การทำงานของต่อมหมวกไตส่วนในและการหลั่งสารแคทีโคลามีน

ต่อมหมวกไตส่วนใน (adrenal medulla) เป็นแกนกลางของต่อมหมวกไตและทำหน้าที่เป็นส่วนพิเศษของระบบประสาทซิมพาเทติก เซลล์โครมาฟฟิน (chromaffin cells) ของต่อมนี้จะสังเคราะห์ เก็บ และหลั่งสารแคทีโคลามีน (catecholamines) ซึ่งส่วนใหญ่คืออิพิเนฟริน (epinephrine) และนอร์อิพิเนฟริน (norepinephrine) เข้าสู่กระแสเลือดโดยตรง เพื่อเป็นกลไกฮอร์โมนในการตอบสนองแบบ 'สู้หรือหนี' (fight-or-flight) อย่างรวดเร็ว

Definition

การทำงานของต่อมหมวกไตส่วนในคือการหลั่งสารแคทีโคลามีน (ส่วนใหญ่คืออิพิเนฟรินและนอร์อิพิเนฟริน) โดยเซลล์โครมาฟฟินของต่อมหมวกไตส่วนใน เพื่อตอบสนองต่อการกระตุ้นจากเส้นประสาทซิมพาเทติกก่อนปมประสาท (preganglionic sympathetic stimulation) ซึ่งจะส่งฮอร์โมนเข้าสู่กระแสเลือดเพื่อเป็นสื่อกลางในการตอบสนองต่อความเครียดทางสรีรวิทยาแบบเฉียบพลัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงต้นกำเนิดการพัฒนาของต่อมหมวกไตส่วนใน การสังเคราะห์และการเก็บสารแคทีโคลามีนในเซลล์โครมาฟฟิน กลไกกระตุ้นการหลั่งสารด้วยระบบประสาท และผลกระทบต่อระบบต่างๆ ของร่างกาย นอกจากนี้ยังเปรียบเทียบผลผลิตทางประสาทและต่อมไร้ท่อของต่อมหมวกไตส่วนในกับผลผลิตสเตียรอยด์ของต่อมหมวกไตส่วนนอก ซึ่งครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• เหตุใดต่อมหมวกไตส่วนในจึงถูกพิจารณาว่าเป็นปมประสาทซิมพาเทติกที่ปรับเปลี่ยนไป และสิ่งนี้อธิบายการควบคุมการทำงานของมันได้อย่างไร?
• แคทีโคลามีนถูกสังเคราะห์และเก็บรักษาอย่างไร และอะไรทำให้อิพิเนฟรินเป็นผลิตภัณฑ์หลักของต่อมหมวกไต?
• แคทีโคลามีนจากต่อมหมวกไตส่วนในที่ไหลเวียนอยู่ในกระแสเลือดทำให้เกิดผลกระทบแบบ 'สู้หรือหนี' ทั่วร่างกายได้อย่างไร?

Key concepts

• เซลล์โครมาฟฟิน
• แคทีโคลามีน (อิพิเนฟริน, นอร์อิพิเนฟริน)
• ไทโรซีนไฮดรอกซิเลสเป็นเอนไซม์จำกัดอัตรา
• PNMT และการสังเคราะห์อิพิเนฟริน
• ปมประสาทซิมพาเทติกที่ปรับเปลี่ยนไป
• การกระตุ้นโคลินเนอร์จิก (ก่อนปมประสาท) ของเส้นประสาทสแปลนคนิก
• การเก็บในโครมาฟฟินแกรนูลและการหลั่งออกนอกเซลล์
• การตอบสนองแบบสู้หรือหนี

Mechanisms

ต่อมหมวกไตส่วนในพัฒนามาจากเซลล์ประสาทเครสต์ (neural crest) และถูกเลี้ยงโดยเส้นใยประสาทซิมพาเทติกก่อนปมประสาท ดังนั้นเซลล์โครมาฟฟินจึงทำหน้าที่คล้ายเซลล์ประสาทหลังปมประสาท (postganglionic neurons) ที่หลั่งสารผลิตภัณฑ์เข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตแทนที่จะหลั่งเข้าสู่ไซแนปส์ การสังเคราะห์แคทีโคลามีนเริ่มต้นจากไทโรซีน (tyrosine) โดยมีเอนไซม์ไทโรซีนไฮดรอกซิเลส (tyrosine hydroxylase) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจำกัดอัตราการเปลี่ยนเป็น DOPA ตามด้วยการดีคาร์บอกซิเลชัน (decarboxylation) เป็นโดปามีน (dopamine) และเบต้า-ไฮดรอกซิเลชัน (beta-hydroxylation) เป็นนอร์อิพิเนฟริน ในเซลล์โครมาฟฟินหลายชนิด เอนไซม์ฟีนิลเอทานอลามีน เอ็น-เมทิลทรานสเฟอเรส (phenylethanolamine N-methyltransferase, PNMT) ซึ่งถูกกระตุ้นโดยคอร์ติซอลในปริมาณสูงที่ไหลมาจากต่อมหมวกไตส่วนนอก จะทำการเมทิลเลชัน (methylation) นอร์อิพิเนฟรินให้เป็นอิพิเนฟริน ซึ่งเป็นแคทีโคลามีนหลักของต่อมหมวกไตในมนุษย์ สารผลิตภัณฑ์จะถูกเก็บไว้ในโครมาฟฟินแกรนูล (chromaffin granules) และถูกปล่อยออกโดยกระบวนการเอกโซไซโทซิส (exocytosis) ที่ขึ้นกับแคลเซียม เมื่ออะเซทิลโคลีน (acetylcholine) จากเส้นประสาทสแปลนคนิก (splanchnic nerves) กระตุ้นเซลล์ เมื่อเข้าสู่กระแสเลือด สารเหล่านี้จะออกฤทธิ์ต่อตัวรับอะดรีเนอร์จิก (adrenergic receptors) ทั่วร่างกายเพื่อเพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจและการบีบตัวของหัวใจ ปรับการไหลเวียนของเลือด ขยายหลอดลม และเพิ่มระดับน้ำตาลในเลือด

Clinical relevance

สรีรวิทยาของต่อมหมวกไตส่วนในเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจเนื้องอกที่หลั่งแคทีโคลามีน เช่น ฟีโอโครโมไซโตมา (pheochromocytoma) ซึ่งทำให้เกิดความดันโลหิตสูงเป็นพักๆ หรือต่อเนื่อง และอาการอะดรีเนอร์จิกอื่นๆ ผ่านการหลั่งแคทีโคลามีนที่มากเกินไป บทความนี้อธิบายถึงการทำงานปกติและพื้นฐานทางสรีรวิทยาของภาวะดังกล่าวเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษาสำหรับบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Evidence & guidelines

วิถีการสังเคราะห์และการควบคุมการหลั่งแคทีโคลามีนโดยระบบประสาทเป็นสรีรวิทยาที่ได้รับการยอมรับมานานและอธิบายไว้ในตำรามาตรฐาน โดยมีการทบทวนการควบคุมเอนไซม์ไทโรซีนไฮดรอกซิเลสโดย Zigmond et al. (1989) บทบาทของแคทีโคลามีนจากต่อมหมวกไตส่วนในต่อการตอบสนองฉุกเฉินนั้นมีที่มาจากงานคลาสสิกของ Cannon เกี่ยวกับปฏิกิริยา 'สู้หรือหนี'

History

สารสกัดจากต่อมหมวกไตส่วนในเป็นหนึ่งในฮอร์โมนกลุ่มแรกๆ ที่ได้รับการศึกษา และมีการแยกสารออกฤทธิ์ได้ประมาณปี ค.ศ. 1900 Walter Cannon ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้กำหนดบทบาทของต่อมหมวกไตส่วนในในการตอบสนองฉุกเฉินแบบ 'สู้หรือหนี' งานวิจัยในช่วงกลางศตวรรษโดย von Euler ได้ระบุนอร์อิพิเนฟรินว่าเป็นสารสื่อประสาทซิมพาเทติก และโดย Axelrod ได้ชี้แจงการเผาผลาญแคทีโคลามีน ซึ่งเป็นการยืนยันบทบาทของต่อมหมวกไตส่วนในอย่างมั่นคงในสรีรวิทยาประสาทซิมพาเทติก

Key figures

• Walter Cannon
• Ulf von Euler
• Julius Axelrod

Seminal works

• zigmond-1989
• cannon-1929

Frequently asked questions

เหตุใดอิพิเนฟรินจึงเป็นฮอร์โมนหลักของต่อมหมวกไตส่วนในในมนุษย์?

เซลล์โครมาฟฟินหลายชนิดแสดงออกถึงเอนไซม์ PNMT ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เปลี่ยนนอร์อิพิเนฟรินเป็นอิพิเนฟริน เอนไซม์ PNMT ถูกกระตุ้นโดยความเข้มข้นของคอร์ติซอลที่สูงซึ่งเข้าถึงต่อมหมวกไตส่วนในจากต่อมหมวกไตส่วนนอกที่อยู่รอบๆ ดังนั้นต่อมหมวกไตส่วนในจึงหลั่งอิพิเนฟรินเป็นหลัก

ต่อมหมวกไตส่วนในแตกต่างจากต่อมหมวกไตส่วนนอกในการควบคุมการทำงานอย่างไร?

ต่อมหมวกไตส่วนในถูกควบคุมโดยระบบประสาท โดยเส้นใยประสาทซิมพาเทติกก่อนปมประสาท (สแปลนคนิก) จะหลั่งอะเซทิลโคลีน และหลั่งแคทีโคลามีนภายในไม่กี่วินาที ส่วนต่อมหมวกไตส่วนนอกถูกควบคุมโดยฮอร์โมนและผลิตสเตียรอยด์ในระยะเวลาที่ช้ากว่า