni delle variazioni individuali. In realtà, si dovrebbe parlare di tre cicli fra loro integrati, o meglio, tra loro in comunicazione: un ciclo mestruale (che riguarda l'utero), un ciclo ovarico (che riguarda le ovaie), un ciclo ormonale (che riguarda ipotalamo, ipofisi e ovaie).
La prima mestruazione è chiamata menarca e segna l'inizio della pubertà nella femmina umana; viene preceduta da un aumento di ormoni sessuali femminili che determina lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari, come l'ingrossamento dei fianchi e del seno.

10.2 Ipofisi, ciclo e gravidanza

Il ciclo mestruale è un processo molto complicato regolato da 4 ormoni. Esso inizia quando l'ipofisi produce il 1° ormone (FSH), che stimola l'ovaia; l'ovaia a sua volta risponde a questo stimolo producendo l'ormone estrogeno. Quest'ultimo stimola l'ipofisi a produrre il 3° ormone (LH), che, a sua volta, stimola l'ovaia alla ovulazione e a iniziare la produzione del 4° ormone, il Progesterone.

A questo punto il ciclo può evolvere in due modi:
  1. se non è avvenuta la fecondazione, cessa la produzione del progesterone e, in seguito, si hanno le mestruazioni;
  2. se, invece, è avvenuta la fecondazione, l'uovo si impianta nell'utero, che produce un 5° ormone, chiamato HCG ( gonadotropina corionica, con una funzione analoga a quella dell'ormone LH ), indispensabile alla gravidanza.
Infine, alla nascita, l'ipofisi verrà stimolata a produrre un 6° ormone, detto Prolattina, che induce le ghiandole mammarie a secernere il Latte.

10.3 Gli ormoni sessuali sono indispensabili durante lo sviluppo embrionale

Gli ormoni sessuali svolgono un ruolo fondamentale durante la vita intrauterina: da essi infatti dipende se nel feto si svilupperanno gonadi maschili o femminili. Nei mammiferi, il feto è l'ultimo stadio della vita intrauterina: nella nostra specie, il prodotto del concepimento viene chiamato feto (e non più embrione) a partire dall'ottava settimana fino al momento della nascita.

I genitali esterni di un embrione nelle prime settimane sono molto simili nei due sessi. Gli steroidi sessuali maschili (androgeni) inducono un differenziamento in senso maschile; in assenza degli androgeni, anche i genitali di un individuo dotato di sesso genetico maschile assomigliano ai genitali femminili.

Gli steroidi sessuali iniziano ad esercitare il loro ruolo intorno alla settima settimana di gestazione; nel periodo precedente, l'embrione ha pari potenzialità di orientarsi verso un sesso o verso l'altro. Un individuo che riceve al momento del suo concepimento due cromosomi X (uno paterno e uno materno), assumerà con lo sviluppo il fenotipo femminile, viceversa, un individuo con un cromosoma Y e un cromosoma X svilupperà il fenotipo maschile. Le informazioni contenute nei geni si traducono in fenotipi tramite la sintesi e l'azione degli steroidi sessuali. Nella nostra specie, la presenza del cromosoma Y nel genoma induce le gonadi dell'embrione, che fino a quel momento sono indifferenziate (e quindi in grado di orientarsi verso il sesso maschile o quello femminile) a intraprendere la sintesi di androgeni: questo si verifica appunto alla settima settimana di gestazione.
In risposta allo stimolo androginico, il sistema riproduttivo (compresi gli organi genitali esterni) cessa di essere indifferenziato e si sviluppa in senso maschile. Se in questa fase delicata non si verifica la sintesi di ormoni androgeni (perché l'individuo ha un sesso genetico femminile o perché vi è qualche difetto nella sintesi di androgeni), il prodotto del concepimento assumerà un sesso fenotipico di tipo femminile.
Per questo si parla di tre sessi: il primo è il sesso genetico, dovuto alla coppia di cromosomi sessuali XX o XY, e vale al momento del concepimento, poi, durante la fase fetale della vita intrauterina, si ha il sesso endocrino, dovuto alla produzione degli ormoni sessuali (androgeni o estrogeni) che orientano le gonadi in senso maschile o femminile, ed, infine, dopo la pubertà, il sesso psicologico, ovvero l'orientamento sessuale dell'individuo con tutte le possibili varianti.

10.4 Gli ormoni sessuali controllano i cambiamenti puberali

Gli effetti dell'azione degli steroidi sessuali si manifestano in maniera eclatante in occasione della pubertà, il periodo caratterizzato dalla maturazione sessuale dell'individuo. Durante l'infanzia la produzione di steroidi da parte delle gonadi si mantiene a livelli molto bassi, per poi subire un deciso incremento intorno ai 12-13 anni.
Perché si verifica questo aumento improvviso? Nell'infanzia, così come nell'età adulta, la sintesi di ormoni steroidei nelle ovaie e nei testicoli è sotto il controllo di due ormoni ipofisari (LH e FSH), come abbiamo già detto. A sua volta, la produzione delle tropine ipofisarie viene regolata da un ormone ipotalamico, l'ormone rilasciante le gonadotropine (GnRH). Anche prima che un individuo raggiunga la pubertà le sue gonadi sono in grado di rispondere allo stimolo delle gonadotropine, così come l'adenoipofisi può rispondere al GnRH; tuttavia, nella fase prepubere, questo ormone ipotalamico viene prodotto in quantità minime.
La pubertà coincide con una riduzione della sensibilità delle cellule ipotalamiche secernenti GnRH nei confronti del feedback negativo esercitato su di esse dagli steroidi sessuali e dalle gonadotropine; di conseguenza, la quantità di GnRH rilasciato dall'ipotalamo aumenta in maniera consistente e, tramite un aumento di secrezione di gonadotropine, induce una maggiore sintesi di ormoni sessuali.
Negli individui di sesso femminile, la maggiore quantità di LH e di FSH stimolano le ovaie ad iniziare la sintesi di steroidi sessuali. Questi ultimi circolano nel sangue a concentrazioni elevate e sono i responsabili dello sviluppo dei caratteri sessuali secondari propri del sesso femminile: la comparsa del seno, l'aumento delle dimensioni della cavità uterina, l'incremento del diametro del bacino, la comparsa della peluria pubica, l'aumento dei depositi di tessuto adiposo sottocutaneo e la sua distribuzione anatomiche ben determinate (fianchi, glutei). Infine gli ormoni sessuali stimolano la menarca (vale a dire la prima mestruazione) e controllano il regolare succedersi dei cicli mestruali.
Negli individui di sesso maschile, l'aumento dei livelli di LH stimola un gruppo di cellule testicolari a produrre testosterone, che a sua volta è responsabile dei cambiamenti fisiologici, anatomici e comportamentali propri dell'adolescenza: la voce assume un tono più basso, il corpo e il volto si coprono di peli, i testicoli e il pene aumentano di dimensioni.

11. Altri tessuti che secernono ormoni

Abbiamo analizzato fin qui le ghiandole endocrine, la cui funzione è principalmente o esclusivamente la secrezione di ormoni. Esistono, però, altri organi con parziale funzione endocrina che, oltre a realizzare i loro specifici compiti, secernono ormoni nel flusso sanguigno. In genere, in questi organi sono presenti degli speciali agglomerati di cellule secretici, o anche cellule isolate, che svolgono la secrezione ormonale in risposta a stimoli specifici.
Tra questi organi vi sono il rene, il timo, il cuore, lo stomaco, il duodeno e il fegato; le loro secrezioni (ormoni endocrini, paracrini e autocrini) e le loro funzioni vengono elencate nella tabella qui sotto. La funzione degli agglomerati di cellule endocrine in molti casi è in sintonia con quella dell'organo a cui appartengono:
per esempio, quando i recettori del rene individuano un calo nella pressione arteriosa, alcune specifiche cellule renali secernono l'ormone renina che, insieme all'angiotensina, favorisce la vasocostrizione, la secrezione di aldosterone e la sensazione di sete; tutto ciò tende a compensare la diminuzione della pressione.

ORMONI SECRETI DA ORGANI NON INCLUSI NEL SISTEMA ENDOCRINO
Organo Ormone Funzione
Cuore Peptidi natruretici cardiaci Regolano il volume dei vasi e l'equilibrio idrosalino
Duodeno Secretina
Colecistochinina
Peptide inibitore della gastrina
Stimola la secrezione della bile e di liquidi pancreatici che diminuiscono l'acidità gastrica
Stimola la secrezione della bile
Inibisce la secrezione di gastrina
Stomaco Gastrina Stimola le secrezioni e le contrazioni dello stomaco
Fegato Somatomedina Riveste un ruolo importantissimo nei processi di crescita del bambino
Reni Renina
Angiotensina
Eritropoietina
Vasocostrizione, secrezione di aldosterone e dell'ormone antidiuretico
Stimola la produzione di globuli rossi nel midollo osseo
Timo Timosina Favorisce l'attività del sistema immunitario

11.1 Il Timo

Anche il timo, un organo coinvolto nella maturazione dei linfociti T e nella loro «istruzione», affianca questa funzione a quella di ghiandola endocrina. Negli individui adulti, la funzione endocrina rimane l'unica e, infatti, il timo si riduce nettamente di dimensioni rispetto a quelle che aveva fino alla pubertà. Gli ormoni timici comprendono le timosina, che stimola la produzione delle cellule coinvolte nella risposta immunitaria, e la timopoietina, coinvolta nel processo di definizione del self.

11.2 Le Prostaglandine

Tra le più potenti sostanze prodotte e liberate dalle cellule vi e un gruppo di composti chimici inizialmente individuati nel liquido seminale e pertanto ritenuti un prodotto della prostata, una ghiandola dell'apparato riproduttore maschile; per questo motivo, tali sostanze furono chiamate prostaglandine.
Ricerche successive, tuttavia, hanno rivelato che la maggior parte delle prostaglandine del liquido seminale e sintetizzata in altre strutture, le vescicole seminali. Dal momento della loro scoperta sono state identificate numerose prostaglandine, tutte derivate dall'acido arachidonico (un acido grasso) e quindi strutturalmente simili, ma con effetti differenti e, talvolta, opposti.

Sebbene le prostaglandine abbiano proprietà simiìi agli ormoni, differiscono da essi per parecchi aspetti significativi :
11.3 Stimolazione della muscolatura liscia e altri effetti delle prostaglandine

Alcune prostaglandine possono stimolare la contrazione del tessuto muscolare presente nelle pareti dell'utero, e questo fatto è ritenuto importante per molti aspetti della riproduzione. Normalmente, le pareti uterine si contraggono in onde continue ma, dopo un rapporto sessuale, nel sistema riproduttore femminile le prostaglandine del liquido seminale fanno aumentare le contrazioni ritmiche della muscolatura liscia della parete dell'utero e degli ovidotti. Si ritiene che questa azione faciliti sia gli spermatozoi nel loro viaggio verso l'ovidotto sia l'oocita nel passaggio dall'ovidotto all'utero.
Le contrazioni dell'utero aumentano anche durante i periodi mestruali e raggiungono la massima intensità durante il parto; si pensa che le prostaglandine prodotte nel rivestimento uterino interno abbiano un ruolo fondamentale nello stimolare l'inizio sia delle mestruazioni sia del parto.
Peraltro, sembra che anche l'ossitocina provochi sulla muscolatura uterina e su quella della vagina gli stessi effetti, tanto da essere considerata come l'«ormone del piacere».
Il 30-50% delle donne in età riproduttiva soffre di dolori addominali durante il primo e il secondo giorno di ogni mestruazione (dismenorrea); alcuni studi hanno rivelato che il liquido mestruale di queste donne contiene concentrazioni di prostaglandine due o tre volte superiori a quelle di chi non ne soffre. La maggiore concentrazione di prostaglandine non solo provocherebbe contrazioni più forti e più frequenti della parete uterina, ma ridurrebbe anche l'afflusso di sangue al tessuto; di conseguenza, meno ossigeno sarebbe disponibile ai muscoli in contrazione attiva e si creerebbe così un debito di ossigeno, cui si accompagna la sensazione di dolore.

Oltre ad agire sulla muscolatura liscia, le prostaglandine possono modificare il processo di coagulazione del sangue; per esempio, una delle prostaglandine prodotte dalle piastrine è un potente fattore stimolante per l'aggregazione delle piastrine stesse, mentre un'altra, prodotta dalle cellule endoteliali che circondano i vasi sanguigni, ne è un fattore inibitore.
Infine, alcune prostaglandine e altre sostanze di derivazione simile, i leucotrieni, agiscono da mediatori chimici della reazione infiammatoria e dell'anafilassi (reazione allergica). I leucotrieni vengono sintetizzati soprattutto nei globuli bianchi in risposta alla distruzione delle membrane cellulari provocata da un'infezione, un trauma, uno stimolo ormonale o di natura allergica. L'efficacia dell'acido acetilsalicilico nel combattere le infiammazioni è da attribuirsi, almeno in parte, al suo effetto inibitorio sulla sintesi delle prostaglandine e dei leucotrieni.

12. Il meccanismo di azione degli ormoni

La maggior parte delle ghiandole endocrine invia i propri messaggi, ossia gli ormoni, a grande distanza; il fatto che questi messaggi siano ricevuti e producano o meno il proprio effetto dipende dalla recettività del tessuto bersaglio, come pure dalle caratteristiche chimiche dell'ormone stesso. La chiave della specificità
dell'azione ormonale risiede nella peculiare struttura delle molecole proteiche recettrici, che hanno configurazioni molte precise; ciò permette loro di legarsi solo con una particolare molecola, e quindi con un determinato ormone, ma non con un'altra che differisca anche solo leggermente nella struttura.
Lo studio degli ormoni e dei loro recettori ha rivelato due meccanismi di azione completamente diversi:
in uno le molecole recettrici sono interne alla cellula, mentre nell'altro i recettori sono inseriti sulla membrana cellulare. Gli ormoni steroidei e la tiroxina utilizzano il primo meccanismo, mentre gli ormoni peptidici e proteici, e anche i derivati amminoacidici, agiscono mediante il secondo meccanismo.

12.1 I recettori intracellulari

Gli ormoni steroidei sono liposolubili e relativamente piccoli, per questo attraversano facilmente le membrane cellulari, entrando liberamente in tutte le cellule del corpo. L'ormone tiroideo, sebbene non sia liposolubile, attraversa comunque facilmente le membrane delle cellule, probabilmente grazie a un processo di diffusione facilitata per mezzo di una proteina di membrana. Nelle loro cellule bersaglio, e solo in esse, questi ormoni incontrano specifiche molecole recettrici con cui si combinano. Il complesso ormone-recettore così formatosi entra nel nucleo dove si lega a una proteina specifica, che avvia la trascrizione di un determinato segmento di DNA in mRNA.
Dopo essere stato opportunamente elaborato, l'mRNA va nel citoplasma dove viene tradotto in proteina. Le nuove molecole proteiche appena sintetizzate possono essere proteine strutturali, enzimi o altri ormoni; ciò che ne risulta è la risposta cellulare all'ormone, che può consistere in un cambiamento funzionale della cellula, delle sostanze da essa rilasciate, o dei recettori posti sulla sua superficie.

12.2 I recettori di membrana

Gli ormoni peptidici e proteici, e i derivati amminoacidici come l'adrenalina, non attraversano la membrana cellulare, ma agiscono combinandosi con i recettori situati sulla membrana delle cellule bersaglio. A questo punto si può verificare uno di questi due eventi, a seconda del particolare tipo di ormone: il complesso ormone-recettore viene portato nel citoplasma per endocitosi mediata da recettori oppure l'ormone non entra effettivamente nella cellula ma, legandosi al recettore, mette in moto un «secondo messaggero» responsabile della serie di eventi che si verificano all'interno della cellula. Per molti ormoni il secondo messaggero è un composto chimico noto come AMP ciclico.
Un esempio di meccanismo d'azione che usa il secondo messaggero è la demolizione del glicogeno nelle cellule epatiche che avviene grazie all'azione iniziale dell'adrenalina. Le molecole di adrenalina si legano a un recettore posto sulla superficie esterna della membrana cellulare. Questo evento attiva un enzima, l'adenilato-ciclasi, che si trova sulla superficie interna della membrana; l'adenilato-ciclasi trasforma ATP in AMP ciclico. L'AMP ciclico si lega a un altro enzima, la proteina-chinasi, attivandolo.
Questo enzima agisce su un altro enzima che, a sua volta, ne attiva un altro ancora. L'enzima finale scinde poi, a elevata velocità, il glicogeno, producendo glucosio-1-fosfato, che è ulteriormente scisso in glucosio, liberato infine dalla cellula.
Poiché ogni enzima accelera molto la velocità della specifica reazione che catalizza e può essere utilizzato più e più volte, il numero di molecole interessate a queste reazioni si amplifica a ogni tappa.
Perciò il legame di poche molecole di adrenalina con le cellule epatiche dà luogo a una reazione a cascata che porta all'attivazione di circa 25 milioni di molecole dell'enzima finale e alla conseguente liberazione di una grande quantità di glucosio nel sangue.

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