Ein schmetterlings-förmiges Organ, Die Schilddrüse befindet sich vor der Luftröhre, knapp unterhalb des Kehlkopfes (Abbildung 1). Der mittlere Bereich, der so genannte Isthmus, wird von flügelförmigen linken und rechten Lappen flankiert. In jedem der Schilddrüsenlappen sind Nebenschilddrüsen eingebettet, vor allem an den hinteren Flächen. Das Gewebe der Schilddrüse besteht hauptsächlich aus Schilddrüsenfollikeln. Die Follikel bestehen aus einem zentralen Hohlraum, der mit einer klebrigen Flüssigkeit namens Kolloid gefüllt ist. Das Kolloid, das von einer Wand aus epithelialen Follikelzellen umgeben ist, ist das Zentrum der Schilddrüsenhormonproduktion, und diese Produktion ist abhängig von der wesentlichen und einzigen Komponente der Hormone: Jod.

Synthese und Freisetzung von Schilddrüsenhormonen

Die Hormone werden im Kolloid gebildet, wenn sich Atome des Minerals Jod an ein Glykoprotein, Thyroglobulin genannt, binden, das von den Follikelzellen in das Kolloid abgesondert wird. Die folgenden Schritte beschreiben den Aufbau der Hormone:

1. Die Bindung von TSH an seine Rezeptoren in den Follikelzellen der Schilddrüse bewirkt, dass die Zellen aktiv Jodidionen (I-) durch ihre Zellmembran aus dem Blutstrom in das Zytosol transportieren. Infolgedessen ist die Konzentration der in den Follikelzellen „gefangenen“ Jodidionen um ein Vielfaches höher als die Konzentration im Blutstrom.
2. Die Jodidionen wandern dann in das Lumen der Follikelzellen, die das Kolloid begrenzen. Dort werden die Ionen oxidiert (ihre negativ geladenen Elektronen werden entfernt). Die Oxidation von zwei Iodid-Ionen (2 I-) führt zu Iod (I2), das durch die Follikelzellmembran in das Kolloid gelangt.
3. Im Kolloid verbinden Peroxidase-Enzyme das Iod mit den Tyrosin-Aminosäuren im Thyreoglobulin, um zwei Zwischenprodukte zu erzeugen: ein Tyrosin, das an ein Iod gebunden ist, und ein Tyrosin, das an zwei Iodine gebunden ist. Wenn jeweils eines dieser Zwischenprodukte durch kovalente Bindungen verknüpft wird, entsteht Triiodthyronin (T3), ein Schilddrüsenhormon mit drei Jodverbindungen. Sehr viel häufiger verbinden sich zwei Kopien des zweiten Zwischenprodukts und bilden Tetraiodthyronin, auch bekannt als Thyroxin (T4), ein Schilddrüsenhormon mit vier Jodsorten.

Diese Hormone verbleiben im Kolloidzentrum der Schilddrüsenfollikel, bis TSH die Endozytose des Kolloids zurück in die Follikelzellen stimuliert. Dort brechen lysosomale Enzyme das Thyreoglobulin-Kolloid auf und setzen freies T3 und T4 frei, die durch die Follikelzellmembran diffundieren und in den Blutkreislauf gelangen.

Im Blutkreislauf bleibt weniger als ein Prozent des zirkulierenden T3 und T4 ungebunden. Dieses freie T3 und T4 kann die Lipiddoppelschicht der Zellmembranen passieren und von den Zellen aufgenommen werden. Die restlichen 99 Prozent des zirkulierenden T3 und T4 sind an spezielle Transportproteine, die so genannten thyroxinbindenden Globuline (TBG), an Albumin oder an andere Plasmaproteine gebunden. Diese „Verpackung“ verhindert ihre freie Diffusion in die Körperzellen. Wenn der T3- und T4-Spiegel im Blut zu sinken beginnt, werden das gebundene T3 und T4 von diesen Plasmaproteinen freigesetzt und können die Membran der Zielzellen leicht passieren. T3 ist wirksamer als T4, und viele Zellen wandeln T4 durch die Entfernung eines Jodatoms in T3 um.

Regulation der TH-Synthese

Die Freisetzung von T3 und T4 aus der Schilddrüse wird durch das schilddrüsenstimulierende Hormon (TSH) reguliert. Wie in Abbildung 2 dargestellt, stimulieren niedrige T3- und T4-Blutspiegel die Freisetzung von Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH) aus dem Hypothalamus, das die Sekretion von TSH aus dem Hypophysenvorderlappen auslöst. Das TSH wiederum regt die Schilddrüse zur Ausschüttung von T3 und T4 an. Die Spiegel von TRH, TSH, T3 und T4 werden durch ein negatives Rückkopplungssystem reguliert, bei dem steigende T3- und T4-Spiegel die Produktion und Sekretion von TSH verringern.

Funktionen der Schilddrüsenhormone

Die Schilddrüsenhormone T3 und T4 werden oft als Stoffwechselhormone bezeichnet, weil ihre Spiegel den Grundumsatz des Körpers beeinflussen, also die Energiemenge, die der Körper im Ruhezustand verbraucht. Wenn T3 und T4 an intrazelluläre Rezeptoren in den Mitochondrien binden, bewirken sie einen verstärkten Abbau von Nährstoffen und die Verwendung von Sauerstoff zur Herstellung von ATP. Darüber hinaus initiieren T3 und T4 die Transkription von Genen, die an der Glukoseoxidation beteiligt sind. Obwohl diese Mechanismen die Zellen dazu veranlassen, mehr ATP zu produzieren, ist der Prozess ineffizient, und als Nebenprodukt dieser Reaktionen wird eine abnorm hohe Menge an Wärme freigesetzt. Dieser so genannte kalorigene Effekt (calor- = „Hitze“) erhöht die Körpertemperatur.

Ausreichende Mengen an Schilddrüsenhormonen sind auch für die Proteinsynthese sowie für die Entwicklung und das Wachstum fötaler und kindlicher Gewebe erforderlich. Sie sind besonders wichtig für die normale Entwicklung des Nervensystems sowohl in utero als auch in der frühen Kindheit und unterstützen die neurologische Funktion auch im Erwachsenenalter. Wie bereits erwähnt, stehen diese Schilddrüsenhormone in einer komplexen Wechselbeziehung zu den Fortpflanzungshormonen, und ein Mangel kann Libido, Fruchtbarkeit und andere Aspekte der Fortpflanzungsfunktion beeinflussen. Schließlich erhöhen Schilddrüsenhormone die Empfindlichkeit des Körpers gegenüber Katecholaminen (Epinephrin und Norepinephrin) aus dem Nebennierenmark, indem sie Rezeptoren in den Blutgefäßen hochregulieren. Bei einem Überschuss an T3- und T4-Hormonen beschleunigt dieser Effekt die Herzfrequenz, stärkt den Herzschlag und erhöht den Blutdruck. Da Schilddrüsenhormone den Stoffwechsel, die Wärmeproduktion, die Proteinsynthese und viele andere Körperfunktionen regulieren, können Schilddrüsenstörungen schwerwiegende und weitreichende Folgen haben.

Calcitonin

Die Schilddrüse sondert auch ein Hormon namens Calcitonin ab, das von den parafollikulären Zellen (auch C-Zellen genannt) produziert wird, die das Gewebe zwischen den einzelnen Follikeln auskleiden. Calcitonin wird als Reaktion auf einen Anstieg des Calciumspiegels im Blut freigesetzt. Es scheint eine Funktion bei der Senkung der Kalziumkonzentration im Blut zu haben, indem es:

• Hemmung der Aktivität von Osteoklasten, Knochenzellen, die Kalzium in den Blutkreislauf freisetzen, indem sie die Knochenmatrix abbauen
• Erhöhung der Osteoblastenaktivität
• Verringerung der Kalziumabsorption im Darm
• Erhöhung des Kalziumverlustes im Urin

Doch, sind diese Funktionen für die Aufrechterhaltung der Kalziumhomöostase in der Regel nicht von Bedeutung, so dass die Bedeutung von Calcitonin nicht vollständig geklärt ist. Pharmazeutische Calcitonin-Präparate werden manchmal verschrieben, um die Osteoklastenaktivität bei Osteoporose und den Knorpelabbau bei Osteoarthritis zu verringern. Die von der Schilddrüse ausgeschütteten Hormone sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1. Schilddrüsenhormone
Assoziierte Hormone	Chemische Klasse	Wirkung
Thyroxin (T4), Trijodthyronin (T3)	Amin	Stimulierung des Grundumsatzes
Calcitonin	Peptid	Senkung des Ca2+-Spiegels im Blut

Natürlich ist Kalzium auch für viele andere biologische Prozesse entscheidend. Es ist ein zweiter Botenstoff in vielen Signalwegen und wesentlich für die Muskelkontraktion, die Übertragung von Nervenimpulsen und die Blutgerinnung. In Anbetracht dieser Funktionen ist es nicht überraschend, dass der Kalziumspiegel im Blut durch das endokrine System streng reguliert wird. Die an der Regulierung beteiligten Organe sind die Nebenschilddrüsen.

Kapitelübersicht

Die Schilddrüse ist ein schmetterlingsförmiges Organ, das sich im Hals vor der Luftröhre befindet. Ihre Hormone regulieren den Grundumsatz, den Sauerstoffverbrauch, den Nährstoffstoffwechsel, die Produktion von ATP und die Kalziumhomöostase. Sie tragen auch zur Proteinsynthese und zum normalen Wachstum und zur Entwicklung von Körpergeweben bei, einschließlich der Reifung des Nervensystems, und sie erhöhen die Empfindlichkeit des Körpers gegenüber Katecholaminen. Die Schilddrüsenhormone Trijodthyronin (T3) und Thyroxin (T4) werden von der Schilddrüse als Reaktion auf das schilddrüsenstimulierende Hormon (TSH) des Hypophysenvorderlappens produziert und ausgeschüttet. Für die Synthese der von Aminosäuren abgeleiteten Hormone T3 und T4 wird Jod benötigt. Eine unzureichende Jodzufuhr mit der Nahrung kann zu Kropf, Kretinismus und vielen anderen Erkrankungen führen.

Selbsttest

Beantworten Sie die folgende(n) Frage(n), um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen.

Glossar

Calcitonin: Peptidhormon, das von den parafollikulären Zellen (C-Zellen) der Schilddrüse produziert und abgesondert wird und die Funktion hat, den Kalziumspiegel im Blut zu senken

Kolloid: zähflüssige Flüssigkeit im zentralen Hohlraum der Schilddrüsenfollikel, die das Glykoprotein Thyreoglobulin enthält

Kropf: Vergrößerung der Schilddrüse als Folge eines Jodmangels oder einer Schilddrüsenüberfunktion

Hyperthyreose: klinisch abnormaler, erhöhter Schilddrüsenhormonspiegel im Blut; gekennzeichnet durch eine erhöhte Stoffwechselrate, übermäßige Körperwärme, Schwitzen, Durchfall, Gewichtsverlust und erhöhte Herzfrequenz

Hypothyreose: klinisch anormaler, niedriger Schilddrüsenhormonspiegel im Blut; gekennzeichnet durch niedrige Stoffwechselrate, Gewichtszunahme, kalte Extremitäten, Verstopfung und verminderte geistige Aktivität

Neonatale Hypothyreose: Zustand, der durch kognitive Defizite, Kleinwuchs und andere Anzeichen und Symptome bei Menschen gekennzeichnet ist, die von Frauen geboren wurden, die während der Schwangerschaft einen Jodmangel hatten

Schilddrüse: große endokrine Drüse, die für die Synthese von Schilddrüsenhormonen verantwortlich ist

Thyroxin: (auch Tetrajodthyronin, T4) von Aminosäuren abgeleitetes Schilddrüsenhormon, das häufiger vorkommt, aber weniger wirksam ist als T3 und von den Zielzellen häufig in T3 umgewandelt wird

Trijodthyronin: (auch T3) von Aminosäuren abgeleitetes Schilddrüsenhormon, das weniger häufig vorkommt, aber stärker wirkt als T4