Hormone und Verhalten

• Hormone sind chemische Signalsubstanzen• Endokrines System und

Zentralnervensystem interagieren miteinander

• Prinzipien der hormonellen Wirkungsweisen

• Spezifische Hormonsysteme

Ein erstes Experiment (1849)Arnold Adolph Berthold (1849)

Endokrine DrüsenZirbeldrüse

Hirnanhangdrüse

Schilddrüse

Nebenniere

Bauchspeicheldrüse

Gonaden

Chemische Kommunikation

Prinzipien der Hormonwirkung

1. Hormone wirken graduell und beeinflussen Verhalten lange nachdem ihre Konzentration im Blut abgenommen hat

2. Hormone ändern die Intensität oder Häufigkeit von Verhaltensweisen. Sie dienen nicht als An- oder Ausschalter

Prinzipien der Hormonwirkung

3. Hormone beeinflussen Verhalten und Verhalten beeinflusst Hormone (Aggression, Sportzuschauer)

4. Jedes Hormon beeinflusst verschiedene Gewebe, Organe und Verhaltensweisen. Genauso kann eine einzelne Verhaltensweise von vielen verschiedenen Hormonen beeinflusst werden

Prinzipien der Hormonwirkung

5. Hormone werden in kleinen Mengen produziert und in Stößen sekretiert

6. Die Konzentration von vielen Hormonen variiert rhythmisch

7. Hormone führen zu langfristigen Veränderungen des Stoffwechsels

8. Hormone interagieren

Prinzipien der Hormonwirkung

9. Die chemische Struktur eines Hormons ist bei allen Wirbeltieren ähnlich, obwohl die Funktion sich deutlich unterscheiden kann

10. Hormone können nur Zellen beeinflussen die Rezeptoren dafür haben und die Funktion der Zellen ändern. Bei verschiedenen Wirbeltieren besitzen die selben Hirnregionen ähnliche Rezeptoren

Unterschiede neuronales und endokrines System

• Neurone haben relativ feste Verbindungen (Telefon), Hormone senden Informationen im ganzen Körper (Fernsehen)

• Neuronale Verbindungen sind schnell (msec), hormonelle sind langsam (Sekunden/Minuten)

• Neuronale Nachrichten sind binär, hormonelle variieren graduell in ihrer Stärke

• Hormonelle Reaktionen können nicht willkürlich ausgelöst werden, neuronale meist schon

Gemeinsamkeiten• Hormone und Neurone produzieren und lagern

chemische Botenstoffe für spätere Freisetzung• Hormone und Neurone werden stimuliert und

setzen dann ihre Botenstoffe frei• Es gibt eine große Vielfalt an chemischen Stoffen

die als Transmitter oder Hormone oder als beides dienen

• Die Botenstoffe reagieren mit spezifischen Rezeptormolekülen

• Die gleichen Substanzen fungieren als sekundäre Botenstoffe

Neuroendokrine Interaktionen

Nervensystem und Hormonsystem sind mittels neuroendokriner Zellen miteinander verbunden.

Der Hypothalamus ist Teil des Nervensystem und gleichzeitig oberste Kontrollinstanz über das Hormonsystem

Klassen von Hormonen

Wirkungsweisen

Übersicht

Hypophyse (Hirnanhangdrüse)

• Sitzt direkt unter dem Hypothalamus• Wiegt ca. 1 g und ist 1 cm3 groß• Wird vom Hypothalamus kontrolliert und

ist die wichtigste neuroendokrine Schnittstelle

• Besteht aus Adenohypophyse (anterior) und Neurohypophyse (posterior)

Neurohypophyse

Oxytocin

• Verstärkt Geburtswehen• Führt zur Ausschüttung von Milch• Kontaktanregend („Schmusehormon“)• Wird während des Orgasmus bei Männern

und Frauen freigesetzt• Wird auch von hypothalamischen Zellen als

Neurotransmitter benutzt und von dort ins gesamte Gehirn projiziert

AdenohypophyseFreisetzende oder hemmende Hormone

Endotrope(gerichtete) Hormone

zu den endokrinen Drüsen

zur Hypophyse

Ausschüttungen der Adenohypophyse

Rückkoppelung

Hormonelle Störungen

Homöostatische Kontrolle

• Verschiedene Körperzustände (Temperatur, Flüssigkeit, Energiereserven) müssen innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden.

• Dazu werden Systeme mit negativer Rückkoppelung benutzt.

• Redundante System sorgen für hohe Ausfallsicherheit.

Negative Rückkoppelung

Thermoregulation• Körpertemperatur ist für alle biologische

Prozesse kritisch• Manche Tiere erzeugen Wärme

(endotherm), andere passen ihre Temperatur der Umgebung an (ektotherm)

• Endothermie kostet sehr viel Energie, scheint aber mit längerer Ausdauer einherzugehen

• Temperatur wird durch Verhalten und durch autonome Prozesse reguliert

Stoffwechsel• Nahrung wird dazu benutzt um Energie im

Körper zu erzeugen• Diesen Prozess nennt man Stoffwechsel• Dabei wird auch (oder vor allem) Wärme

erzeugt (wie z.B. beim Automotor)• Es werden zwischen 60 und 600 kcal pro

Stunde erzeugt (in Ruhe ein Drittel durch das Gehirn)

• Eine kcal erwärmt einen Liter Wasser um ein Grad

Reaktionen auf Hitze und Kälte

Volumen und Oberfläche

Grösseres Volumen führt bei gleicher Körperform zu weniger Oberfläche pro Volumeneinheit. Das bedeutet weniger Wärmeverlust. Verschiedene Formen können bei gleichem Volumen aber unterschiedlich große Oberflächen haben (wie rechts in b).

Körpergrösse und Wärmeproduktion

Kleine Tiere haben relativ zum Volumen eine größere Oberfläche. Sie geben daher mehr Wärme ab und müssen auch mehr Wärme produzieren.

Anpassungen

Eine größere Körperoberfläche wie bei dem Wüstenfuchs rechts ermöglicht eine vermehrte Abgabe von Wärme. Beim Polarfuchs ist die Oberfläche kleiner, damit möglichst wenig Wärme verloren geht.

Verhaltensthermoregulation und physiologische Regulation

Multiple Thermostaten

Das Nervensystem kontrolliert und reguliert alle Vorgänge, die den Wärmehaushalt betreffen. Dabei gibt es zur Sicherheit mehrere Kontrollkreisläufe. Im Normalfall werden dabei Sensoren im Hypothalamus benutzt. Es gibt aber auch antizipatorischeKontrollmechanismen, die auf Wärmerezeptoren in der Haut beruhen.

Thermoregulation

Flüssigkeitsregulation

• Die Funktion unserer Zellen ist auf eine salzhaltige Umgebung (Meer) abgestimmt.

• Salz und Wasser müssen gemeinsam reguliert werden.

• Durst entsteht wenn Flüssigkeit fehlt oder die Salzkonzentration der extrazellulären Flüssigkeit sich ändert.

Wasserhaushalt

Osmose

Zwei Arten von Durst

Flüssigkeitsregulation

Nahrungs- und Energiehaushalt

• Nahrung versorgt uns mit Energie und Nährstoffen (9 von 20 Aminosäuren!)

• Insulin ist kritisch für den Energiehaushalt• Schnelles Lernen führt zur Vermeidung

giftiger Nahrung• Es gibt vielfältige Gehirnzentren zur

Kontrolle des Hungers

Was passiert mit dem Essen?

• 25% können nicht verwertet werden und werden ausgeschieden

• 8% wird bei der Verdauung verbraucht• Der größte Teil, 55%, werden verbraucht

um den Körperzustand aufrecht zu erhalten (Wärme, Flüssigkeit, Ruhepotentiale)

• Der Rest, 12%, wird bei aktivem Verhalten verbraucht

Körpergrösse und Stoffwechsel

Diäten und Stoffwechsel

Die Rolle von Insulin

Kurzzeitspeicher

Langzeitspeicher

Glucagon und Insulin

Freisetzung von Insulin

• Insulin wird auch benötigt um Glukose ins Innere der Zellen zu bringen

• Antizipatorische Freisetzung von Insulin wenn wir Nahrung wahrnehmen

• Verdauungsorgane setzen Hormone frei, die wiederum Insulin freisetzen

• Glukodetektoren im Blut führen zur Ausschüttung von Insulin

Futteraversion

Kontrolle der Nahrungsaufnahme

Läsionen und Übergewicht

Läsionen und Untergewicht

Fettabsauger?

Homöostatische Kontrolle

• Verschiedene Körperzustände (Temperatur, Flüssigkeit, Energiereserven) müssen innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden.

• Dazu werden Systeme mit negativer Rückkoppelung benutzt.

• Redundante System sorgen für hohe Ausfallsicherheit.

• Das war‘s für heute!