Dynamische Kompensation
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Die Theorie der dynamischen Kompensation ist eine integrierte Beschreibung sowohl des Wachstums als auch der Funktion hormonproduzierender Organe in endokrinen Regelkreisen. Erstmals im Jahre 2016 von Omer Karin und Uri Alon formuliert, umfasst sie Modelle für die hormonelle Ausschüttung und die Organmasse, die gemeinsame Motive teilen.
Die Theorie beschreibt einen dualen Effekt bestimmter (insbesondere glandotroper) Hormone auf sowohl die Organmasse als auch die Hormonproduktion. Die Methode basiert auf mathematischer Modellierung und Rechnersimulationen endokriner Regelkreise, die, anders als frühere Ansätze, unterschiedliche Zeitskalen zugleich umfassen[1]. Auf einer kurzen Skala von Minuten bis Stunden wird die hormonelle Funktion modelliert, auf einer langen Skala von Monaten und Jahren wird dagegen das Wachstum einer Drüse beschrieben. Regelkreise beider Skalen werden durch gemeinsame Komponenten, z. B. Steuerhormone, gekoppelt.
Endokrine Organmasse
Die Theorie der dynamischen Kompensation kann die automatische und optimale Regelung des Organwachstums erklären. Beispielsweise führt eine geringe Zellmasse der Nebennierenrinde zu einer reduzierten Sekretionsleistung. Aus der resultierenden, relativ niedrigen Cortisolsekretion folgt eine vermehrte ACTH-Produktion des Hypophysenvorderlappens. Konsekutiv stimuliert die erhöhte ACTH-Konzentration nicht nur eine vermehrte Produktion und Sekretion von Cortisol, sondern auch das Wachstum der Nebennierenrinden. Auf diese Weise passt die dynamische Kompensation die Organmasse an den individuellen Bedarf an[1].
Klinische Aspekte
Die Theorie erklärt eine Vielzahl klinisch bekannter Phänomene wie etwa eine Nebennierenatrophie und -Insuffizienz bei steroidbehandelten Patient:innen, eine vermehrte Sekretionsleistung der Nebennieren bei chronischem Stress und allostatischer Last sowie eine adrenale Hyperplasie bei adrenogenitalem Syndrom mit Defekten der 21-Hydroxylase oder anderer Enzyme der Steroidbiosynthese.
Paradox reduzierte ACTH-Konzentration bei chronischem Stress
Bei allostatischer Last (etwa bei Depression, Angsterkrankungen, Anorexie, posttraumatischer Belastungsstörung etc.) ist die hypophysäre Antwort auf einen Stimulationstest mit CRH reduziert [2]. Dieses Phänomen erscheint paradox und ist bisher kaum verstanden worden. Mit dynamischer Kompensation kann es elegant erklärt werden: Nachdem die Regelkreise gekoppelt sind, führt die Stressbelastung zu einer zunehmenden adrenalen Masse. Die konsekutiv vermehrte Sekretionsleistung der Nebennieren hemmt dann die ACTH-Sekretion und reduziert die Masse kortikotroper Zellen des Hypophysenvorderlappens. Als Konsequenz wird auch nach Stimulation mit CRH eine verminderte ACTH-Menge ausgeschüttet[3].
Chronobiologie
Dynamische Kompensation kann auch die zirkannualen Rhythmen bestimmter Hormone, z. B. Cortisol, Schilddrüsenhormone, IGF-1 und Geschlechtshormone, erklären. Es wurde beobachtet, dass die zentralen und peripheren Hormone der jeweiligen Regelkreise ein umgekehrtes Muster im Rhythmus eines Jahres aufweisen. Die Theorie der dynamischen Kompensation, die Fluktuationen der Organmasse, die über mehrere Monate verzögert sind, berücksichtigt, liefert eine einfache Erklärung für die zeitlichen Muster [4].
Literatur
- ↑ 1,0 1,1 Karin O, Swisa A, Glaser B, Dor Y, Alon U. Dynamical compensation in physiological circuits. Mol Syst Biol. 2016 Nov 8;12(11):886. doi: 10.15252/msb.20167216. PMID: 27875241; PMCID: PMC5147051.
- ↑ Smith MA, Davidson J, Ritchie JC, Kudler H, Lipper S, Chappell P, Nemeroff CB. The corticotropin-releasing hormone test in patients with posttraumatic stress disorder. Biol Psychiatry. 1989 Aug;26(4):349-55. doi: 10.1016/0006-3223(89)90050-4. PMID: 2548631.
- ↑ Karin O, Raz M, Tendler A, Bar A, Korem Kohanim Y, Milo T, Alon U. A new model for the HPA axis explains dysregulation of stress hormones on the timescale of weeks. Mol Syst Biol. 2020 Jul;16(7):e9510. doi: 10.15252/msb.20209510. PMID: 32672906; PMCID: PMC7364861.
- ↑ Tendler A, Bar A, Mendelsohn-Cohen N, Karin O, Korem Kohanim Y, Maimon L, Milo T, Raz M, Mayo A, Tanay A, Alon U. Hormone seasonality in medical records suggests circannual endocrine circuits. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Feb 16;118(7):e2003926118. doi: 10.1073/pnas.2003926118. PMID: 33531344; PMCID: PMC7896322.