Cortisol

Cortisol hat die Summenformel C₂₁H₃₀O₅ und eine molare Masse von 362,47 g/mol.

Zwischen 1936 und 1940 wurde die Vorläufersubstanz Cortison von mehreren Arbeitsgruppen isoliert und unterschiedlich bezeichnet: als "compound F" von Wintersteiner, als "Substanz Fa" durch Reichstein und als "compound E" von der Arbeitsgruppe um Kendall. Das spätere Cortisol oder Hydrocortison wurde 1937/38 von Reichstein hergestellt.

Cortisol ist für den Menschen und höhere Tiere lebensnotwendig und neben den Katecholaminen ein wichtiges Stresshormon. Bei schweren Stresssituationen (z.B. Infektion, Trauma, Operation) kommt es zu einem starken Anstieg der Cortisolproduktion. Das Cortisolsystem reagiert dabei langsamer als das Katecholaminsystem. Die Wirkungen von Cortisol sind unter anderem von seiner Konzentration, der Expositionsdauer und dem jeweiligen Zielgewebe abhängig.

Cortisol und die Vorläufersubstanz Cortison werden als "Gluko"kortikoide bezeichnet, da sie in der Lage sind, den Blutzuckerspiegel zu erhöhen. Cortisol fördert unter anderem die Gluconeogenese und stellt dadurch in Belastungssituationen vermehrt Glucose zur Verfügung.

Es greift darüber hinaus in zahlreiche weitere Stoffwechselvorgänge ein, unter anderem in den Protein-, Knochen- und Lipidstoffwechsel. Cortisol verstärkt die lipolytischen Effekte der Katecholamine.

Cortisol besitzt zudem eine geringe mineralkortikoide Wirkung. Darüber hinaus hemmt es über eine negative Rückkopplung die ACTH-Sekretion des Hypophysenvorderlappens sowie die Freisetzung von CRH im Hypothalamus.

Bei vermehrter Sekretion von Cortisol, z.B. in Belastungssituationen oder bei therapeutischer Anwendung von Glukokortikoiden in höherer Dosierung, treten zusätzliche metabolische und immunologische Effekte in den Vordergrund.

Cortisol hemmt entzündliche und immunologische Prozesse. Die immunsuppressiven Eigenschaften beruhen unter anderem auf einer Beeinflussung der Genexpression pro- und antiinflammatorischer Mediatoren, beispielsweise über den Transkriptionsfaktor NF-κB und Annexin A1.

Dadurch werden unter anderem die Aktivierung und Migration von Immunzellen sowie die Bildung verschiedener Entzündungsmediatoren beeinflusst. Glukokortikoide werden daher pharmakologisch als Antiphlogistika und Immunsuppressiva eingesetzt.

Cortisol beeinflusst zudem Produktion, Verteilung und Zirkulation verschiedener Blutzellen. Insbesondere kann es durch veränderte Verteilung und verminderte Auswanderung aus dem Gefäßsystem zu einer Zunahme neutrophiler Granulozyten im peripheren Blut kommen.

Darüber hinaus besitzt Cortisol eine antiproliferative Wirkung und beeinflusst unter anderem die Aktivität von Fibroblasten.

Im Schock trägt Cortisol zur Aufrechterhaltung der Gefäßreaktivität gegenüber Katecholaminen und damit zur Stabilisierung des Kreislaufs bei.

Cortisol stimuliert ferner die Expression verschiedener Enzyme der Gluconeogenese in der Leber und kann bei erhöhten Konzentrationen die Gonadotropinsekretion des Hypophysenvorderlappens hemmen.

Cortisol wird überwiegend in der Zona fasciculata der Nebennierenrinde gebildet. Die Cortisolproduktion wird über die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse reguliert. CRH aus dem Hypothalamus stimuliert die Freisetzung von ACTH aus dem Hypophysenvorderlappen, das wiederum die Cortisolsynthese in der Nebennierenrinde anregt.

Die Synthese erfolgt über mehrere enzymatische Schritte aus Cholesterin. Zu den beteiligten Enzymen gehören unter anderem:

• 17α-Hydroxylase
• 21-Hydroxylase
• 11β-Hydroxylase

Mehrere dieser Enzyme gehören zum Cytochrom-P450-System.

Die Cortisolsekretion unterliegt einem ausgeprägten zirkadianen und pulsatilen Rhythmus. Die Konzentration steigt in den frühen Morgenstunden an und erreicht typischerweise um die Zeit des Erwachens hohe Werte. Im weiteren Tagesverlauf nimmt sie ab und erreicht nachts ihren Tiefpunkt.

Der Verlauf wird unter anderem vom Schlaf-Wach-Rhythmus, von akuten Stresssituationen und schweren Erkrankungen beeinflusst. Auch Schichtarbeit und Veränderungen des normalen Schlaf-Wach-Zyklus können die zirkadiane Cortisolsekretion verändern.

Zur Beurteilung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse werden je nach klinischer Fragestellung zeitlich standardisierte Cortisolmessungen und gegebenenfalls dynamische Funktionstests eingesetzt.

Bei einer verminderten Bildung bzw. Wirkung von Cortisol spricht man von einem Hypocortisolismus. Er kann im Rahmen einer primären, sekundären oder tertiären Nebennierenrindeninsuffizienz auftreten.

Die primäre Nebennierenrindeninsuffizienz wird auch als Morbus Addison bezeichnet. Mögliche Symptome und klinische Zeichen sind unter anderem:

• Schwächegefühl, Müdigkeit, Appetitlosigkeit und Gewichtsverlust
• Übelkeit und Erbrechen
• Hypoglykämie
• arterielle Hypotonie
• Hyponatriämie
• bei primärer Nebennierenrindeninsuffizienz ggf. Hyperkaliämie
• bei primärer Nebennierenrindeninsuffizienz Hyperpigmentierung der Haut und der Handfurchen

Ein chronischer pathologischer Überschuss an Glukokortikoiden führt zum Cushing-Syndrom. Dieses kann endogen durch eine gesteigerte Cortisolproduktion oder exogen durch die längerfristige Anwendung von Glukokortikoiden verursacht werden.

Zu den möglichen klinischen Zeichen zählen unter anderem Stammfettsucht, Vollmondgesicht, Gewichtszunahme, verminderte Muskelmasse bzw. proximale Muskelschwäche, Osteoporose, arterielle Hypertonie und Störungen des Glukosestoffwechsels.

Auch bei schweren akuten Erkrankungen, beispielsweise bei kritisch kranken Intensivpatienten, können deutlich erhöhte Cortisolkonzentrationen auftreten. Diese stressbedingte Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse ist von einem endogenen Cushing-Syndrom abzugrenzen.

Cortisol kann im Blutserum, Speichel und Urin bestimmt werden. Aufgrund der ausgeprägten zirkadianen Rhythmik, der pulsatilen Sekretion sowie der Beeinflussung durch Stress, Schlaf-Wach-Rhythmus und akute Erkrankungen hängt die Aussagekraft einer Cortisolmessung wesentlich von Zeitpunkt, Probenmaterial und klinischer Fragestellung ab.

Im Serum liegt Cortisol überwiegend an Transcortin bzw. Cortisol-bindendes Globulin (CBG) und Albumin gebunden vor. Gemessen wird daher in der Regel das Gesamtcortisol. Nur ein kleiner Anteil liegt als freies, biologisch aktives Cortisol vor.

Veränderungen der Konzentration oder Bindungseigenschaften der Plasmaproteine können das gemessene Gesamtcortisol beeinflussen, ohne dass sich die Konzentration des freien Cortisols im gleichen Ausmaß verändert. Eine Erhöhung des CBG, beispielsweise unter Östrogeneinfluss oder während einer Schwangerschaft, kann daher zu erhöhten Gesamtcortisolwerten führen.

Je nach klinischer Fragestellung werden neben basalen Cortisolmessungen dynamische Funktionstests wie der ACTH-Stimulationstest oder der Dexamethason-Suppressionstest eingesetzt.

Für die Untersuchung wird Serum verwendet. Das benötigte Probenvolumen richtet sich nach dem jeweiligen Laborverfahren.

Da die Cortisolkonzentration einer ausgeprägten Tagesrhythmik unterliegt, muss der Zeitpunkt der Blutentnahme bei der Interpretation berücksichtigt werden. Zur orientierenden Abklärung einer möglichen Nebennierenrindeninsuffizienz wird Cortisol typischerweise morgens bestimmt.

Die Referenzwerte sind methoden- und laborabhängig. Beispielhafte Referenzbereiche für Erwachsene sind:

Die Referenzwerte für Kinder sind alters- und methodenabhängig und sollten dem jeweiligen Laborbefund entnommen werden.

Ein einzelner Serumcortisolwert besitzt aufgrund der zirkadianen und pulsatilen Sekretion nur eine begrenzte diagnostische Aussagekraft.

Ein morgendlicher Serumcortisolwert kann insbesondere bei Verdacht auf eine Nebennierenrindeninsuffizienz zur orientierenden Beurteilung eingesetzt werden. Sehr niedrige Werte können den Verdacht erhärten, während ausreichend hohe Werte eine relevante Nebennierenrindeninsuffizienz weniger wahrscheinlich machen. Bei nicht eindeutigen Befunden ist gegebenenfalls eine weiterführende Funktionsdiagnostik, insbesondere ein ACTH-Stimulationstest, erforderlich.

Zur Erstdiagnostik eines Cushing-Syndroms eignet sich die alleinige Bestimmung eines zufälligen Serumcortisolwertes nicht. Hierzu werden je nach klinischer Situation insbesondere standardisierte Tests wie der Dexamethason-Suppressionstest, die Bestimmung des freien Cortisols im 24-Stunden-Urin oder die Messung des spätnächtlichen Speichelcortisols eingesetzt.

Serumcortisolwerte können unter anderem durch akuten Stress, schwere Erkrankungen, den Schlaf-Wach-Rhythmus sowie Veränderungen der Cortisol-bindenden Proteine beeinflusst werden.

Die Cortisolsekretion zeigt beim Gesunden einen ausgeprägten Tagesrhythmus mit hohen Konzentrationen in den frühen Morgenstunden und niedrigen Konzentrationen während der Nacht.

Eine Abschwächung oder Aufhebung dieses Rhythmus kann bei einem Hypercortisolismus auftreten, ist jedoch nicht spezifisch und kann beispielsweise auch bei schweren Allgemeinerkrankungen, psychiatrischen Erkrankungen oder Veränderungen des normalen Schlaf-Wach-Rhythmus beobachtet werden.

Für die Diagnostik eines Cushing-Syndroms werden daher standardisierte Verfahren gegenüber einem unspezifischen Serum-Cortisol-Tagesprofil bevorzugt. Besonders die Messung des spätnächtlichen Cortisols kann zur Beurteilung des Verlustes des physiologischen nächtlichen Cortisolnadir eingesetzt werden.

Im Speichel wird überwiegend freies Cortisol erfasst. Die Bestimmung ist nichtinvasiv und eignet sich insbesondere für zeitlich definierte Messungen außerhalb einer Blutentnahme.

Die Messung des spätnächtlichen Speichelcortisols kann im Rahmen der Diagnostik eines Cushing-Syndroms eingesetzt werden. Bei der Interpretation müssen unter anderem Entnahmezeitpunkt, Schlaf-Wach-Rhythmus, Schichtarbeit und mögliche präanalytische Einflussfaktoren berücksichtigt werden.

Für die Bestimmung des freien Cortisols wird 24-h-Sammelurin verwendet. Das für die Analyse benötigte Probenvolumen richtet sich nach dem jeweiligen Laborverfahren.

Die Referenzwerte sind methodenabhängig und können je nach Labor variieren. Sie sind daher dem jeweiligen Befundbericht zu entnehmen.

Die Bestimmung des freien Cortisols im 24-h-Sammelurin erfasst die über den Sammelzeitraum ausgeschiedene Menge an ungebundenem Cortisol und kann zur Diagnostik eines Hypercortisolismus eingesetzt werden.

Erhöhte Werte können den Verdacht auf ein Cushing-Syndrom unterstützen, sind jedoch im klinischen Kontext zu interpretieren. Eine korrekte und vollständige Urinsammlung ist für die Aussagekraft der Untersuchung wesentlich.

siehe: Glukokortikoide

• Laborlexikon.de; abgerufen am 26.02.2021