SINTEZA IN SPROŠČANJE GLUKOKORTIKOIDOV

Nadledvična žleza je sestavljena iz skorje in sredice. Skorjo sestavljajo naslednje plasti: zona glomerulosa, zona fasciculata in zona reticularis. Hormoni, ki se sproščajo iz skorje nadledvične žleze so poleg glukokortikoidov (kortizol) še mineralokortikoidi (aldosteron) in prekurzorji spolnih hormonov.
Prekurzor vseh omenjenih hormonov je HOLESTEROL. Po prevzemu iz plazme s pomočjo VLDL partiklov se holestrerol shrani v obliki holesterolnih estrov v citplazmi celic zone faciculate.
Stimulus za sintezo glukokortikoidov je vezava ACTH na receptorje celic zone fasciculate. To sproži sintezo cAMP, ki nato aktivira protein kinazo A in C. Fosforilirani encimi, pa nato aktivirajo druge encime, transkripcijske faktorje in rastne faktorje. Posledica je hidroliza holesterolnih estrov in transport holesterola do mitohondrijev, kjer poteka hidroksilacija steroidnega obroča. Reakcijo katalizira citokrom P-450, potrebni pa so še molekularni kisik, NADPH in protein adrenoksin.
Prva stopnja v sintezi kortizola je pretvorba holesterola v pregnenolon, ki jo katalizira encimski kompleks P-450scc (20,22-desmolaza). Pregnenolon se pretvori v progesteron, ki se z hidroksilacijo 21 C-atoma v steroidnem obroču pretvori v 11-deoksikortizol. Zadnja reakcija je hidroksilacija 11 C atoma steroidnega obroča, ki jo katalizira encim 11-hidroksilaza (P-450c11).
Plazemska koncentracija kortizola se čez dan spreminja (zjutraj 5-20mg/dl, zvečer manj kot 5mg/dl). Hormon večinoma potuje po telesu vezan na protein transkortin. Biološko aktiven je prosti kortizol, ki se v takšni obliki tudi filtrira v ledvicah. Dnevna koncentracija kortizola v urinu je normalno 10-100mg.

MEHANIZEM REGULACIJE

Glavni fiziološki stimulus za izločanje glukokortikoidov je kortikitropin (ACTH), ki se izloča iz srednjega dela hipofize. Stmulator izločanja ACTH pa je kortkotropin sprostilni hormon (CRH) iz hipotalamusa. Stimulusi za izločanje CRH so pretirana vročina ali mraz, poškodbe, infekcije ter stres.
Zveza hipotalamus-hipofiza-skorja nadledvičnice je regulirana preko negativne povratne zveze. Kortizol zavira izločanje ACTH preko inhibicije izločanja CRH iz kortikotropnih celic (dolga zanka) in inhibira izločanje ACTH, tako da blokira transkripcijo gena za hormon. ACTH tudi inhibira izločanje CRH (kratka zanka).
Tudi antidiuretični hormon (ADH) stimulira izločanje ACTH in s tem kortizola v stresnih situacijah.

ENDOGENI GLUKOKORTIKOIDI IN NJIHOVA FUNKCIJA

Glavna endogena hormona sta hidrokortizon (kortizol) in kortikosteron.
Skoraj vse funkcije kortizola so posledica transkripcijskih mehanizmov. Kortizol vstopi v tarčno celico s pomočjo olajšane difuzije in se veže na tip 1 ali 2 receptorjev na jedrni citoplazmi. Kortizol-receptorski kompleks se nato pomakne v jedro in se veže na tarčno DNA molekulo. Posledica je stimulacija ali inhibicija transkripcije specifične mRNA.
Kortizol ima pomembno vlogo :
v procesu razgradnje strukturnih beljakovin in glukoneogenezi, zato je pomemben za vzdrževanje stalne koncentracije glukoze med stradanjem.
pri inhibiciji učinkov insulina predvsem na ravni glukoneogeneze
v metabolizmu maščob, saj v procesu stradanja pospešuje lipolizo; pospešuje tudi apetit in stimulira lipogenezo v določenih tkivih.
pri omejitvi vnetnega odziva ( inhibira fosfolipazo A2; zmanjša produkcijo IL-1 IL-2, IL-6 in TNF).


Kortizol pomembno učinkuje na določena tkiva kot so mišice, kosti, kardio-vaskularni sistem, centralni živčni sistem in fetus
mišice; normalne koncentracije kortizola vplivajo na normalno kontraktilnost, medtem ko primanjkljaji povzročijo mišično atrofijo in oslabelost.
kosti; zmanjša kostno formacijo in pospeši kostno resorbcijo.
ledvice; pospeši glomerulno filtracijo in poveča klirens proste vode.
centralni živčni sistem; deluje na hipokampus, retikularno formacijo in povzroči čustvene odzive in budnost.
fetus; učinkuje na normalen razvoj pluč, gastro-intestinalnega trakta, centralnega živčnega sistema, retine in kože.


mehanizem delovanja
Glukokortikoidi delujejo preko dveh različnih vrst jedrnih receptorjev, to so GR ter MR (mineralokortikoidni receptor) receptorji.
MR imajo visoko afiniteto do glukokortikoidov, še večjo pa do mineralokortikoidov. Prisotni so v epitelijskih celicah ledvic, črevesja in žlez slinavk ter v neepitelijskih celicah srca in možganov.
Za razliko od MR, GR imajo nižjo afiniteto do glukokortikoidov (njihovega liganda) in so prisotni v vseh celicah človeškega organizma..
Glukokortikoidi so lipofilne molekule kar pomeni, da lahko z difuzijo prehajajo skozi celično membrano. Njihovi receptorji se nahajajo v citoplazmi. Receptor se aktivira takrat ko se nanj veže steroid.

GR je od liganda odvisen transkripcijski faktor. V odsotnosti liganda je ta receptor povezan v kompleksu s stresnimi proteini (HSP 70 in HSP 90), ki vzdržujejo njegovo normalno konformacijsko obliko. Po vezavi liganda (glukokortikoida) pride do disocijacije tega kompleksa in se ustvari nov kompleks, GR-glukokortikoid, ki se poveže še z drugim aktiviranim kompleksom, da nastane dimer, ki potuje v jedro in se veže na »pozitivna« ali »negativna« GRE inhenserska področja na DNA. GRE področje je določeno zaporedje nukleotidov v promotorju, ki je namenjeno vezavi kompleksa GR-glukokortikoid.
Če se je kompleks vezal na pozitivno GRE področje, poteče transkripcija (transaktivacijski mehanizem), medtem ko pri vezavi kompleksa na negativno GRE področje pride do represije transkripcije (transrepresijski mehanizem).
Končni rezultat vezave tega kompleksa na pozitivno GRE področje je sinteza specifičnih proteinov (encimov), preko katerih se kažejo učinki glukokortikoidov.


mehanizem delovanja preko GR receptorja

MR receptorji se aktivirajo na podoben način. Glavna sprememba, ki se zgodi po vezavi glukokortikoidov na ta receptor je zmanjšano izločanje Na+ preko epitelijskih celic distalnih tubulov v ledvicah kar posledično vodi v zvišanje krvnega tlaka. MR receptorji sicer lahko vežejo glukokortikoide, vendar je njihova glavna naloga ta, da so namenjeni vezavi mineralokortikoidov.
farmakološko delovanje

Vpliv na metabolizem:
Največji vpliv imajo glukokortikoidi na metabolizem ogljikovih hidratov ter proteinov, vplivajo pa tudi na metabolizem lipidov.

Stimulirajo glukoneogenezo v jetrih. Na periferiji zavirajo vstop glukoze v mišice in adipocite, stimulirajo katabolizem beljakovin ter aktivirajo lipolizo. S tem omogočajo dostop substratov, ki so potrebni za glukoneogenezo. Njihov končni učinek v tem primeru je zvišanje krvne koncentracije glukoze.

Glukokortikoidi imajo permisivno delovanje na lipolitične učinke kateholaminov ter druge hormone, ki delujejo na ta način, da zvišajo koncentracijo cAMP. S tem povzročijo mobilizacijo in prerazporeditev telesnih maščob.

Če so glukokortikoidi prisotni v večjih koncentracijah kot so fiziološke, lahko izrazijo nekatere učinke mineralokortikoidov (znižajo izločanje Na+ ter zvišajo izločanje K+ z urinom). To se dogaja na ta način, da zasedajo MR receptorje.

V gastrointestinalnem traktu znižajo absorpcijo Ca2+, obenem pa zvišajo njegovo izločanje v ledvicah. Kot rezultat tega se lahko pojavi negativna bilanca kalcija.


vpliv glukokortikoidov na metabolizem kalcija

Protivnetno in imunosupresivno delovanje:

Protivnetne učinke glukokortikoidi sprožijo na dva načina:
zavrejo sintezo vnetnih mediatorjev ter proliferacjo vnetnih celic
stimulirajo sintezo protivnetnih medijatorjev

Pod vplivom glukokortikoidov izločajo limfociti posebne protivnetne mediatorje, ki so jih poimenovali lipokortini (danes je poznano najmanj pet različnih vrst lipokortinov). Lipokortini so iz družine kalcij-regulatornih proteinov. Ko se aktivirajo se vežejo na fosfolipazo A2 in s tem inhibirajo njeno delovanje.
PLA2 katalizira sintezo arahidonske kisline iz fosfolipidov. Arahidonska kislina pa je potem substrat različnim encimom, ki katalizirajo sintezo številnih vnetnih in protivnetnih mediatorjev.


vpliv protivnetnih zdravil na sintezo arahidonske kisline in njenih metabolitov

Delovanje glukokortikoidov preko lipokortina je en izmed glavnih načinov zaviranja vnetja. Lipokortini se inaktivirajo na ta način, da jih od kalcija odvisna proteinska kinaza fosforilira. Torej, ko so fosforilirani so neaktivni in je s tem odprta pot za nastanje vnetnih mediatorjev.

Pri nekaterih pacientih z vnetnimi boleznimi kot so revmatoidni artritis in dermatomiozitis, so v krvi našli protitelesa proti lipokortinom. Ta protitelesa znižajo aktivnost lipokortinov in delajo težave pri zdravljenju s steroidnimi zdravili. Taki bolniki so steroidno rezistentni.

Glukokortikoidi inhibirajo tako zgodnje kot tudi pozne znake vnetja. Za razliko od NSAID zdravil, ki imajo samo lokalne učinke, imajo glukokortikoidi sistemske učinke. Protivnetni učinek je nespecifičen, kar pomeni da vplivajo na vse tipe vnetnih reakcij ne glede na to kako so povzročene (mehansko, kemijsko, infekcijsko ali imunološko).

učinki glukokortikoidov na glavne komponente vnetno-imunskih odgovorov:

Makrofagi in monociti
V njih zavrejo sintezo arahidonske kisline ter njenih metabolitov (prostaglandinov in levkotrienov) s pomočjo lipokortina.
Blokirajo nastanek in sproščanje citokinov (IL-1, IL-6, TNF-α), ki pri vnetju imajo številne vloge (glej poglavja Vnetje in Nespecifični imunski odziv organizma na stres v izbranih poglavjih PAFI)

Endotelijske celice
V njih zavirajo sintezo in sproščanje znotrajceličnih adhezijskih molekul, ki so potrebne za lokalizacijo levkocitov.
Na reaktante akutne faze, citokine, arahidonsko kislino ter njene derivate imajo isti učinek kot je opisan pri makrofagih in monocitih.

Bazofilci
V njih zavirajo sintezo in sproščanje histamina, ki se pri vnetju pojavi prvi. Histamin povzroča arterodilatacijo ter povečano prepustnost kapilar in venul.

Fibroblasti
Glukokortikoidi zavrejo njihovo proliferacijo ter v samih fibroblastih zmanjšajo sintezo kolagena in glikozaminoglikanov.

Limfociti
Pri njih tudi zavirajo sintezo številnih citokinov (IL-1, IL-2, IL-3, IL-6, TNF-α, INFγ) na podoben način, ki je že opisan pri makrofagih in monocitih.

Aktivnost osteoklastov se poveča na račun znižane koncentracije kalcija. Ta namreč stimulira obščitnico, ki začne izločati obščitnični hormon. Ta hormon ima direkten vpliv na osteoklaste in jih aktivira. Aktivnost osteoblastov se zmanjša. To nepravilno razmerje med osteolizo ter osteogenezo je zelo nevarno pri sterejših pacientih, ker lahko terapija s steroidi izzove osteoporozo.

Imunosupresivno delovanje glukokortikoidov se kaže predvsem v tem, da zavirajo proliferacijo limfocitov T (celic ubijalk, pomagalk in zaviralk).





Farmakokinetika
Glukokortikoide lahko jemljemo na več načinov.
Ponavadi jih jemljemo oralno. Vse lahko jemljemo sistematsko - ali intramuskularno ali intravensko.
Lahko pa jih seveda vnašamo tudi lokalno:
oči – kapljice
respiratorni trakt – aerosol (inhalacija)
koža – mazila
Glukokortikoidi so hidrofobne snovi, zato jih morajo po krvi prenašati prenašalci - CBG in albumin. CBG ima veliko večjo afiniteto za naravne glukokortikoide (na pa tudi sintetične), veže pa lahko le enega naenkrat. Nanj vezanih cca 77 vezanega hidrokortizona. Albumin pa jih lahko veže 1-20, vendar je afiniteta do njih precej manjša. Vezanega ima 15 hidrokortizona v plazmi, veže pa tudi sintetične kortikoide.
Glukokortikoidi, ki so vezani bodisi na CBG bodisi na albumin, so neaktivni.
Aktivirajo se lahko v jetrih in drugih celicah.
Razpolovna doba hidrokortizona v plazmi je cca 90min, vendar pa polno delovanje dosežejo šele po 2-8 urah.
Klinična uporaba
Endokrine bolezni
Primarna odpoved skorje nadledvičnice – nadomestno zdravljenje
Revmatske bolezni
Revmatoidni artritis
Vaskulitis – imunosupresivno zravljenje
Alergije
Bronhialna astma – aerosol
Vendar, če inhalacijska terapija ne pomaga, se lahko poslužimo tudi sistemske.
Bolezni GIT
Kronova bolezen
Ulcerozni kolitis
Avtoimuni hepatitis
Pri vseh treh boleznih je zdravljenje imunosupresivno in protivnetno
Bolezni dihal
Kronična obstruktivna pljučna bolezen – protivnetno delovanje
Sarkoidoza – verjetno ima protivnetno in imunosupresivno delovanje, vendar vzrok bolezni ni znan, sumijo da gre za avtoimuno obolenje
Bolezni ledvic
Nekateri glumerulonefritisi – protinetno delovanje
Nevrološke bolezni
Možganski edem – protivnetno delovanje
Šok
Anafilaktični – daje se intravensko
Transplantacije
imunosupresija
Stranski učinki pri zdravljenju z glukokortikoidi
Terapija z glukokortikoidi, še posebej dolgotrajna, lahko povzroči vrsto stranskih učinkov na koži, kosteh, skeletnih mišicah, očeh, CŽS, GIT, negativno vplivajo pa tudi na metaolizem in imunski sistem
KOŽA
Negativen vpliv na dermis, epidermis ter tudi na podkožje. Posledice so lahko strije, moteno celjenje ran, hipertrihozo (prekomerna poraščenost), kar predstavlja problem predvsem pri ženskah, pri mladih pa tudi tako imenovane steroidne akne.
Kožna atrofija
Terapija z glukokortikoidi povzroči, da je koža tanka in občutljiva v vseh plasteh, tudi poroženeli, kar povzroči prekomerno permeabilnost.
Kožna atrofija je najpogostejši stranski učinek dolgotrajne terapije z glukokortikoidi (GK), vendar pa lahko tudi že pri enkratni dozi opazimo stanjšane kože (traja približno 3 dni, da si opomore)
Delujejo supresivno na celično proliferacijo in sintezo proteinov, kar povzroči atrofijo.
Poruši se razmerje snovi v ekstracelularnem matriksu (ECM), predvsem kolagena I. To lahko storijo na 3 načine:
zmanjšanje stabilnosti mRNA za sintezo prokolagena
na transkripcijskem nivoju
kompleksi Glukokortikoidi + Smed3 predstavljajo negativno regulacijo. Smed3 sam inducira transkripcijo.
GK poleg manjšanje sinteze proteinov povzročijo tudi izgubo vode preko kože in zmanjšano sintezo lipidov
Moteno celjenje ran
GL zavrejo zgodnjo vnetno fazo, ki je ključnega pomena za celjenje ran. Zavira aktivnost vnetnih celic, se vmešava v regulacijo citokinov, rastnih faktorjev, matriksnih proteinov in inhibira sintezo kolagena VII, ki stabilizira vez med bazalno membrano in dermisom.
Posledica je tvorb brazgotin.
SKELET IN MIŠICE
Raziskave so pokazale, da je prizadetost teh tkiv premosorazmerna z dozami GK pri sistemsem zdravljenju, do motenj pa lahko pride tudi pri astmatikih, ki GK inhalirajo
Posledice so zaostalost, nepravilna rast
Osteporoza
Bolniki, ki so na terapiji z GK so bolj nagnjeni k osteoporozi, še posebej ženske.
Osteoporoza predstavlja izgubo kostnine, kar se zgodi v 2 fazah:
v prvih nekaj mesecih bolnik izgubi 12 kostnine
pri drugi fazi pa bolnik izgublja 2-5 kostnine letno
Izgublja se predvsem trabekularna kostnina in manj kortikalna. Najbolj izpostavljena so rebra in hrbtenica.
Tveganje za to bolezen promesorazmerno raste s trajanjem terapije in odmerki GK.
Pri zdravem človeku se kostnina v 10 letih zamenja, kar regulirajo osteoblasti in osteoklasti. DK spremenijo dejavnost le-teh:
zmanjša se proliferacija in aktivnost osteoblastov, po drugi strani pa spodbujeno delovanje osteoklastov
zmanjša se absorbcija Ca v črevesju, zveča se njegovo izločanje z ledvicami. Takrat se začne izločati parathormon, ki spobdudi osteoklaste, saj je treba vzdrževati neko raven Ca v telesu
zmanjšano izločanje adrenalnih spolnih hormonov
zmanša še število kostnih celic, ker se inducira apoptoza osteoblastov in osteocitov
imajo tudi supresivni učinek na mediatorje homeostaze (rastni hormoni, TGF-β)
zavirajo ekspresijo osteokalcina
upočasjujejo sintezo kolagena I

Mišična atrofija
GK promovirajo katabolna procese v skeletnem mišičju, kar lahko vodi do atrofije.
Najbolj prizadete so proksimalne mišice: kvadriceps, prsne mišice
Najbolj občutljiva so tako imenovana hitra skeletna vlakna
Da bi preprečili ali vsaj upočasnili atrofijo, se je treba veliko gibati in telovaditi.
Še posebej prizadeti so astmatiki, pri katerih opazujemo simptomatično šibkost. Pri njih GK lahko celo pripomorejo k bolezni, saj tudi dihalne mišice postanejo šibkejše
Načini delovanja GK na mišice:
zmanjšan privzem glukoze v skeletne mišice, posledica je razpad mišičnih proteinov
promovira se razgradnja in upočasnjuje sinteza beljakovin
OKO
Katarakt
Predvsem pri pacientih, ki so na dolgotrajni terapiji z GK, manj pa pri tistih, ki zdravilo inhalirajo in še to le pri starejših.
Nastane, ker:
povečana glukoneogeneza zaradi GK
inhibicija Na/K ATPaze
povečana permeabilnost za katione
inhibicija glukoza-6-fosfat dehidrogenaze
inhibicija sinteze RNA
izguba ATP
kovalentna vezava GK na lečo (to najdemo le pri pacientih, ki jemljejo GK, saj katarakt ni izključno zaplet GK terapije)
Glavkom
Tveganje raste premosorazmerno z dozami GK in trajanjem zdravljenja
Poveča se okularna hipertenzija.
GK so vzrok morfološkim in funkcionalnim spremembam v trabekularnem mrežju, kar pripelje do zvišanega intraoklurnega pritiska
Predvsem gre tukaj za spremembe v ECM:
↑ Akumulacija gliukozaminoglikanov
↑ sinteza fibronektina
↑ sinteza kolagena IV
↑ sinteza kolagena I
Ti simptomi so celično specifični, saj jih opazimo le tukaj, drugod GK vedno zavirajo sintezo ECM proteinov, še posebej kolagena I
CENTRALNI ŽIVČNI SISTEM
Simptomi so nihanje razpoloženja, evforija, depresija, poskusi samomorov
Steroidne psihoze so: manija, halucinacije, blodnje
Stanje bolj pogosto pri ženskah v 2 tednih po začetku zdravljenja z GK
Ker spreminjajo razpoloženje, so GK lahko tudi predmet zlorab.
Dolgotrajno zdravljenje GK pa na koncu pripelje k depresiji in utrujenosti, v nekaterih primerih celo do cerebralne atrofije. Posledice lahko čutijo tudi bolniki, ki GK inhalirajo
GK imajo direkten in reverzibilen učinek na spomin in zaznavanje, ki sta vsaj delno uravnavana preko hipokampusa, kjer opazimo zmanjšano razvejanost dendritov, izgubo nevronov in strukturne spremembe sinaps
METABOLIZEM IN ENDOKRINI SISTEM
Zdravljenje z GK lahko inducirajo ali pa bolj izrazijo že predhodno sladkorno bolezen. Inducirajo lahko še adrenalno insuficienco in hipogonadizem.
Diabetes mellitus
zmanjša se produkcija inzulina v β celicah
zmanjša se občutljivost celic na inzulin
To sta tipična znaka diabetesa tipa II.
PTDM (post transplant diabetes mellitus) je diabetes, ki nastane zaradi jemanja GK po transplantaciji organa
Kako delujejo:
↑ glukoneogeneze
↑ degradacija in mobilizacija proteinov
↑ razgradnja glikogena
↑ aktivacija genov, ki dajo encime v glukoneogenetični poti
Adrenalna insuficienca
Gk vplivajo na hipotalamo-hipofizno-adrenalno os tako, da so lahko vzrok iatrigeni Cushingovi bolezni (lunast obraz, buffalo neck, debelost v centralnem predelu), adrenalni insuficienci, prenehanju rasti
Posledica vplivov na HHA os je zmajšana koncentracija ACTH. Temu sledi hipogonadizem in osteoporoza. Dolga supresija ACTH vodi v atrofijo adrenalnega korteksa in sekundarne adrenalne insuficience.
KARDIOVASKULARNI SISTEM
GK povzročijo hipertenzijo, dislipidemijo, reduciran fibrinolitični potencial
Posledica vseh teh dejavnikov so ateroskleroza, bolezni koronarnih žil
Najbolj izpostavljeni so starejši pacienti na dolgotrajnem zdravljenju in velikimi dozami GK, ki so bili že predhodno nagnjeni k kardivaskularnim boleznim
Mehanizem hipertenzije:
↑ upor v sistemskih žilah
↑ ECM
↑ kontraktilnost srca
Treba je tudi upoštevati, da nenadno prehehanje jemanja GK prav tako pripelje do hipertenzije, kar kaže na kompleksnost delovanja GK
GASTROINTESTINALNI TRAKT
Zapleti: rane, krvavenje v zgornjem črevesju, pankreatitis, ustna kandidoza (še posebej pri pacientih, ki inhalirajo GK)
Vzroki teh zapletov:
↑ izločanje HCl
↓ količine želodčne mukoze
↑ hiperplazija parietalnih celic
IMUNSKI SISTEM
GK inhibirajo inflamatorne in specifične imunske sisteme.
Poveča se verjetnost vseh možnih infekcij.