Schilddrüse: Bau, Hormonbildung und Regulation
Wie die Schilddrüse aus Iodid die Hormone T4 und T3 bildet, sie speichert, in der Peripherie aktiviert und über TRH und TSH gesteuert wird.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Schilddrüse ist eine schmetterlingsförmige Hormondrüse unterhalb des Schildknorpels vor der Trachea, deren Follikel aus Thyreozyten und Kolloid ihre funktionellen Einheiten sind.
- Thyreozyten nehmen \(\ce{I-}\) über den NIS auf, die TPO iodiert Thyreoglobulin, und die fertigen Hormone werden im Kolloid gespeichert.
- Die Schilddrüse gibt überwiegend T4 ab, das als Drüsenhormon über den großen Kreislauf verteilt wird und nicht über ein Pfortadersystem.
- Deiodierung am äußeren Ring (5′) wandelt T4 in das aktive T3 um, Deiodierung am inneren Ring liefert unwirksames rT3.
- TRH stimuliert TSH, TSH die Schilddrüse; T4/T3 und TSH selbst wirken hemmend zurück, und TSH bindet an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor.
Worum es geht
Die Schilddrüse bildet als einzige Drüse iodhaltige Hormone. Bau, Iodidstoffwechsel und Regelkreis erklären, warum Levothyroxin (T4) als Ersatz genügt und wie man Funktionsstörungen über TSH einordnet.
Lage und Follikel
Die Schilddrüse ist schmetterlingsförmig. Zwei Seitenlappen sind über eine schmale Brücke verbunden, den Isthmus. Sie liegt unterhalb des Schildknorpels des Kehlkopfs und vor der Trachea. Beim Schlucken bewegt sie sich deshalb mit dem Kehlkopf.
Unter dem Mikroskop besteht das Organ aus vielen kleinen Bläschen. Man kann sie sich wie Vorratskammern vorstellen, deren Wand die Hormone herstellt und deren Inneres sie lagert.
Kugeliges Bläschen aus einschichtigem Epithel, dessen Lumen mit Kolloid gefüllt ist. Die Follikel sind die funktionellen Einheiten der Schilddrüse. Ihre Epithelzellen heißen Thyreozyten.
Die Thyreozyten sind polar gebaut. Ihre basale Seite grenzt an Blutkapillaren, ihre apikale Seite an das Kolloid. Hauptbestandteil des Kolloids ist das Glykoprotein Thyreoglobulin.
Thyroxin und Triiodthyronin
Die Thyreozyten bilden zwei Hormone: Thyroxin (T4) mit vier und Triiodthyronin (T3) mit drei Iodatomen. Beide stammen aus der Schilddrüse und werden von ihr ins Blut abgegeben, überwiegend als T4. Thyroxin zirkuliert bei jedem gesunden Menschen im Blut, bei Männern ebenso wie bei Frauen.
T4 ist ein klassisches Drüsenhormon. Anders als ein Gewebshormon, das in der Nähe seines Bildungsorts wirkt, erreicht es über den großen Kreislauf praktisch alle Gewebe. Ein Pfortadersystem braucht es dafür nicht, denn dieses verbindet nur Hypothalamus und Hypophysenvorderlappen. Die Hormone des endokrinen Pankreas sind Insulin und Glucagon, mit Thyroxin hat dieses Organ nichts zu tun.
Iodidaufnahme und Speicherung
Iod ist ein essentieller Nährstoff und muss mit der Nahrung kommen. Die Thyreozyten reichern es als Iodid (\(\ce{I-}\)) aus dem Blut an, und zwar gegen ein starkes Konzentrationsgefälle. Die Hormone entstehen danach nicht im Zellinneren, sondern am Thyreoglobulin im Kolloid.
- Aufnahme: Der Natrium-Iodid-Symporter (NIS) in der basalen Membran schleust \(\ce{I-}\) zusammen mit \(\ce{Na+}\) in die Zelle.
- Transport ins Kolloid: Apikal gibt der Anionenaustauscher Pendrin das Iodid ins Follikellumen ab.
- Iodierung: Die Thyreoperoxidase (TPO) oxidiert Iodid mit \(\ce{H2O2}\) und bindet es an Tyrosinreste des Thyreoglobulins. Es entstehen Monoiodtyrosin (MIT) und Diiodtyrosin (DIT).
- Kopplung: Die TPO verknüpft zwei DIT zu T4 oder ein MIT und ein DIT zu T3. Beide bleiben ans Thyreoglobulin gebunden.
- Freisetzung: Bei Bedarf nimmt der Thyreozyt Kolloid per Endozytose auf. Lysosomen spalten das Thyreoglobulin, und T4 und T3 verlassen die Zelle basal ins Blut.
Die Schilddrüse speichert ihre Hormone also vor der Freisetzung, gebunden im Kolloid. Das ist unter den Hormondrüsen ungewöhnlich und reicht für mehrere Wochen. TSH treibt fast alle Schritte an. Es steigert vor allem die Iodidaufnahme über den NIS, aber auch Iodierung, Endozytose und Hormonabgabe.
Aktivierung durch Deiodierung
T4 ist mengenmäßig das Haupthormon, wirkt aber kaum selbst. Erst die Deiodierung macht daraus das eigentlich aktive T3. Dabei spalten selenhaltige Enzyme, die Deiodasen, ein Iodatom ab. Das geschieht vor allem in peripheren Geweben wie Leber, Niere und Muskel. Der größte Teil des T3 im Blut entsteht so außerhalb der Schilddrüse.
Entscheidend ist, welches Iodatom fällt. Wird am äußeren Ring (Position 5′) deiodiert, entsteht T3. Fällt das Iod am inneren Ring, entsteht reverses T3 (rT3). Es ist unwirksam und dient dem Abbau.
T4 ist das Prohormon, T3 die Wirkform. Äußerer Ring abgespalten heißt aktiv, innerer Ring abgespalten heißt inaktiv.
Thyreotrope Achse
Die Hormonmenge regelt die thyreotrope Achse. Der Hypothalamus setzt TRH frei, das über das Pfortadersystem den Hypophysenvorderlappen erreicht. Dort löst es die Ausschüttung von TSH aus. TSH regt die Schilddrüse zu Wachstum und Hormonbildung an.
Die Rückkopplung verläuft hemmend nach oben. T4 und T3 drosseln die Bildung von TRH und TSH, das ist die lange Rückkopplung. Zusätzlich hemmt TSH selbst die TRH-Freisetzung im Hypothalamus, die kurze Rückkopplung. TSH fördert TRH also nicht, sondern bremst es.
TSH ist ein großes, hydrophiles Glykoprotein und gelangt nicht durch die Zellmembran. Es bindet deshalb an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor in der basalen Membran der Thyreozyten. Über ein stimulierendes G-Protein steigt dort cAMP, Details dazu bei der Signaltransduktion. An nucleäre Rezeptoren bindet TSH nicht. Diese nutzt erst T3 in seinen Zielzellen, wie bei den Wirkungen der Schilddrüsenhormone beschrieben.
Quiz
Aussage 1
Die Schilddrüse liegt unterhalb des Schildknorpels vor der Luftröhre.
Sie liegt unterhalb des Schildknorpels des Kehlkopfs vor der Trachea, die beiden Lappen verbindet der Isthmus.
Aussage 2
Thyroxin gelangt wie die hypothalamischen Steuerhormone über ein Pfortadersystem zu seinen Zielzellen.
Thyroxin wird direkt in den großen Kreislauf abgegeben. Ein Pfortadersystem verbindet nur Hypothalamus und Hypophysenvorderlappen.
Aussage 3
TSH wirkt an den Thyreozyten über einen nucleären Rezeptor und regt zugleich die TRH-Freisetzung an.
TSH bindet an einen G-Protein-gekoppelten Membranrezeptor und hemmt die TRH-Freisetzung über die kurze Rückkopplung.
Aussage 4
Wird von Thyroxin ein Iodatom am äußeren Ring abgespalten, entsteht das aktive Triiodthyronin.
Die 5′-Deiodierung am äußeren Ring liefert T3. Deiodierung am inneren Ring ergibt das unwirksame rT3.
Aussage 5
Schilddrüsenhormone werden sofort nach ihrer Bildung ins Blut abgegeben, ohne vorher gelagert zu werden.
T4 und T3 werden an Thyreoglobulin gebunden im Kolloid gespeichert und erst nach Endozytose und lysosomaler Spaltung freigesetzt.
Aussage 6
TSH steigert die Aufnahme von Iodid in die Thyreozyten.
TSH fördert den Natrium-Iodid-Symporter und damit die Iodidaufnahme, außerdem Iodierung, Endozytose und Hormonabgabe.
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