Hormonsystem und Regelung
Vor einer Klassenarbeit klopft dein Herz schneller, deine Hände werden feucht, und du bist hellwach. Oder: Du isst ein Stück Kuchen, und der Zucker in deinem Blut steigt. Trotzdem liegt er wenige Stunden später wieder in einem engen Bereich.
Wer steuert das? Neben dem Nervensystem hat der Körper ein zweites Steuersystem: die Hormone. Du lernst, wie sie wirken, wie der Körper den Blutzucker konstant hält, was bei Diabetes schiefgeht und was Stress auslöst.
Hormone, Hormondrüsen und Sexualhormone
Hormone sind Botenstoffe. Sie werden in Hormondrüsen gebildet und direkt ins Blut abgegeben. Das Blut verteilt sie im ganzen Körper, aber ein Hormon wirkt nur an Zielzellen, die einen passenden Rezeptor besitzen (wie beim Schlüssel-Schloss-Prinzip der Enzyme). Schon sehr kleine Mengen genügen.
| Hormondrüse | Hormone (Beispiele) | Wirkung |
|---|---|---|
| Hirnanhangdrüse | FSH, LH, Wachstumshormon | steuert viele andere Drüsen, Wachstum |
| Schilddrüse | Thyroxin | steigert den Stoffwechsel |
| Bauchspeicheldrüse | Insulin, Glukagon | regeln den Blutzucker |
| Nebennieren (sitzen auf den Nieren) | Adrenalin, Cortisol | Stressreaktion (siehe unten) |
| Hoden | Testosteron | männliche Geschlechtsmerkmale, Spermienbildung |
| Eierstöcke | Östrogen, Gestagen | weibliche Geschlechtsmerkmale, Zyklus |
Sexualhormone sind die Hormone der Hoden und Eierstöcke. In der Pubertät lösen sie die körperlichen Veränderungen aus, etwa Stimmbruch und Bartwuchs durch Testosteron oder die Entwicklung der Brust durch Östrogen. Im Zyklus steuern Östrogen und Gestagen gemeinsam mit FSH und LH die Reifung der Eizelle (siehe Klasse 7 und 8). Beide Geschlechter bilden beide Hormongruppen, in unterschiedlichen Mengen.
Nervensystem und Hormonsystem im Zusammenspiel
Beide Systeme steuern den Körper, aber verschieden. Das Nervensystem überträgt elektrische Impulse und an Synapsen Transmitter. Es ist sehr schnell (Millisekunden), wirkt gezielt auf einen Muskel oder eine Drüse und nur kurz. Das Hormonsystem nutzt Hormone im Blut. Es ist langsamer (Sekunden bis Stunden), wirkt an allen Zielzellen mit passendem Rezeptor und oft lange.
Beide arbeiten zusammen. Die Schaltstelle ist der Hypothalamus, ein Teil des Zwischenhirns. Er misst Zustände wie Körpertemperatur und Hormonspiegel und steuert die Hirnanhangdrüse. Diese gibt Hormone ab, die andere Drüsen anregen. Das Nervensystem startet also schnell, das Hormonsystem hält die Wirkung länger aufrecht.
Regelkreis und negative Rückkopplung
Der Körper hält viele Größen nahezu konstant, etwa die Körpertemperatur (um 37 °C), den Wassergehalt und den Blutzucker. Das gelingt durch Regelkreise. Du kennst das Prinzip von der Zimmerheizung:
| Begriff | Heizung | Blutzucker |
|---|---|---|
| Sollwert | eingestellte Temperatur | gewünschter Blutzuckerwert |
| Istwert (Regelgröße) | tatsächliche Temperatur | tatsächlicher Blutzucker |
| Messfühler und Regler | Thermostat | Zellen der Bauchspeicheldrüse |
| Stellglied | Heizkörper | Leber-, Muskel- und Fettzellen |
| Störgröße | offenes Fenster | Mahlzeit, Sport |
Das Prinzip heißt negative Rückkopplung: Weicht der Istwert vom Sollwert ab, löst das eine Wirkung aus, die die Abweichung verkleinert. Steigt der Wert, wird er gesenkt, sinkt er, wird er erhöht. Die Wirkung dämpft ihre eigene Ursache. „Negativ“ heißt hier nicht „schlecht“, sondern „entgegenwirkend“. Das macht den Regelkreis stabil.
Blutzuckerregulation: Insulin und Glukagon
Traubenzucker (Glukose) ist der wichtigste Brennstoff der Zellen. Nüchtern liegt der Blutzucker bei etwa 70 bis 100 Milligramm Glukose je 100 Milliliter Blut. Nach einer Mahlzeit steigt er, bei Hunger oder Sport sinkt er. In der Bauchspeicheldrüse sitzen zwei Zelltypen, die den Wert messen und zwei Hormone bilden, die gegeneinander wirken:
| Insulin | Glukagon | |
|---|---|---|
| Auslöser | Blutzucker zu hoch | Blutzucker zu niedrig |
| Wirkung | Zellen nehmen mehr Glukose auf. Leber und Muskeln speichern sie als Glykogen, eine Speicherform aus vielen Glukoseteilchen. | Die Leber baut Glykogen zu Glukose ab und gibt sie ins Blut. |
| Folge | Blutzucker sinkt | Blutzucker steigt |
Insulin und Glukagon sind Gegenspieler, ähnlich wie Beuger und Strecker bei den Muskeln. Zusammen halten sie den Blutzucker in einem engen Bereich. Das ist negative Rückkopplung: Sinkt der Blutzucker durch Insulin, wird weniger Insulin ausgeschüttet.
Der Kuchen und der Blutzucker
Der Kuchen und der Blutzucker
Du isst ein Stück Kuchen. Wie bringt der Körper den Blutzucker wieder auf den Sollwert? Und wie viel Glukose ist insgesamt im Blut, wenn der Blutzucker 90 Milligramm je 100 Milliliter beträgt und ein Mensch angenommen 5 Liter Blut hat?
Der Zucker aus dem Kuchen gelangt ins Blut, der Blutzucker steigt über den Sollwert. Die Zellen der Bauchspeicheldrüse messen das und schütten Insulin aus. Körperzellen nehmen mehr Glukose auf, Leber und Muskeln speichern Glykogen. Der Blutzucker sinkt, und die Insulinabgabe wird gebremst.
Rechnung: 5 Liter sind 5000 Milliliter, also 50 mal 100 Milliliter. 50 mal 90 Milligramm sind 4500 Milligramm, das sind 4,5 Gramm. Das ist nur so viel wie in anderthalb Zuckerwürfeln (ein Würfel wiegt etwa 3 Gramm). Ein Stück Kuchen enthält viel mehr Zucker, darum muss der Körper schnell gegensteuern.
Diabetes mellitus
Bei Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit) ist der Blutzucker dauerhaft zu hoch, weil Insulin fehlt oder nicht richtig wirkt. Die Zellen bekommen trotz viel Zucker im Blut zu wenig Glukose. Typische Anzeichen sind starker Durst, häufiges Wasserlassen, Müdigkeit und Gewichtsverlust.
| Typ 1 | Typ 2 | |
|---|---|---|
| Ursache | Das Immunsystem zerstört die insulinbildenden Zellen (Autoimmunerkrankung). Es fehlt Insulin. | Körperzellen reagieren schlechter auf Insulin. Später kann die Insulinbildung nachlassen. |
| Beginn und Risiko | meist in Kindheit und Jugend, oft plötzlich; nicht vom Lebensstil abhängig | meist im Erwachsenenalter, schleichend; Übergewicht, Bewegungsmangel, Veranlagung |
| Behandlung | Insulin spritzen oder per Pumpe, Blutzucker messen, Mahlzeiten abstimmen | Ernährung, Bewegung, Tabletten, manchmal Insulin |
Dauerhaft hoher Blutzucker schädigt Blutgefäße, Augen, Nieren und Nerven. Zu viel Insulin oder zu wenig Essen führt zur Unterzuckerung mit Zittern, Schwitzen und Heißhunger. Wer bei Bewusstsein ist, bekommt schnell Traubenzucker. Ist jemand nicht ansprechbar, ruft man den Notruf 112.
Kurzzeitiger und langanhaltender Stress
Stress ist die Reaktion des Körpers auf eine Belastung, den Stressor, zum Beispiel eine Prüfung, einen Streit, Lärm oder Gefahr. Es gibt zwei Wege, auf denen Nerven- und Hormonsystem zusammenarbeiten:
| Kurzzeitiger Stress | Langanhaltender Stress | |
|---|---|---|
| Weg | Gehirn, Nerven des Sympathikus, Mark der Nebenniere | Hypothalamus, Hirnanhangdrüse (Hormon ACTH), Rinde der Nebenniere |
| Hormon | Adrenalin | Cortisol |
| Tempo | Sekunden | Minuten bis Stunden |
| Wirkung | Herz schlägt schneller, Blutdruck und Atmung steigen, Muskeln werden besser durchblutet, die Leber gibt Glukose ab, die Verdauung wird gedrosselt | Blutzucker bleibt hoch, Entzündungen und die Immunabwehr werden gedämpft |
| Zweck | sofort leistungsfähig sein (Kampf oder Flucht) | Energie für eine lange Belastung |
Der Sympathikus ist der Teil des vegetativen Nervensystems, der nicht willentlich gesteuert wird und den Körper auf Leistung schaltet. Sein Gegenspieler, der Parasympathikus, fördert Erholung. Auch hier gibt es negative Rückkopplung: Cortisol bremst Hypothalamus und Hirnanhangdrüse.
Kurzer Stress ist normal und nützlich. Hält er Wochen an, ohne dass Erholung folgt, bleibt der Cortisolspiegel hoch. Mögliche Folgen sind Schlafstörungen, Bluthochdruck, häufige Infekte und Erschöpfung. Hilfreich sind Bewegung, Schlaf, Pausen und Gespräche. Bei anhaltender Überlastung hilft die Hausärztin, der Hausarzt oder die Schulsozialarbeit.
Diabetes kommt vom vielen Zuckeressen
Diabetes kommt vom vielen Zuckeressen
„Wer zu viele Süßigkeiten isst, bekommt Diabetes.“
So einfach ist es nicht. Typ 1 entsteht, weil das Immunsystem insulinbildende Zellen zerstört. Das hat mit Ernährung nichts zu tun. Typ 2 hängt mit Übergewicht, Bewegungsmangel und Veranlagung zusammen, nicht mit Zucker allein.
Zusammenfassung
Hormone sind Botenstoffe, die Hormondrüsen ins Blut abgeben. Sie wirken nur an Zielzellen mit passendem Rezeptor. Sexualhormone bilden Hoden und Eierstöcke.
Das Nervensystem arbeitet schnell und kurz, das Hormonsystem langsamer und länger.
Ein Regelkreis hält einen Wert am Sollwert. Bei negativer Rückkopplung wirkt das Ergebnis der Abweichung entgegen.
Insulin senkt den Blutzucker, Glukagon erhöht ihn. Beide sind Gegenspieler der Bauchspeicheldrüse.
Bei Diabetes Typ 1 fehlt Insulin, bei Typ 2 wirkt es schlechter. Typ 1 wird mit Insulin behandelt.
Kurzzeitiger Stress läuft über den Sympathikus und Adrenalin, langanhaltender Stress über Hirnanhangdrüse und Cortisol. Dauerstress ohne Erholung macht krank.
Übungen
Der Blutzucker ist nach einer Mahlzeit gestiegen. Was geschieht?
Angenommen, ein Mensch hat 4 Liter Blut, und der Blutzucker beträgt 80 Milligramm je 100 Milliliter. Wie viel Gramm Glukose sind im Blut?
Welches Beispiel ist eine negative Rückkopplung?
Eine normalgewichtige 14-Jährige hat seit wenigen Wochen starken Durst, muss oft zur Toilette, nimmt ab und ist müde. Ihr Blutzucker ist stark erhöht. Welche Ursache ist am wahrscheinlichsten?
Vergleiche kurzzeitigen und langanhaltenden Stress: Über welchen Weg wirken sie, welches Hormon ist beteiligt, und warum kann nur der langanhaltende Stress krank machen?