Hormon

Was Hormone sind und wie sie wirken

Hormone sind körpereigene biochemische Botenstoffe. Sie werden von besonderen Zellen in endokrinen Drüsen oder Geweben gebildet, in den Körperkreislauf abgegeben und lösen an bestimmten Zielzellen Wirkungen aus, besonders bei Stoffwechselvorgängen. Die Erforschung der Hormone heißt Endokrinologie.

Im klassischen Sinn stammen Hormone aus einer Drüse und gelangen endokrin, also über das Blut, zu einem weiter entfernten Erfolgsorgan. Der Begriff wurde erweitert: Aglanduläre Hormone werden zwar ins Blut abgegeben, stammen aber nicht aus Drüsen; Beispiele sind Calcitriol, Erythropoietin und atriales natriuretisches Peptid. Neurohormone werden von Nervenzellen gebildet und ins Blut abgegeben. Als Gewebshormone können Stoffe bezeichnet werden, die parakrin wirken, also direkt auf benachbartes Gewebe einwirken.

Nicht jeder Botenstoff gilt als Hormon. Zytokine regulieren Wachstum, Proliferation und Differenzierung von Zellen und wirken meist autokrin oder parakrin. Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt abgegeben und wirken meist an benachbarten Nervenzellen.

Ein Hormon wirkt nur an Zellen mit passendem Hormonrezeptor. Wasserlösliche Hormone binden meist an Rezeptoren auf der Zelloberfläche. Schilddrüsenhormone, Vitamin D3 und Steroidhormone können durch die Zellmembran diffundieren und an Rezeptoren im Zytoplasma oder Karyoplasma binden. Die Rezeptor/Hormon-Komplexe können als Dimere in den Zellkern gelangen und dort die Aktivierung von Genen beeinflussen.

Bildung, Freisetzung und hormonelle Achsen

Hormonproduzierende Zellen liegen unter anderem in Hypophyse, Zirbeldrüse, Schilddrüse, Nebenniere und den Langerhans’schen Inselzellen der Bauchspeicheldrüse. Auch Nervenzellen bilden Hormone; diese heißen Neurohormone oder Neuropeptide. Im Magen-Darm-Trakt finden sich hormonbildende Zellen verteilt in den Lieberkühn-Krypten. Die Leber bildet Vorstufen des Angiotensins. Geschlechtshormone entstehen bei Frauen in Theca- und Granulosazellen, bei Männern in Leydig-Zellen.

Kennzeichnend sind Enzyme, die nur in den jeweiligen hormonproduzierenden Zellen vorkommen. Viele Hormone werden in der Zelle gespeichert und erst durch einen Freisetzungsstimulus, etwa ein Releasing-Hormon oder Liberin, abgegeben. Die Abgabe erfolgt nahe gefensterter Blutgefäße. Häufig steigt dabei die Calciumkonzentration in der Zelle. Dadurch verschmelzen die Hormon enthaltenden Zellorganellen mit der Zellmembran; die Hormone gelangen nach außen und durch die Gefäßwand ins Blut. Auf die Sekretion von Neuropeptiden spezialisierte Stellen heißen Neurohämalorgane.

Häufig arbeiten Hormone in Achsen: GnRH aus dem Hypothalamus veranlasst die Hypophyse zur Abgabe von Gonadotropinen; diese regen in den Geschlechtsorganen die Bildung von Sexualsteroiden an. CRH führt über ACTH aus der Hypophyse zur Cortisolbildung in der Nebenniere. TRH führt über Thyreotropin zur Freisetzung von Thyroxin und Trijodthyronin in der Schilddrüse.

Regulation durch Rückkopplung

Hormone regulieren unter anderem Zucker- und Fettstoffwechsel, Nahrungsaufnahme, Homöostase, Sexualentwicklung und Sexualtrieb, den Menstruationszyklus, Knochenwachstum, Muskelaufbau sowie die Anpassung an Angst und Stress.

Die Freisetzung wird durch Regelkreise, das autonome Nervensystem und nichthormonelle chemische Botenstoffe wie die Calcium- oder Glukosekonzentration im Blut gesteuert. Besonders wichtig ist die negative Rückkopplung: Ein Endprodukt hemmt seine eigene weitere Bildung. Im hypothalamisch-hypophysär-thyreotropen Regelkreis unterdrückt das Schilddrüsenhormon Trijodthyronin die Bildung von TRH im Hypothalamus und von Thyreotropin in der Hypophyse.

Beim Regelkreis der Glukokortikoide setzt der Hypothalamus CRH frei. CRH stimuliert in der Hypophyse ACTH; ACTH regt in der Nebennierenrinde die Bildung und Freisetzung von Kortisol und weiteren Glukokortikoiden an. Kortisol gelangt über das Blut zurück zu Gehirn und Hypophyse und hemmt dort die Freisetzung von CRH und ACTH. Dadurch wird die weitere Kortisolbildung gebremst.

Chemische Klassen und Wirkungsweise

Hormone lassen sich chemisch einteilen. Zu Protein- und Peptidhormonen gehören beispielsweise Insulin, Glucagon, Somatropin (GH), Prolaktin, ACTH, FSH, LH, TSH, ADH und Oxytocin. Aminosäurederivate umfassen die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin, außerdem Thyroxin (T4), Triiodthyronin (T3), Serotonin, Melatonin und Histamin. Weitere Gruppen sind Isoprenderivate, Steroidhormone und Arachidonsäurederivate (Eicosanoide) wie Prostaglandine, Leukotriene und Thromboxane.

Wasserlösliche Hormone können die lipidreiche Zellmembran nicht passieren. Sie binden daher an membrangebundene Rezeptoren. Der aktivierte Hormon-Rezeptor-Komplex löst im Zellinneren Signaltransduktion aus. Ein verbreitetes Beispiel sind G-Protein-gekoppelte 7-Transmembranhelixrezeptoren: Die Bindung eines Liganden verändert den Rezeptor, aktiviert ein heterotrimeres G-Protein wie Gs und führt zur Bildung des second messenger cAMP. cAMP kann über PKA glatte Muskulatur relaxieren oder über CREB die Expression bestimmter Gene fördern.

Lipidlösliche Hormone dringen durch die Zellmembran. Sie binden im Cytoplasma an intrazelluläre Rezeptoren; der Hormon-Protein-Komplex kann zur DNA gelangen und die Genexpression fördern. Bei Schilddrüsenhormonen kann der Rezeptor bereits an die DNA gebunden sein. Steroidhormone stammen sämtlich vom Cholesterin ab und werden vor allem in Nebennierenrinde sowie Gonaden gebildet. Zu ihnen gehören Mineralocorticoide wie Aldosteron, Glucocorticoide wie Cortisol, Estrogene wie Estradiol, Gestagene wie Progesteron und Androgene wie Testosteron. Auch Stickstoffmonoxid (NO) wird wegen seiner hohen Membranpermeabilität zu den lipophilen Hormonen gezählt.

Herkunft und hormonähnliche Stoffe

Hormone entstehen nicht nur in besonderen Hormondrüsen. G-Zellen, die Gastrin bilden, liegen zum Beispiel einzeln im pylorischen Antrum des Magens; auch Zellen für Cholezystokinin, Sekretin oder Somatostatin sind in der Darmwand verteilt. Entscheidend für die Hormonproduktion ist die Ausstattung einer Zelle mit den charakteristischen Enzymen, nicht ihre äußere Umgebung.

Wichtige Bildungsorte sind die Hypophyse, Zirbeldrüse, Schilddrüse, Nebenschilddrüse, Nebenniere und die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse. Der Hypophysen-Vorderlappen bildet LH/FSH, ACTH, Prolaktin, GH und TSH. Oxytozin und Vasopressin werden dagegen in Nervenzellkernen des Hypothalamus gebildet und an Nervenenden der Neurohypophyse ausgeschüttet. Weitere hormonbildende Gewebe sind Haut, Herz, Leber, Magen-Darm-Trakt und Gonaden. Die Niere setzt bei niedrigem Blutdruck Renin frei; dieses spaltet Angiotensinogen aus der Leber zu Angiotensin I. In der Lunge wird Angiotensin I durch ACE zum wirksamen Angiotensin II verkürzt.

Pflanzenhormone heißen Phytohormone. Sie wirken wie tierische Hormone über größere Entfernungen und bereits in geringen Konzentrationen. Genannt werden Auxin, Cytokinin, Ethylen, Abszisinsäure, Gibberellinsäure, Brassinosteroid, Jasmonsäure, Salicylsäure und Strigolacton. Pheromone von Tieren sind dagegen Botenstoffe zwischen Individuen und können über große Distanzen signalisieren.

Hormone in Umwelt und Tierproduktion

Hormone können in die Umwelt gelangen und über pflanzliche und tierische Nahrungsketten in ungünstiger, unkontrollierter Dosierung wieder vom Menschen aufgenommen werden. Hormone der Anti-Baby-Pille werden nach dem Artikel von Kläranlagen nicht abgebaut und mit gereinigtem Wasser in Flüsse eingeleitet. Da Kläranlagen nicht auf Medikamenteneinträge ausgelegt sind, können Medikamente und Rückstände über Oberflächengewässer wieder ins Trinkwasser gelangen. In deutschen Gewässern lassen sich mehr als 180 der 3000 in Deutschland zugelassenen Wirkstoffe nachweisen.

Auch Schadstoffe wie DDT, PCB, PBDE oder Phthalate können wie Hormone wirken und etwa die immer früher einsetzende erste Monatsperiode bei Mädchen beeinflussen. In der EU ist der Einsatz von Hormonen zur Wachstumsförderung bei Nutztieren weitgehend verboten. In der Schweiz ist die Verwendung verboten; die Einfuhr von mit Hormonen produziertem Fleisch ist jedoch nicht verboten.