6 - Il sistema endocrino - Simone Damiano Ph.D. · 13.1 I messaggeri chimici coordinano le diverse funzioni dell’organismo Il sistema endocrino e il sistema nervoso – Sono i principali

Unità 13 Il sistema endocrino

Obiettivi

▪ Comprendere il ruolo del sistema endocrino nel controllo dell’organismo

▪ Capire le relazioni tra sistema endocrino e sistema nervoso

▪ Saper distinguere i principali meccanismi d’azione degli ormoni

▪ Conoscere le principali ghiandole endocrine e gli ormoni da esse prodotti

▪ Comprendere il ruolo svolto da alcuni ormoni nel controllo dell’omeostasi

2

Prova di competenza – Minacce ormonali

Perché molte sostanze inquinanti interferiscono con il normale sviluppo sessuale di molti animali?

Lezione 1 LA REGOLAZIONE MEDIANTE

MESSAGGERI CHIMICI

3

13.1 I messaggeri chimici coordinano le diverse funzioni dell’organismo

▪ Il sistema endocrino e il sistema nervoso – Sono i principali sistemi di comunicazione interna

dell’organismo ▪ Il sistema endocrino

– Utilizza messaggeri chimici che raggiungono le proprie cellule bersaglio attraverso la circolazione sanguigna

– Coordina risposte lente ma durature ▪ Il sistema nervoso

– Trasmette impulsi elettrici attraverso le cellule nervose – Risposta rapida e di breve durata

4


▪ Ormoni – Sono messaggeri chimici del sistema endocrino – Molecole segnale – Si spostano nel sistema circolatorio – Trasmettono messaggi di regolazione a organi e tessuti – Sono secreti da

– Ghiandole endocrine – Cellule neurosecretrici

5

Vescicolesecretrici

Cellulabersaglio

Vasosanguigno

Molecoledi ormone

Cellula endocrina

6


▪ I neurostrasmettitori – Alcune molecole funzionano come ormoni nel sistema

endocrino e come neurotrasmettitori nel sistema nervoso

– Nel sistema nervoso trasportano l’informazione da una cellula nervosa a un’altra (nervosa o di diverso tipo) adiacente

– Raggiunta l’estremità di una cellula nervosa, l’impulso nervoso stimola la secrezione di neurotrasmettitori che, a differenza degli ormoni, non vengono trasportati dal sangue

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Molecoledi neurotrasmettitore

Cellula nervosa

Cellula nervosa

Impulsi nervosi

8


▪ Le cellule neurosecretrici – Sono cellule specializzate del sistema nervoso che

svolgono le funzioni tipiche del sistema nervoso e di quello endocrino

– Trasmettono impulsi nervosi e, come le cellule endocrine, rilasciano anche ormoni nel sangue

9

Molecoledi ormone

Cellula bersaglio

Vasosanguigno

Cellula neurosecretrice

10


STEP BY STEP

In che modo, di solito, gli ormoni si spostano da una ghiandola endocrina alla loro cellula bersaglio?

11

13.2 Gli ormoni agiscono sulle cellule bersaglio tramite due meccanismi principali

▪ La segnalazione da parte degli ormoni richiede tre passaggi

– Ricezione del segnale – Trasduzione del segnale – Risposta

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Gli ormoni idrosolubili

▪Sono proteine o peptidi (da 3 a 30 amminoacidi

▪Agiscono tramite recettori incorporati nella membrana della cellula bersaglio che presentano porzioni sporgenti verso l’esterno

- L’ormone si lega al recettore, attivandolo - Il legame attiva, in sequenza, diversi ripetitori proteici

(trasduzione del segnale) - L’ultimo ripetitore attiva una proteina effettrice

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Membrana plasmatica

Proteina recettore

Cellula bersaglio

Ormone idrosolubile (adrenalina) 1

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Membrana plasmatica

Proteina recettore

Cellula bersaglio


2

Trasuzione del segnaleRipetitori

proteici

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Membrana plasmatica

Proteina recettore

Cellula bersaglio


2

Trasuzione del segnaleRipetitori

proteici

Glicogeno Glucosio

Risposta della cellula (in questo esempio:la demolizione del glicogeno)

3

16


Gli ormoni steroidei

▪Sono lipidi sintetizzati a partire dal colesterolo

▪Idrofobi e liposolubili, possono diffondere attraverso la membrana fosfolipidica delle cellule

▪Legano il proprio recettore direttamente nel nucleo o nel citoplasma della cellula bersaglio

▪Il complesso ormone-recettore si lega a specifici siti del DNA e attiva la trascrizione di specifici geni inducendo la sintesi di determinate proteine

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Nucleo

Ormone liposolubile (testosterone) 1

Cellula bersaglio

18


Cellula bersaglio

Nucleo

Recetore proteico

2

19


Cellula bersaglio

Nucleo

Recetore proteico

2

DNA

Complesso ormone- recettore

3

20


Cellula bersaglio

Nucleo

Recetore proteico

2

DNA

Complesso ormone- recettore

3

mRNATrascrizione

Nuovaproteina

Risposta della cellula: attivazione di un gene e sintesi

di una nuova proteina

4

21


STEP BY STEP

Quali sono le principali differenze nel meccanismo d’azione degli ormoni idrosolubili e liposolubili?

22

Lezione 2

IL SISTEMA ENDOCRINO DEI VERTEBRATI

23

13.3 Il sistema endocrino dei vertebrati comprende molti organi che secernono ormoni

▪ Delle molte ghiandole che compongono il sistema endocrino dei vertebrati, soltanto alcune, come la tiroide e l’ipofisi, svolgono una funzione esclusivamente endocrina

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Ipotalamo

Paratiroidi

EpifisiIpofisi

Tiroide

TimoGhiandole surrenali

Pancreas

Ovaia (nella femmina)

Testicolo (nel maschio)

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▪ Gli ormoni possiedono un’ampia varietà di bersagli – Gli ormoni sessuali, che promuovono lo sviluppo delle

caratteristiche sessuali maschili e femminili, agiscono sulla maggior parte dei tessuti dell’organismo

– Altri ormoni, come il glucagone, hanno come bersaglio soltanto pochi tipi di cellule

– Alcuni ormoni attivano altre ghiandole endocrine: l’ipofisi, per esempio, produce l’ormone tireotropo, che stimola l’attività della tiroide

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▪ L’epifisi (o ghiandola pineale) – È una piccola massa di tessuto delle dimensioni di un

pisello localizzata al centro dell’encefalo – Sintetizza e rilascia melatonina, un ormone in grado di

regolare i ritmi biologici

▪ Il timo – È un organo situato sotto lo sterno e ha dimensioni che

variano, riducendosi nel corso della vita – Agisce nell’ambito del sistema immunitario

27

28

29

30


STEP BY STEP

Quali ghiandole secernono ormoni liposolubili tra quelle elencate nella tabella precedente?

31

13.4 L’ipotalamo e l’ipofisi e collegano i sistemi nervoso ed endocrino

▪ L’ipotalamo – Fa parte dell’encefalo – Riceve dai nervi informazioni sulle condizioni interne

dell’organismo e sull’ambiente esterno – Risponde inviando opportuni segnali nervosi oppure

ormonali che agiscono sull’ipofisi – Controlla direttamente l’ipofisi, la quale a sua volta

produce ormoni che regolano numerose funzioni dell’organismo

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▪ L’ipofisi si compone di due parti distinte – Lobo posteriore (neuroipofisi): è formato da tessuto

nervoso e rappresenta un’estensione dell’ipotalamo – Immagazzina e secerne due ormoni prodotti dall’ipotalamo

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– Lobo anteriore (adenoipofisi): è formato da cellule endocrine che sintetizzano e secernono direttamente nel sangue numerosi ormoni molti dei quali controllano l’attività di altre ghiandole

– L’ipotalamo controlla l’adenoipofisi riversando due tipi di ormoni

– Gli ormoni di rilascio stimolano l’adenoipofisi a secernere ormoniGli ormoni di inibizione la inducono ad arrestare la secrezione

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Cervello

Ipotalamo

Neuroipofisi

Adenoipofisi

(Osso)

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▪ Un gruppo di cellule neurosecretrici, che partono dall’ipotalamo e arrivano alla neuroipofisi, sintetizza e rilascia due ormoni:

– Ossitocina: induce la muscolatura dell’utero a contrarsi durante il parto e le ghiandole mammarie a produrre latte durante l’allattamento

– Ormone antidiuretico (ADH): controlla il riassorbimento di acqua da parte delle cellule dei tubuli renali

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Ipotalamo

Neuroipofisi

Adenoipofisi

Ormone Cellula neurosecretrice

Vasosanguigno

Ossitocina ADH

Tubuli renaliMuscolatura dell’utero e ghiandole mammarie

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▪ Un secondo gruppo di cellule è responsabile della produzione di ormoni di rilascio e inibizione

▪ Come risposta risposta l’adenoipofisi sintetizza e rilascia:

– Ormone tireotropo (TSH) – Ormone adrenocorticotropo (ACTH) – Ormone follicolostimolante (FSH) – Ormone luteinizzante (LH) – Prolattina

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Cellule endocrinedell’adenoipofisi

Ormoni dell’adenoipofisi

Ormoni di rilascio prodotti dall’ipotalamo

Cellula neurosecretoria

Vasosanguigno

FSH e

LH

TSH ACTH Prolattina (PRL) Somatotropina

(GH)Endorfine

Tiroide Corticale surrenale

Testicoli e ovaie

Ghiandole mammarie

(nei mammiferi)

Tutto il corpo

Recettori del dolore

nell’encefalo

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▪ L’ormone della crescita (GH)è uno dei più importanti tra quelli sintetizzati dall’adenoipofisi - Promuove lo sviluppo e la crescita ti tutte le parti del corpo

nei giovani mammiferi - Nell’età dello sviluppo una sua carenza porta al nansimo,

una secrezione eccessiva a gigantismo.

40


▪ Le endorfine sono ormoni sintetizzati dall’adenoipofisi che agiscono come antidolorifici naturali - Vengono rilasciate quando il fisico compie intensi sforzi o

quando stress e dolore raggiungon una soglia critica per l’organismo

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▪ Attraverso l’ipofisi, l’ipotalamo controlla la ghiandola tiroide - L’ipotalamo rilascia TRH (ormone di rilascio dell’ormone

tireotropo) - In risposta l’ipofisi produce TSH (ormone tireotropo) - Stimolata da TSH, la tiroide rilascia tiroxina - La tiroxina viene convertita in un altro ormone che

determina un incremento del tasso metabolico della maggior parte delle cellule

- La concentrazione di tiroxina nel sangue funziona anche da feedback negativo per regolare il rilascio di TRH e TSH

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TSH

TRH

Ipotalamo

Adenoipofisi

Tiroide

Tiroxina

Inibizione

Inibizione

43


STEP BY STEP L’alcol etilico inibisce la secrezione di ADH da parte dell’adenoipofisi Quale sarà l’effetto di questa azione sulla produzione di urina?

44

Lezione 3

ORMONI E OMEOSTASI

45

13.5 La tiroide regola lo sviluppoe il metabolismo

▪ La tiroide è una ghiandola endocrina localizzata negli esseri umani appena sotto la laringe

▪ Produce due ormoni amminici molto simili – Tiroxina (T4) e triiodotironina (T3)

– Attraverso questi ormoni la tiroide regola – Procesi di sviluppo – Metabolismo

– Omestasi degli ormoni tiroidei – È controllata attraverso un meccanismo a feedback negativo

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▪ Carenza o eccesso di ormoni tiroidei possono provocare gravi disturbi metabolici

– Ipertiroidismo – Troppi T4 e T3 nel sangue – Porta a un aumento della pressione del sangue, perdita di

peso, irritabilità, sensibilità al caldo – La sua forma più comune Graves

– Ipotiroidismo – Insufficienti T4 e T3 nel sangue – Bassa pressione sanguigna, aumento di peso, intolleranza al

freddo e letargia

47

48

Nessuna inibizione

Carenza di iodio

Nessuna inibizione

Produzionedi quantitàinsufficientidi T4 e T3

Ipotalamo

Adenoipofisi

Tiroide

La tiroide si ingrossae forma il gozzo

TRH

TSH

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STEP BY STEP Attraverso quale meccanismo la tiroxina può indurre la tiroide a interrompere la produzione di altra tiroxina?

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13.6 Gli ormoni prodotti dalla tiroide e dalle paratiroidi regolano l’omeostasi del calcio

▪ La regolazione della concentrazione del calcio nel sangue è ottenuta grazie all’azione di due ormoni peptidici antagonisti

– Calcitonina, secreta dalla tiroide: abbassa la concentrazione ematica del calcio

– Ormone paratiroideo (PTH), secreto da quattro ghiandole paratiroidi, localizzate sulla superficie della tiroide, fa aumentare la concentrazione ematica del calcio

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Calcitonina87

6

5

4

3 2

1

9

La tiroide rilascia calcitonina

Stimolo: aumentodel livello ematico diioni Ca2+

La concentrazione di ioni Ca2+ aumenta

Livello di Ca2+

Livello di Ca2+

Omeostasi: normale livello ematico del calcio (circa 10 mg/100 ml)

Stimolo: diminuzione del livello ematico di Ioni Ca2+

(squilibrio)

Diminuisce la conentrazionedi ioni Ca2+ nel sangue

Stimola il deposito di ioni Ca2+

nelle ossa

Riducel’assorbimenodi ioniCa2+

nei reni

PTH

Stimola il irlascio di ioni Ca2+ dalle ossa

Aumenta l’assorbimentodi ioni Ca2+

nell’intestino

Vitamina D attiva

Aumental’assorbimento di ioni Ca2+

nei reni

Le ghiandole paratiroidi rilasciano l’ormone paratiroideo

Ghiandolaparatiroide

52

5

4

3 2

1

Blood Ca2+ rises

Livello di Ca2+

Livello diCa2+


Stimolo: diminuzione del livello ematico di

Ioni Ca2+

(squilibrio)

PTH

Stimola il irlascio di ioni Ca2+ dalle ossa

Aumenta l’assorbimentodi ioni Ca2+ nell’intestino

Vitamina D attiva

Aumental’assorbimento di ioni Ca2+

nei reni

Le ghiandole paratiroidi rilasciano l’ormone paratiroideo

Ghiandolaparatiroide

La concentrazione di ioni Ca2+ aumenta

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Calcitonina87

6

9

La tiroide rilascia calcitonina

Stimolo: aumentodel livello ematico diioni Ca2+

Livello di Ca2+

Livello di Ca2+


Stimola il deposito

di ioni Ca2+

nelle ossa

Riducel’assorbimenodi ioni Ca2+

nei reni

Diminuisce la conentrazione

di ioni Ca2+ nel sangue

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13.6 Gli ormoni prodotti dalla tiroide e dalle paratiroidi regolano l’omeostasi del calcio

STEP BY STEP

Quali sono i principali organi bersaglio degli ormoni coinvolti nell’omeostasi del calcio?

55

13.7 Gli ormoni prodotti dal pancreas regolano il livello di glucosio nel sangue

▪ Il pancreas produce due ormoni proteici antagonisti che regolano il livello di glucosio nel sangue

– Insulina: prodotta dalla cellule beta, nelle isole di Langerhans, segnala alle cellule di prelevare glucosio dalla circolazione sanguigna per utilizzarlo come fonte di energia o immagazzinarlo sotto forma di glicogeno

– Glucagone: prodotto dalle cellule alfa, nelle isole di Langerhans, mobilita le riserve energetiche delle cellule per aumentare la concentrazione di glucosio nel sangue

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Insulina

4Le cellule beta del pancreas sono stimolate a rilasciareinsulina nel sangue

Livello del glucosio

Omeostasi: normale livello ematico di glucosio (circa 90 mg/100 ml)


Glucagone

Basso livello ematico di glucosio

Le cellule del corpo assorbono più glucosio

Il livello ematico di glucosio scende fino al punto critico e riduce lo stimolo a rilasciare insulina

Il fegato preleva glucosio e lo immagazzina come glicogeno

Le cellule alfa del pancreas sono stimolate a rilasciare glucagone nel sangue

Stimolo: diminuzione del livello ematico di glucosio (per esempio dopo aver saltato un pasto)

Stimolo: aumento del livello ematico di glucosio (per esempio dopo un pasto molto ricco di carboidrati)

Il livello ematico di glucosio sale fino al punto critico e riduce lo stimolo per il rilascio di glucagone

Il fegato demolisce il glicogeno rilasciando glucosio nel sangue

7

6

1

2

5

8

3

Alto livello ematico di glucosio

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Insulina

4Le cellule beta del pancreas sono stimolate a rilasciareinsulina nel sangue




Alto livello ematico di glucosio

Le cellule del corpo assorbono più glucosio

Il livello ematico di glucosio scende fino al punto critico e riduce lo stimolo a rilasciare insulina

Il fegato preleva glucosio e lo immagazzina come glicogeno

Stimolo: aumento del livello ematico di glucosio (per esempio dopo un pasto molto ricco di carboidrati)

1

2

3

58




Glucagone

Basso livello ematicodi glucosio

Le cellule alfa del pancreas sono stimolate a rilasciare glucagone nel sangue

Stimolo: diminuzione del livello ematico di glucosio (per esempio dopo aver saltato un pasto)

Il livello ematico di glucosio sale fino al punto critico e riduce lo stimolo per il rilascio di glucagone

Il fegato demolisce il glicogeno rilasciando glucosio nel sangue

7

6

5

8

59

13.7 Gli ormoni prodotti dal pancreas regolano il livello di glucosio nel sangue

STEP BY STEP

Perché possiamo affermare che la relazione tra insulina e glucagone è simile a quella tra calcitonina e PTH?

60

Se il sangue è troppo dolce

▪ Nei paesi occidentali il principale responsabile del diabete mellito è uno stile di vita caratterizzato da scarsa attività fisica e consumo di cibi ipercalorici

61

COLLEGAMENTO salute

62

▪ Il diabete mellito è una grave patologia endocrina caratterizzata dal fatto che le cellule dell’organismo non riescono ad assorbire correttamente il glucosio contenuto nel sangue

– Può essere causato da due condizioni: – La concentrazione di insulina nel sangue non è sufficiente – Le cellule del corpo non sono in grado di rispondere all’azione

dell’insulina – Soltanto in Europa colpisce 30 milioni di persone

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Se il sangue è troppo dolceCOLLEGAMENTO salute

▪ Due comuni tipologie di diabete mellito – Diabete di tipo 1

– Malattia autoimmune: le cellule del sistema immunitario dell’organismo attaccano e distruggono le cellule beta

– Il pancreas non riesce a produrre una quantità sufficiente di insulina e il glucosio si accumula nel sangue

– Diabete di tipo 2: – Caratterizzato da una carenza di insulina o, dall’incapacità

delle cellule bersaglio di reagire in presenza dell’ormone – Colpisce il 90% circa dei diabetici – È spesso associato all’obesità e alla scarsa attività fisica

64


▪ Oltre al diabete esistono disturbi che hanno effetti opposti causati dall’iperattività delle cellule beta

▪ Il risultato è un eccesso di insulina nel sangue dopo i pasti e quindi una scarsa concentrazione di glucosio (ipoglicemia)

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▪ Di recente è stato sintetizzato un nuovo farmaco, l’Insulina Aspart che sembra risolvere alcuni degli effetti collaterali causati dalla somministrazione di insulina

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13.8 Le ghiandole surrenali attivano le rispostedel corpo allo stress

▪ Le ghiandole surrenali sono situate sopra i reni e secernono ormoni che consentono all’organismo di rispondere a condizioni di stress

▪ Ognuna è costituita da due ghiandole fuse insieme − Una porzione centrale chiamata midollare − Una porzione periferica chiamata corticale

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▪ La midollare surrenale produce gli ormoni amminici responsabili della cosiddetta risposta “combatti o fuggi”, una rapida reazione a situazioni di stress

– Adrenalina – Noradrenalina

▪ L’attivazione della midollare surrenale è guidata tramite impulsi nervosi da cellule dell’ipotalamo

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▪ La corticale surrenale: secerne ormoni steroidei che inducono una risposta allo stress più lenta, ma più duratura − Corticosteroidi

− Mineralcorticoidi − Glicocorticoidi

▪ La corticale surrenale è controllata dall’ipotalamo che, attraverso un ormone di rilascio, induce l’ipofisi a secernere l’ormone adrenocorticotropo (ACTH) il quale attiva la corticale surrenale

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Ipotalamo

Stress

Ormone di rilascio

Vaso sanguigno

Adenoipofisi

Corticale surrenaleACTH

Cellula nervosa

Cellula nervosa

Midollare surrenale

3

4

5

2

Impulsi nervosi

Midollare surrenaleGhiandola

surrenale

Corticale surrenale

Rene

Midollo spinale (sezione trasversale))

Adrenalinae noradrenalina

Mineralcorticoidi Glicocorticoidi

Risposta a lungo termine allo stressRisposta rapida allo stress

Mineralocorticidi Glicocorticoidi

1. Ritenzione di ioni sodio e di acqua a livello renale

2. Aumento del volume di sangue e della pressione sanguigna

1. Demolizione delle proteine e dei grassi e loro conversione in glucosio, con aumento del livello ematico di glucosio

2. Possibile depressione del sistema immunitario

1. Demolizione del glicogeno; aumento del livello ematico di glucosio

2. Aumento della pressione sanguigna 3. Aumento del ritmo respiratorio 4. Aumento del tasso metabolico 5. Modificazioni del flusso sanguigno,

con conseguente aumento dello stato di attenzione e diminuzione dell’attività digestiva e renale

ACTH

1

70

Ipotalamo

Stress

Ormone di rilascio

Vaso sanguigno

Adenoipofisi

Corticale surrenaleACTH

Cellula nervosa

Cellula nervosa

Midollare surrenale

3

4

5

2

Nerve signals

Midollare surrenale

Ghiandolasurrenale

Corticale surrenale

Rene

Midollo spinale(sezione trasversale)

Adrenalina enoradrenalina


ACTH

1

Risposta a lungo termine allo stressRisposta rapida allo stress

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Risposta rapida allo stress

1. Demolizione del glicogeno; aumento del livello ematico di glucosio

2. Aumento della pressione sanguigna 3. Aumento del ritmo respiratorio 4. Aumento del tasso metabolico 5. Modificazioni del flusso sanguigno, con conseguente

aumento dello stato di attenzione e diminuzione dell’attività digestiva e renale

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Risposta a lungo termine allo stress


1.Ritenzione di ioni sodio e di acqua a livello renale

2.Aumento del volume di sangue e della pressione sanguigna

1. Demolizione delle proteine e dei grassi e loro conversione in glucosio, con aumento del livello ematico di glucosio

2. Possibile depressione del sistema immunitario

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STEP BY STEP

A quali impulsi e stimoli rispondono, rispettivamente, la midollare surrenale e la corticale surrenale?

74

13.9 Le gonadi secernono gli ormoni sessuali

▪ Gli ormoni sessuali sono ormoni steroidei che regolano la crescita e lo sviluppo, i cicli riproduttivi e il comportamento sessuale

– Sono secreti, insieme ai gameti, dalle gonadi – Tre categorie principali

– Estrogeni – Progestinici – Androgeni

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▪ Gli estrogeni regolano il funzionamento del sistema riproduttore femminile e promuovono lo sviluppo di caratteri tipicamente femminili, come ridotte dimensioni del corpo, tono della voce più acuto, presenza del seno e fianchi larghi

▪ I progestinici, come il progesterone, sono coinvolti nella preparazione dell’utero alla gravidanza e allo sviluppo fetale

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▪ Gli androgeni regolano lo sviluppo e il mantenimento del sistema riproduttore maschile

▪ L’androgeno principale è il testosterone

77

78


STEP BY STEP

Come si chiamano le gonadi maschili e femminili negli esseri umani e quali sono i principali ormoni da esse prodotti?

79

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