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Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Das Hormonsystem Hormonwirkung, -regelung, -steuerung und Therapie am Beispiel Diabetes Seite 1 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Inhaltsverzeichnis I. Einleitung ............................................................................................... Seite 03 II. Das Hormonsystem II.1 Definition ........................................................................ Seite 03 .......................................................................... ........ Seite 03 II.2 Hormonproduktion, Hormonwirkung, Signalübertragung ........ II.2.1 Intrazelluläre Hormonwirkung ........................................ II.2.2 Extrazelluläre Hormonwirkung ........................................ II.2.3 Eigenschaften der Wirkung ........................................ Seite 03 Seite 04 Seite 05 Seite 06 II.3 Homöostase II.3.1. Definition ....................................................................... Seite 07 II.3.2 Regelung und Steuerung .................................................. Seite 07 II.4 Beispiel: Blutzuckerregelung, Diabetes II.4.1 Die Blutzuckerregelung ........................................ II.4.2 Krankheitsbild Diabetes / Therapie .............................. II.4.3 Klassifizierung, Ursachen, Behandlung .............................. II.4.4 Behandlungsform ICT (Intensivierte konventionelle Insulintherapie) ................... II.4.5 Blutzuckerentgleisungen .................................................. II.4.5.1 Hyperglycämie – Überzucker ........................................ II.4.5.2 Hypoglycämie – Unterzucker ........................................ II.4.6. Zahlen und Fakten zu Diabetes III. Fazit Seite 08 Seite 10 Seite 12 Seite 13 Seite 14 Seite 14 Seite 15 ........................................ Seite 15 ............................................................................................. Seite 16 IV. Literaturverzeichnis ........................................................................ Seite 17 IV. Abbildungsverzeichnis ........................................................................ Seite 18 VI. Erklärung ................................................................................... Seite 19 Seite 2 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem I. Einleitung Intrazelluläre Vorgänge aller Vertebraten und der meisten Invertebraten (Wirbeltiere und Wirbellose) werden von zwei verschiedenen Systemen gesteuert. Durch das Nervensystem werden Informationen mit Hilfe von Aktionspotentialen und Neurotransmittern schnell und gezielt übermittelt. Vor allem schnelle Reaktionen, wie zum Beispiel das Zurückzucken der Hand vor heißem Wasser, werden durch das Nervensystem ausgelöst (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1148). Langsamere Vorgänge, wie zum Beispiel die Blutdruckregelung im menschlichen Körper, werden von einem anderen System, dem Hormonsystem, übernommen, welches im Folgenden genauer betrachtet wird. II. Das Hormonsystem II.1 Definition Hormone sind biochemische Signalstoffe, die Botschaften zur Regulation von Körperfunktionen innerhalb eines Organismus übermitteln. Sie können nicht einer bestimmten chemischen Stoffklasse zugeordnet werden, es gibt neben Peptidhormonen, wie zum Beispiel dem Insulin, auch Steroidhormone, Aminosäurederivate und Fettsäurederivate (Wikipedia 2004: „Hormon“). II.2 Hormonproduktion, Hormonwirkung, Signalübertragung Die Hormone werden in bestimmten Körperdrüsen synthetisiert. Beispiele sind die Schilddrüse (Trijodthyronin und Thyroxin), die Pankreasdrüse (Insulin und Glucagon) oder die Nebenniere (Adrenalin). Im Gegensatz zu Schweiß- oder Talgdrüsen, geben Hormondrüsen die produzierten Stoffe nicht als Sekrete nach außen ab, sondern als Inkrete in die Blut- und Lymphbahn. Deswegen werden sie endokrine Drüsen genannt. Bestimmte Hormone gelangen nicht in die Blutbahn, sondern wirken direkt im umliegenden Gewebe. Sie heißen daher Gewebshormone. Die Gesamtheit der endokrinen Drüsen, das endokrine System, bildet das Hormonsystem (Bleuel, H. –S. et al. 2001:455; Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1154). Um trotz der flächigen Verteilung der Hormone über die Blutbahn eine spezifische Wirkung in bestimmten Zellen zu erreichen, müssen die „Zielzellen“ eines Hormons die Fähigkeit besitzen, das Vorhandensein des Signalstoffes im Blut zu erkennen, um dann gezielt darauf zu Reagieren. Dies geschieht mit Hilfe von hormonspezifischen Rezeptorproteinen, an die die Hormone binden können, woraufhin die Signalübermittlung und anschließend die Reaktion der Zelle auf das Hormon ausgelöst werden. (Bleuel, H. –S. et al. 2001:455; Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1147). Seite 3 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem II.2.1 Intrazelluläre Hormonwirkung Ein Teil der Hormone entfaltet ihre Wirkung innerhalb der Zielzellen, sie müssen also die Plasmamembran passieren können und dann an einen intrazellulären Rezeptor binden. Um die Lipiddoppelmembran der Zelle durchqueren zu können, muss ein Hormon möglichst klein und lipophil sein. Deswegen gehören vor allem die Steroidhormone, wie zum Beispiel Cortisol oder Testosteron, zu den intrazellulär wirksamen Hormonen. (Bleuel, H. –S. et al. 2001:462 ; Alberts, B. et al 2001:524) Innerhalb der Zelle kann das Hormon die verschiedensten Reaktionen auslösen. Zum Beispiel kann es durch Bindung an ein Transportprotein in den Zellkern gelangen, und dann als Transkriptionsfaktor bei der Proteinbiosynthese wirken. Durch Bildung eines Hormon-Rezeptor-Komplexes wird der inaktive Rezeptor aktiviert, und kann die Proteinbiosynthese durch positive Kontrolle unterstützen, oder durch Repression hemmen (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1152; Bleuel, H. –S. et al. 2001: 462). Abb. 1: Die Intrazelluläre Hormonwirkung Seite 4 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem II.2.2 Extrazelluläre Hormonwirkung Hormone die zu groß oder zu lipophob sind können die Zellmembran nicht durchqueren. Die Rezeptorproteine müssen sich also in der Lipidmembran der Zellen befinden und die Hormonbotschaft durch die Membran weiterleiten. Durch die extrazelluläre Bindung eines Hormons an das Rezeptorprotein, kann dieses als Enzym tätig werden, und so zum Beispiel ein anderes Enzym phospholieren, oder aber über so genannte „second messengers“ die Informationen ins Zellinnere übermitteln (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 462; Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1151, Abb. 45.3). Die Information des Signalstoffes wird meistens über mehrere Zwischenschritte, oftmals durch die Aktivierung mehrerer „hintereinander geschalteter“ Enzyme durch Konfigurationsänderung, weitergeleitet. Erst dann wird die eigentliche Reaktion der Zelle ausgelöst. So kann beispielsweise nach Bindung eines Hormons an ein Rezeptorprotein das membranständige Hormon Adenylactylase aktiviert werden, welches dann den „second messenger“ cAMP durch Phospholierung aktiviert. Dieser kann dann durch Bindung an ein weiteres Rezeptorprotein die Proteinbiosynthese als Transkriptionsfaktor beeinflussen und somit die Synthese bestimmter Stoffe beeinflussen (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 462), oder weitere Enzyme, wie zum Beispiel Proteinkinasen aktivieren (Wikipedia 2004, „Cyclisches Adenosinmonophosphat“). Bei dieser Art der Signalübertragung wird die Information des Hormons bei jedem Zwischenschritt der Kaskade in eine andere chemische Form umgewandelt. Eine weitere Eigenschaft einer solchen Enzymkaskade ist die Fähigkeit zur Verstärkung des hormonellen Signals (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1151-1152). Die Bindung eines einzelnen Adrenalinmoleküls an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor führt über sechs Zwischenschritte zur Phospholierung von 10 8 Glykogenmolekülen zu Glucose-1-phosphat (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 247). Seite 5 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Abb. 2: Extrazelluläre Hormonwirkung Anmerkung: Die Antwort in der Zielzelle muss nicht unbedingt außerhalb des Zellkerns stattfinden, die Enzymkaskade kann sich auch in das Kerninnere fortsetzen und dort zu einer Reaktion führen. II.2.3 Eigenschaften der Wirkung Die Stärke der Antwortreaktion der Zielzellen auf die Hormonbotschaft hängt von der Hormonkonzentration im Blut ab. Je höher die Konzentration, desto mehr HormonRezeptor-Komplexe können sich bilden. Diese können jeweils die Signalübertragung auslösen und zu einer Reaktion der Zelle führen können. Der Abbau der Hormonmoleküle im Blut und der Zerfall der Hormon-Rezeptor-Komplexe beendet die Hormonwirkung. Die Art der Reaktion hängt nicht vom Hormon, sondern von den Rezeptoren und den folgenden Reaktionsschritten ab. So können auch manche Hormone in verschiedenen Geweben unterschiedliche Wirkungen auslösen (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 455). Seite 6 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem II.3 Homöostase II.3.1. Definition Die Steuerung der Zellfunktion durch Hormone ist Teil des Konzepts der Homöostase. Der Begriff Homöostase stammt vom griechischen „Homoiostase“ ab. Das bedeutet übersetzt soviel wie "Gleich-Stand", und bezieht sich auf die Fähigkeit tierischer Organismen das innere Milieu an die wechselnden Bedingungen im externen Milieu anzupassen (Wikipedia 2004, „Selbstregulation“). Ein Beispiel für die Homöostase ist die Körpertemperatur im menschlichen Körper, die ganzjährig konstant bei 37° Celsius gehalten wird. Neben der konstanten Beibehaltung bestimmter Zustände, sind auch kontrollierte Veränderungen Teil des Homöostasebegriffs, wie zum Beispiel die Erhöhung der Körpertemperatur bei Infektionen (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1010). Solch eine Regelgröße wird nicht nur durch ein einzelnes Hormon und dessen Wirkung beeinflusst. Für die Kontrolle einer Regelgröße ist ein Zusammenspiel des Endokrinen Systems und des Nervensystems notwendig. II.3.2 Regelung und Steuerung Ob endokrine Drüsen Hormone ausschütten und somit Einfluss auf eine Regelgröße nehmen, hängt von der Wirkung des Hormons und dem „Ist-Wert“ der Größe, die das Hormon beeinflusst, ab. Als Zwischenschritte sind noch die Messung des „IstWertes“, der Vergleich mit dem „Soll-Wert“ und, bei Bedarf einer Anpassung, die Aktivierung der Hormondrüsen notwendig (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 453). Als erstes muss von Sinneszellen der „Ist-Wert“ der Regelgröße gemessen werden. Diese Information wird anschließend über Nervenfasern weitergeleitet und mit dem „Soll-Wert“ aus der Großhirnrinde verglichen. Wenn eine Abweichung zwischen dem „Ist-„ und dem „Soll-Wert“ vorhanden ist, wird die Stellgröße, also die Information über die erforderliche Reaktion, an den Hypothalamus weitergeleitet. Durch Hormonausschüttung kontrolliert dieser die Hypophyse, eine Hormondrüse, die den Körperdrüsen übergeordnet ist (Bleuel, H. – S. et al. 2001: 455). Da bei verschiedenen Störfällen, wie zum Beispiel bei einem erhöhten oder zu niedrigen Calciumspiegel im Blut, unterschiedliche Reaktionen ausgelöst werden müssen, sind verschiedene Hormone mit antagonistischer Wirkung nötig. So sinkt der Calciumspiegel nach Sezernierung (Ausschüttung) von Calcitonin aus der Schilddrüse, bei Ausschüttung von Parathyrin (ebenfalls durch die Schilddrüse) steigt er (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1148). Bei Regelung einer Größe übernimmt ein Hormon also die Steuerung in eine bestimmte Richtung, antagonistisch wirkende Hormone vervollständigen den Regelungsvorgang. In fast allen Fällen sind solche Regelungsvorgänge in tierischen Organismen negativ rückgekoppelt. Die Reaktion der Zielzellen wirkt auf die Ursache für die Hormonreaktion zurück. So führt ein erhöhter Calciumspiegel im Blut zur Ausschüttung von Calcitonin, der „Ist-Wert“ wird dem „Soll-Wert“ angenähert (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 435). Seite 7 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Abb. 3: Schema eines Steuerungvorgangs II.4 Beispiel: Blutzuckerregelung, Diabetes II.4.1 Die Blutzuckerregelung Anhand der Blutzuckerregelung als Beispiel kann man sowohl das Prinzip der Homöostase, als auch die Wirkung verschiedener Hormone als Antagonisten, sehr gut nachvollziehen. Im Blut gelöste Glucose dient tierischen Zellen als Grundstoff für Synthesen und vor allem auch zur Energiegewinnung durch den Glucoseabbau. Deshalb muss den Zellen immer eine ausreichende Konzentration Glucose durch den Blutkreislauf zu Verfügung gestellt werden (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 465). Überhöhte Blutzuckerwerte haben jedoch auch negative Folgen für den Organismus. Deshalb wird der Blutzucker beim Menschen möglichst konstant zwischen 3,9 und 6,1 mmol/l gehalten. Zu den Faktoren, die diesen Wert beeinflussen, zählen unter anderem die Nahrungsaufnahme, Muskelarbeit und das Hormon Adrenalin, welches den Glycogenabbau steigert und die Insulinfreisetzung reduziert. Geregelt wird der Blutzuckerspiegel durch zwei Hormone des Pankreas, der Bauchspeicheldrüse. In inselartigen Gewebebereichen, den Langerhansschen Inseln, innerhalb der Bauchspeicheldrüse werden die Peptidhormone Insulin und Glukagon hergestellt, und an das Blut abgegeben (Wikipedia 2004, „Blutzucker“). Seite 8 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Abb. 4: Schnitt durch eine Langerhans Inselzelle Insulin wird in den Betazellen der Langerhans-Inseln produziert und führt zur Senkung des Blutzuckerspiegels. Durch Insulin werden bei fast allen Körperzellen Glucosecarrier aktiviert, die die Glucoseaufnahme erhöhen (Gehirnzellen sind davon ausgenommen, sie haben die Fähigkeit Glucose auch ohne Vorhandensein von Insulin aufzunehmen). Außerdem wird der Glycogenaufbau aus Glucose in Leber- und Muskelzellen gefördert. Glucagon wirkt als Antagonist zum Insulin, und wird in den Alphazellen hergestellt. Seine Ausschüttung führt zu erhöhter Glycogenhydrolyse, und damit Glucosefreisetzung aus der Leber, sowie zu einer gesteigerten Glucosesynthese aus Aminosäuren (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1162). Seite 9 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Diese Hormonwirkungen lassen sich gut in einem Regelkreisschema graphisch darstellen: Abb. 5: Schematische Darstellung der Blutzuckerregelung II.4.2 Krankheitsbild Diabetes / Therapie Der Blutzuckerhaushalt wird von den beiden Hormonen Glucagon und Insulin, gegen den Einfluss von Störfaktoren, möglichst konstant gehalten. Liegt eine Störung an diesen Steuerungssystemen vor, ist die Regelung nicht mehr gewährleistet, der Blutzucker „entgleist“. Im Folgenden wird die Störung des Insulinhaushalts behandelt, die sich in der Krankheit „Diabetes mellitus“ äußert. Seite 10 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Die World Health Organisation WHO hat in ihrer Veröffentlichung “Definition, diagnosis and classification of diabetes mellitus and its complication“ 1999 Diabetes mellitus folgendermaßen definiert: “The term diabetes mellitus describes a metabolic disorder of multiple aetiology characterized by chronic hyperglycaemia with disturbances of carbohydrate, fat and protein metabolism resulting from defects in insulin secretion, insulin action, or both. The effects of diabetes mellitus include longterm damage, dysfunction and failure of various organs. Diabetes mellitus may present with characteristic symptoms such as thirst, polyuria, blurring of vision, and weight loss. In its most severe forms, ketoacidosis or a non-ketotic hyperosmolar state may develop and lead to stupor, coma and, in absence of effective treatment, death. Often symptoms are not severe, or may be absent, and constantly hyperglycaemia sufficient to cause pathological and functional may be present for a long time before the diagnosis is made. The long-term effects of diabetes mellitus include progressive development of the specific complications of retinopathy with potential blindness, nephropathy that may lead to renal failure, and/or neuropathy with risks of foot ulcers, amputation, Charcot joints, and features of autonomic dysfunction, including sexual dysfunction. People with diabetes are at increased risk of cardiovascular, peripheral vascular and cerebrovascular disease.” (World Health Organisation 1999, “Definition, diagnosis and classification of diabetes mellitus and its complications”) Eine Überarbeitung dieses Artikels soll Ende 2004 veröffentlicht werden. Diabetes mellitus ist also eine Krankheit, die durch Fehlfunktionen bei der Insulinsezernierung oder der Wirkung des Insulins ausgelöst wird. Die Folge ist ein erhöhter Blutzuckerspiegel, die Hyperglycämie, deren Folgen noch später erläutert werden. Zu den Symptomen für eine Diabeteserkrankung zählen gesteigerter Durst, Harndrang, Gewichtsverlust trotz normaler Nahrungsaufnahme, Müdigkeit, Kraftlosigkeit, Sehstörungen und weitere (Wikipedia 2004, „Diabetes mellitus“). Der größere Flüssigkeitsbedarf und die gesteigerte Urinausscheidung zählen zu den ersten Symptomen. Man spricht bereits ab einem Wert von 140 mg Glucose pro 100 ml Blut von einer Hyperglycämie, die Symptome treten aber erst ab einem Wert von zirka 180 mg Glucose pro 100 ml Blut auf. Dies liegt daran, dass die Leber bei einem Blutzuckerspiegel über 180 mg Glucose pro 100 ml Blut nicht mehr fähig ist, die Glucose zu resorbieren, Glucose wird mit dem Harn ausgeschieden. Weil sich Symptome erst nach Beginn der Erkrankung zeigen, wird Diabetes Mellitus meist erst einige Zeit nach der Erkrankung Diagnostiziert (Bleuel, H. –S. et al. 2001: 465). Seite 11 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Nach den Kriterien der American Diabetes Association (Wikipedia 2004, „Diabetes mellitus“) liegt eine Diabeteserkrankung vor, wenn: der Nüchternblutzucker ≥ 7,0mmol/l (126mg/dl) beträgt, die Blutzuckerkonzentration zwei Stunden nach der Gabe von 75g Glukose (oraler Glucose-Toleranztest (oGTT)) ≥ 11,1mmol/l (200mg/dl) ist, oder der Blutzucker ≥ 11,1mmol/l (200mg/dl) beträgt und sonstige Anzeichen für Diabetes, wie beispielsweise starker Durst und häufiges Wasserlassen oder unerklärlicher Gewichtsverlust vorliegen. Neben dem Messen des Blutzuckers werden bei einer Untersuchung auf Diabetes weitere Tests, wie die Untersuchung des Bluts auf Insellzell Antikörper (ICA), Aceton oder andere Ketonkörper, die bei der Energiegewinnung aus Fetten entstehen, sowie eine Überprüfung des C-Peptid-Spiegels (Das C-Peptid ist ein Teil der Insulinmoleküls, der im Verlauf der Synthese von Peptidasen abgespalten wird), durchgeführt ( Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 1). II.4.3 Klassifizierung, Ursachen, Behandlung Eingeteilt wird die Diabeteserkrankung in verschiedene Typen. Die wohl bekannteste, und auch am häufigsten vorkommende Variante ist der Typ-II-Diabetes, der früher auch „Altersdiabetes“ genannt wurde. Ungefähr 90 % der Diabetiker in leiden an diesem Typ. Die Einordnung eines Typ-II-Diabetikers beruht nicht auf seinem Alter, sondern der Ursache für seine Diabeteserkrankung: Aufgrund einer „Insulinresistenz“ sind seine Körperzellen nicht in der Lage die Glucose aus dem Blut, trotz Vorhandensein von Insulin, aufzunehmen. Dies liegt häufig an einer Veränderung, oder einer geringeren Anzahl der Insulinrezeptoren. Neben einer entsprechenden erblichen Veranlagung kann starkes Übergewicht das entstehen eines Typ-II-Diabetes hervorrufen (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1162). Meistens kann die Insulinwirksamkeit bei Typ-II-Diabetikern durch Diät, körperliche Belastung und Gewichtsreduktion verbessert werden. Teilweise wird bei den Betroffenen die Insulinresistenz auch durch eine Behandlung mit oralen Antidiabetika gesenkt, oder auch in selten Fällen eine Behandlung mit Insulin verordnet (Wikipedia 2004, „Diabetes mellitus“; Wikipedia 2004, „Insulintherapie“). Die zweithäufigste Form von Diabetes ist der Typ-I-Diabetes. Seine Ursache liegt wahrscheinlich in einer autoimmunologischen Zerstörung der Betazellen des Pankreas. Entsprechend zum Altersdiabetes wurde der Typ-I früher als „juveniler Diabetes“ klassifiziert, da er meist bei jüngeren Menschen auftritt. Eine weitere Bezeichnung, „insulinabhängiger Diabetes“, weist auf die Behandlungsmethode hin. Da kein Insulin mehr produziert werden kann, die Insulinrezeptoren allerdings noch intakt sind, wird Insulin verabreicht. Dies geschieht durch subkutane Injektion (Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1162; Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 1). Seite 12 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Eine orale Einnahme ist nicht möglich, da die Peptidverbindung vor Wirkungseintritt verdaut werden würde. Früher wurde Rinder- und Schweineinsulin, das sich nur in einzelnen Aminosäuren vom menschlichen Insulin unterscheidet, aus den Bauchspeicheldrüsen der Tiere gewonnen. Das heutzutage verwendete „Humaninsulin“ wird mit Hilfe von gentechnisch veränderten Bakterien gewonnen. Es ist kostengünstiger und ist mit menschlichem Insulin chemisch identisch ( Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 5). Weitere Diabetes Typen werden unter Typ-3, sowie Typ-4, dem Schwangerschaftsdiabetes zusammengefasst (Wikipedia 2004, „Diabetes mellitus“). II.4.4 Behandlungsform ICT (Intensivierte konventionelle Insulintherapie) Bei Typ-I Diabetikern wird häufig die Intensivierte konventionelle Insulintherapie (ICT) angewandt. Sie basiert auf dem Basis- Bolus- Prinzip, einem Prinzip, dass die normale Funktionsweise der Bauchspeicheldrüse nachahmen soll. Basisinsuline, wie zum Beispiel Huminsulin Basal ® (NPH), Lantus und weitere, sind lang wirksame Insulinsorten, (Neutrales Protaminverzögertes Insulin Hagedorn ((NPH)-Insulin): 14.5 Stunden; Lantus: 24 Stunden ), die den Grundbedarf an Insulin decken. Sie stellen eine von der Nahrungsaufnahme unabhängige Glucoseversorgung sicher, indem sie den Zellen die Aufnahme der aus der Leber ausgeschütteten Glucose ermöglichen. Je nach Insulinsorte und damit Wirkungsdauer wird Basisinsulin ein- bis dreimal täglich gespritzt (Wikipedia 2004, „Insulintherapie“; Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 7 ). Das Mahlzeitenbezogene Bolusinsulin ist sehr schnell wirksam. Humalog erreicht sein Wirkungsmaximum bereits eine Stunde nach Injektion, weshalb es zur Bewältigung des ansteigenden Blutzuckerspiegels nach Mahlzeiten und zur Korrektur von erhöhten Blutzuckerwerten verwendet wird. Die Dosis des Insulin richtet sich einerseits nach der Menge der aufgenommenen Kohlenhydrate, beziehungsweise der Abweichung vom Zielwert bei einer Entgleisung, sowie dem Grad der Insulinwirkung beim Patienten. Maßeinheit für die Kohlenhydrate sind die „Berechnungs- oder Broteinheiten“ (BE). Zehn bis Zwölf Gramm verwertbare Kohlenhydrate entsprechen einer BE (Wikipedia 2004, „Insulintherapie“; Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 7). Auch die Injektionsstelle, der Spritz-Ess-Abstand bei bestimmten Insulinsorten, sowie die Zusammensetzung der Nahrung haben Einfluss auf den Verlauf des Blutzuckerspiegels eines Typ-1-Diabetikers (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 6). Im Bauchbereich injiziertes Insulin wirkt am schnellsten, weswegen dort das Bolusinsulin gespritzt wird. Basisinsulin soll über einen möglichst langen Zeitraum verteilt vom Körper aufgenommen werden, deshalb wir es meistens in den Oberschenkel injiziert (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 6). Vor allem bei älteren Insulinsorten ist der Wirkungseintritt verzögert. Daher ist ein Abstand zwischen der Injektion und der Nahrungsaufnahme notwendig. Seite 13 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem Nahrung, die fast ausschließlich Kohlenhydrate enthält (Beispiel: Traubensaft, Honig) lassen den Blutzuckerspiegel sehr schnell ansteigen und zählen zu den „schnellen Broteinheiten“. Fettreiche Nahrung (Beispiel: Schokolade), die durch den hohen Fettanteil länger im Magen verdaut wird und somit die Kohlenhydrataufnahme verlangsamt, zählt zu den „langsamen Broteinheiten“ zählt (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 3). II.4.5 Blutzuckerentgleisungen Fehleinschätzungen der Kohlenhydratmenge, Auslassen einer Injektion, körperliche Belastung, Infektionen oder andere Störfaktoren können zu „Entgleisungen“ des Blutzuckers führen, die bei einem Diabetiker nicht über die Homöostase ausgeglichen werden können. Man unterscheidet diese Abweichungen vom normalen Blutzuckerspiegel nach „Richtung“ der Entgleisung, in Hyper- und Hypoglycämie (Über- und Unterzucker). II.4.5.1 Hyperglycämie – Überzucker Von einer Hyperglycämie spricht man, wenn: der Nüchternblutzucker über 140 mg/dl ansteigt der Blutzuckerwert eine Stunde nach dem Essen über 180 mg/dl ansteigt der Blutzucker nachts über 100 mg/dl ansteigt Eine Hyperglycämie kann vor allem durch eine Unterschätzung der Kohlenhydratmenge oder eine zu geringe Insulindosierung ausgelöst werden.Weitere Faktoren sind Stress, mangelnde körperliche Aktivität und Infektionen. Bei einem unentdeckten und unbehandeltem Diabetes ist die Hyperglycämie ein andauernder Zustand und Auslöser für die Auftretenden Symptome (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 15). Folgen einer kurzfristigen Hyperglycämie sind Störungen im Mineralhaushalt durch eine erhöhte Wasserausscheidung, die Verschlechterung der Insulinwirkung und die Keto-Azidose, die zum Koma führen kann (www.diabetes-news.de 2004, „Überzucker“). Längerfristige Schäden sind Angiopathie, Neuropathie, Nephropathie und Retinopathie, also die „Verzuckerung“ von Adern, Nerven, Niere und der Netzhaut sowie der „diabetische Fuß“ (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 15). Seite 14 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem II.4.5.2 Hypoglycämie – Unterzucker Wenn der Blutzucker unter einen Wert von 50 mg/dl sinkt spricht man von einer Hypoglycämie. Unterzuckerungen werden beispielsweise durch eine zu hohe Insulindosis, einen zu Langer Spritz-Ess-Abstand, oder eine verbesserte Insulinwirkung bei körperlicher Belastung herbeigeführt (www. diabetes-news.de 2004, „Unterzucker“).. Symptome einer Hypoglycämie können Schwitzen, Zittern, Herzklopfen, Schwindel, Sehstörungen, Hungergefühl, Schwächegefühl, Gleichgewichtsstörungen sein. Neben diesen körperlichen Anzeichen können durch Unterzuckerungen auch Stimmungsschwankungen ausgelöst werden. Beispiele sind innere Unruhe, nachlassende Konzentrationsfähigkeit, Gleichgültigkeit, Clownerie und Aggressivität. Starke Unterzuckerungen können, aufgrund einer Unterversorgung des Gehirns mit Glucose, zu Sprach-, Seh- und Bewegungsstörungen, sowie zu Lähmungserscheinungen und Bewusstlosigkeit führen (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 15). Durch Einnahme von schnellen Broteinheiten, insbesondere Traubenzucker, kann der Blutzuckerspiegel rasch wieder auf ein normales Niveau angehoben werden. Bei schweren Unterzuckerungen, bei denen die orale Einnahme von Traubenzucker nicht mehr möglich ist, besteht die Möglichkeit der intravenösen Traubenzuckergabe, oder des Spritzen von Glukagon, das die Ausschüttung von Glucose aus der Leber bewirkt (www. diabetes-news.de 2004, „Unterzucker“). Durch Unterzuckerungen entstehen nur selten direkte Schäden. Leichte Hypoglycämien können zu Unwohlsein des Betroffenen führen, stärkere zu Erinnerungslücken. Indirekt besteht eine größere Gefahr, zum Beispiel durch Lähmungserscheinungen beim Schwimmen. Bei einer guten Diabeteseinstellung, guter Kontrolle und Unterzuckerungswahrnehmung lassen sich solche Situationen jedoch relativ gut vermeiden (Bergis Dr. med. K. H. 1999, Kap. 15). II.4.6 Zahlen zu Diabetes Nach Angaben der WHO lag im Jahr 2000 die Zahl der Diabetes Erkrankten weltweit bei 171 Millionen. Bis 2030 wird ein Anstieg auf 366 Millionen Betroffene erwartet (World Health Organisation, “Diabetes Programme, Facts and Figures”, 1999). In Deutschland leiden ungefähr 6,3 Millionen an Diabetes, bis 2010 wird die Zahl nach Schätzungen auf über 10 Millionen ansteigen (Wikipedia 2004, „Diabetes mellitus“). Auch die Dunkelziffer bei Diabeteserkrankungen ist sehr hoch, da Symptome erst sehr spät auftreten können Seite 15 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem III. Fazit Das Hormonsystem ist für die Regulation und die Aufrechterhaltung von Körperfunktionen verantwortlich. Beeindruckend sind vor allem die Einfachheit und die Effizienz des Hormonsystems, sowie die Vielzahl der möglichen Reaktionen, die Hormone auslösen können. Diabetes ist eine Krankheit mit bislang irreversiblen Schädigungen des Hormonsystems. Durch die Therapiemöglichkeit mit Hilfe von Insulininjektion ist es auch Typ-I Diabetikern möglich, diese Störungen der Blutzuckerregelung zu behandeln. Ziele der modernen Diabetologie sind die Verbesserung der Inulintherapie, um Diabetikern die Behandlung zu erleichtern und längerfristig die Erforschung von Heilungsmethoden für Diabetes. Durch Insulininjektion (erstmals 1922) wurde der Grundstein für die Behandlung der Störung gelegt, die Regelung durch das Hormonsystem konnte „ersetzt“ werden. Seite 16 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem IV. 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K. H., Arbeitsbuch für die Diabetes Schulung, 1999 Bleuel, H. –S. et al., Biologie Oberstufe, Berlin : Cornelsen 12001 Campbell N.A. & Reece J.B., Biologie, Berlin, Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag GmbH, 62003 Campbell N.A. & Reece J.B., Biology 6/e, Personal Education, Inc 62002 World Health Organisation, “Definition, diagnosis and classification of diabetes mellitus and its complications” 1999, http://whqlibdoc.who.int/hq/1999/WHO_NCD_NCS_99.2.pdf (23.11.04 18:31) World Health Organisation, “Diabetes Programme, Facts and Figures” 1999, http://www.who.int/diabetes/facts/world_figures/en/ (23.11.04 18:42) Seite 17 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem VI. Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Intrazelluläre Hormonwirkung, verändert nach: Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1151, Abb. 45.3 a) Abb. 2: Extrazelluläre Hormonwirkung, verändert nach: Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1151, Abb. 45.3 b) Abb. 3: Schema eines Steuerungvorgangs, verändert nach: Bleuel, H. –S. et al. 2001: 453, Abb.1; Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1155 Abb. 4: Schnitt durch eine Langerhans Inselzelle, http://www.usc.edu/hsc/dental/ghisto/end/c_54.html (23.11.04 18:06) Abb. 5: Schematische Darstellung der Blutzuckerregelung, verändert nach: Campbell N.A. & Reece J.B. 2003: 1161, Abb. 45.10 Seite 18 von 19 Name: Scheible, Dominik Jahrgangsstufe: 13 Fach: Biologie Thema: Das Hormonsystem V. Erklärung “Ich erkläre, dass ich die Arbeit selbständig und nur mit den angegebenen Hilfsmitteln angefertigt habe, und dass ich alle Stellen, die dem Wortlaut oder dem Sinne nach anderen Werken entnommen sind, durch Angabe der Quellen als Entlehnung kenntlich gemacht habe.” Schelklingen, den 20. 04. 04 Seite 19 von 19
