background image

1

 

 

Physiology

         Dr. Hanan Luay

 

Lec :6

 

Objectives: 

1- List the main groups of hormones released from the adrenal 

cortex? 

2- Discuss the physiological action of glucocorticoids? 
3- Explain the causes behind the effects of increased or decreased 

cortisol secretion? 

4- Discuss the physiological action of mineralocorticoids? 

 

Suprarenal gland: 

 

 

The two adrenal glands, lie at the superior poles of the two kidneys, each gland 
is  composed  oftwo  distinct  parts,  the  adrenal  medulla  and  theadrenal  cortex. 
The  adrenal  medulla,  the  central  part  of  the  gland,  is  functionally  related  to 
thesympathetic  nervous  system;  it  secretes  the  hormones
epinephrine  and 
norepinephrine  in  responseto  sympathetic  stimulation.  In  turn,  these  hormones 
cause almost the same effects as direct stimulation of the sympathetic nerves in 
all parts of the body. 
The  adrenal  cortex
  (the  outer  part)  secretes  an  entirely  different  group  of 
hormones,  calledcorticosteroids.These  hormones  are  all  synthesized  from  the 
steroid cholesterol,and they all have similar chemical formulas. These hormones 
are: 


background image

2

 

 

1-Mineralocorticoids:  they  have  gained  this  name  because  they  especially 
affect  the  electrolytes  (the  “minerals”)  of  the  extracellular  fluids-sodium  and 
potassium,in particular.  
2-The  Glucocorticoids  have  gained  their  name  because  they  exhibit  important 
effects  that  increase  blood  glucose  concentration.Approximately  90  to  95  per 
cent of the cortisol in the plasma binds to plasma proteins, especially a globulin 
called cortisol-binding globulin or transcortin and, to a lesser extent, to albumin. 
About  2%  is  in  the  free  form  which  is  the  active  form.This  high  degree  of 
binding  to  plasma  proteins  slows  the  elimination  of  cortisol  from  the 
plasma;  therefore,  cortisol  has  a  relatively  long  half  life  
(the  bound  cortisol 
act as a reservoir for the hormone) 
Two  are  of  exceptional  importance  to  the  normal  endocrine  function  of  the 
human body: aldosterone, which is the principal mineralocorticoid, and cortisol, 
which is the principal glucocorticoid. 
3-Sex hormones . 
 
Functions of the Glucocorticoids: 
At least 95 per cent of the glucocorticoid activity of the adrenocortical secretions 
results from the secretion of cortisol, 

Cortisol:

                           

 

The physiological action of cortisol:                                    
1-Effects of Cortisol on Carbohydrate Metabolism: 
It increases blood glucose concentration(antihypoglycemic effect) .When 
hypoglycemia →stimulation of CRH (corticotrophin releasing hormone) 
secretion→ release of ACTH → cortisol release and increase in blood glucose 
level.How? 

a-

It  stimulates gluconeogenesis

  (formation of  carbohydrate  from  proteins  and 

some  other  substances)  by  the  liver,    this  effect  is  part  of  the  effect  on  protein 
,because it increases the enzymes required to convert amino acids into glucose 
in  the  liver  cells.  And  it  causes  mobilization  of  amino  acids  from  the 
extrahepatic tissues mainly  from  muscle.  
As  aresult, more  amino acids become 
available in the plasma to enter into the gluconeogenesis process of the liver and 
thereby to promote the formation of glucose.  
The increase in glucose level will stimulate insulin secretion; also it reduces the 
sensitivity of many tissues, especially skeletal muscle and adipose tissue, to 
the  stimulatory  effects  of  insulin  on  glucose  uptake  and  utilization
.    If  this 
persists for long time it will cause B cell exhaustion →diabetes mellitus. 


background image

3

 

 

b-

Decreased Glucose Utilization by Cells

Cortisol causes a moderate decrease in the rate of glucose utilization by most 
cells in the body (skeletal , muscles and adipose tissue) ,by inhibiting glucose 
entry to the  cells→ increase blood glucose concentration to be available for 
normal brain function ,so it protect the brain from hypoglycemia. 
 
2-Effect on protein metabolism: 

It  exerts 

catabolic

  effect  on  proteins.  It  will  reduce  the  protein  stores  in 

essentially  all  body  cells  except  those  of  the  liver.  This  is  caused  by  both 
decreased  protein  synthesis  and  increased  catabolism  of  protein  already  in  the 
cells.

 Also it depresses the formation of RNA and subsequent protein synthesis 

in many extrahepatic tissues, especially in muscle and lymphoid tissue.

 

It  diverts  amino  acids  from  the  muscles  and  the  liver  for  the  process  of 
deamination and gluconeogenesis, so it facilitates the breakdown of proteins

 

3-Effects of Cortisol on Fat Metabolism: 

It  promotes  mobilization  of  fatty  acids  from  adipose  tissue.  This  increases  the 
concentration  of  free  fatty  acids  in  the  plasma,  which  also  increases  their 
utilization for energy. 
 
4-Effect on minerals: 
It  has  a  similar  effect  to  aldosterone,  although  it  is  weaker  than  it  (1/10  the 
power of Aldosterone). 
It promotes sodium retention and potassium elimination, excessive secretion will 
lead to more sodium retention → water retention, but no edema because there 
is increase in the glomerular filtration rate (GFR). 
 
5-Effect on respiration: 
It is important for the synthesis of surfactant during intrauterine life (to prevent 
respiratory  distress  syndrome).  In  females  who  are  about  to  deliver  preterm 
babies we usually give them cortisol to promote the formation of surfactant). 
 
6-Effect on water balance: 
It causes sodium retention which leads to water retention .It also causes increase 
in GFR(glomerular filtration rate), which counteract the water retention and the 
person does not develop edema. 
 
7-Effect on cardiovascular system: 
Cortisolrestores  vascular  reactivity.    Ithelps  in  maintaining  arterial  response  to 
sympathetic tone. Deficiency of the hormone leads to hypotensive subject due to 


background image

4

 

 

failure  to  maintain  the  peripheral  resistance.  While  patients  with  hyperfunction 
of  the  adrenal  cortex  are  hypertensive(because  of  the  increase  in  peripheral 
resistance). 
8-Effect on GIT: 
Cortisol reduces the resistance of gastric mucosa to HCL so increase secretion of 
it  leads  to  ulcer  (so  before  giving  the  patient  steroid  tablets  ask  him  if  he  has 
gastric pain or ulcer otherwise it may cause perforation to the stomach). Also it 
has  an  anti  vitamin  D  effect  .It  prevent  the  absorption  of  the  vitamin  from  the 
intestine. 
 
9-Effect on lymphoid tissue and heamopoiesis: 
Cortisol suppresses the production of antibodies (used in chronic inflammatory 
diseases)  in  which  inappropriate  antibodies  are  produced  in  the  subject  against 
his  own  tissues 

(

The  administration  of  large  doses  of  cortisol  causes  decreases 

the output of both T cells and antibodies from the lymphoid tissue.  As a result, 
the  level  of  immunity  for  almost  all  foreign  invaders  of  the  body  is 
decreased

Conversely,  this  ability  of  cortisol  and  other  glucocorticoids  to  suppress 
immunity  makes  them  useful  drugs  in  preventing  immunological  rejection  of 
transplanted hearts, kidneys, and other tissues. 

 
10-Effect on bones: 
Excessive secretion leads to osteoporosis due to destruction of the matrix of the 
bone  (catabolic  effect  of  cortisol  on  protein  found  in  the  matrix).This  effect  of 
cortisol in mobilizing proteins could make amino acids available to needs of the 
cells to synthesize substances essential to life. 
 
11-Anti- inflammatory effect of cortisol: 
It has the following effects to prevent inflammation: 
1-Cortisol  stabilizes  the  lysosomal  membranes,  so  decreases  the  proteolytic 
enzymes that are released by the lysosomes
2. Cortisol decreases the permeability of the capillaries. This prevents loss of 
plasma into the tissues. 
3. Cortisol decreases both migration of white blood cells into the inflamed area 
and phagocytosis of the damaged cells. 
4. Cortisol suppresses the immune system, causing lymphocyte reproduction to 
decrease markedly(especially T lymphocytes). 
5. Cortisol attenuates fever mainly because it reduces the release of interleukin-
1 from the white blood cells. 
 Inaddition to that Cortisol causes resolution of inflammation, the rate of healing 
is  enhanced.So  it  can  be  used  in  disease  that  are  characterized  by  severe  local 
inflammation  like  rheumatoid  arthritis,  rheumatic  fever,  and  acute 
glomerulonephritis. 


background image

5

 

 

12-Effect on allergy: 
It blocks the inflammatory response to allergic reactions in the same way that it 
blocks the other types of inflammatory response. 
 
13-Effect on blood: 
It  decreases  the  number  of  eosinophils  and  lymphocytes  in  the  blood.  It  also 
increases  the  production  of  red  blood  cells  (mechanisms  unclear).When  excess 
cortisol  is  secreted  by  the  adrenal  glands,  polycythemia  often  results,  and 
conversely, when the adrenal glands secrete no cortisol, anemia often results. 
 

Mineralocorticoids: 

They  are  secreted  by  the  adrenal  cortex  ,the  most  important  is  Aldosterone 
which increases the reabsorption of Na  from the tubules of the kidney ,salivary 
,sweat ,gastric and intestinal glands ,so it elevates the level of sodium in blood 
while K level is eliminated in the opposite direction. 
Control of aldosterone secretion: 
The release of aldosterone is under the influence of: 

1-The level of K and Na in plasma: 
The increased level of K and the reduction in Na level will cause stimulation of 
aldosterone secretion (direct effect on the adrenal gland). 
2-Heamorhage and hypovolemia: 
This  result  in  decrease  in  venous  return  decrease  in  cardiac  output  systolic 
blood  pressure  is  reduced→  pressure  in  afferent  arterioles  in  the  kidney  is 
reduced  →stimulation  of  juxtaglomerular apparatus  in  the kidney  →release of 
renin which acts on angiotensinogen (alpha 2 globulin synthesized by the liver), 
and convert it to angiotensin I .During its passage to the capillaries of the lung 
converted  to  angiotensin  II  by  converting  enzyme  secreted  by  the  endothelial 
lining of the blood vessel  of the lung. 

Angiotensin  II  1-increases  the  peripheral  resistance  and  2-  it  has  direct 
stimulation  to  the  adrenal  cortex  to  release  aldosteron→Na  retention  and  K 
elimination as a result we have increase in the blood pressure  
So  suprarenal  gland  is  essential  for  life  removal  of  it  will  lead  to 
hypotension and death within short period of time. 
 

Clinical conditions related to the adrenal gland disturbances: 

1-Hyperadrenalism-

Cushing’s Syndrome 

Hypersecretion  by  the  adrenal  cortex  (or  prolonged  exposure  to  high  level  of 
steroids)  causes  a  complex  cascade  of  hormone  effects  called  Cushing’s 
syndrome.
 
The cause for this abnormality is either: 
1-ACTH dependent causes: Increase of ACTH →↑ cortisol level. As in case: 
a-  Tumor (like adenoma) of the anterior pituitary. 


background image

6

 

 

b-  Abnormal function of the hypothalamus that causes high levels of 

corticotropin-releasing hormone (CRH), 

c-  “ectopic secretion” of ACTH by a tumor elsewhere in the body,such as an 

abdominal carcinoma; 

When Cushing’s syndrome is secondary to excess secretion of ACTH by the 
anterior pituitary, this is referred to as Cushing’s disease. 
2-Non- ACTH dependentcauses: 

a-Adrenocortical hyperplasia. 
b-Adenoma or tumor of the adrenal cortex.( Primary overproduction of cortisol 
by  the  adrenal  glands  is  usually  associated  with  reduced  ACTH  levels  due  to 
cortisol feedback inhibition of ACTH secretion by the anterior pituitary gland). 

c-Iatrogenic : administration of large amounts of synthetic glucocorticoid ,as in 
case of asthma, skin diseases and renal disorder 
(so  if  we  are  giving  a  patient  cortisol  for  long  time  we  are  inhibiting  the 
secretion of ACTH from the pituitary gland, so when we  stop giving the drug 
we must do it gradually to give chance to the pituitary to regain producing 
the  ACTH  in  order  to  prevent  hypofunction  of  the  adrenal  gland  because 
ACTH is low in the blood as a result of the drug use). 
 

Symptoms of Cushing’s disease: 

1-Effects on carbohydrate metabolism: 

Increased  blood  glucose  concentration.  This  results  mainly  from  enhanced 
gluconeogenesisand decreased glucose utilization by the tissues and may cause 

diabetes mellitus. 

2-The effects on protein: 
Protein  catabolism  is  often  profound  in  Cushing’s  syndrome,  causing  greatly 
decreased  tissue  proteins  almost  everywhere  in  the  body.  Severe  muscles 
weakness and wasted thin limbs. Skin atrophy (bruises) and osteoporosis of 
the  bones  (back  pain).The  loss  of  protein  synthesis  in the  lymphoid  tissues 
leads to a suppressed immune system, so that many of these patients die of 
infections.  Also because of loss  of  protein in the  subcutaneous  tissues,  they 
tear easily, resulting in development of large purplish striae
in the skin

.

 

 

3-The most striking feature of the disease: 

Buffalohamp:mobilization  of  fat  from  the  lower  part  of  the  body  andabnormal 
deposition of fat in the lower part of the neck, the thoracic and upper abdominal 
regions. 

a-  Moon face 
b-  Increase of Na and water retention. 
c-  Excessive secretion of sex hormone acne, hirsutism(excess growth of hair 

on the face). 

d-  About 80 per cent of patients have hypertension, presumably because of 

the slight mineralocorticoid effects of cortisol. 


background image

7

 

 

 

 

 
 
 

Hypofunction of the adrenal cortex: 

Hypoadrenalism-Addison’s Disease: 

1-Primary →tumor in the adrenal glandAddisson's disease. 
2-Secondary→  reduction  of  the  ACTH  secretion  due  to  pituitary  or 
hypothalamic disorder. 
The causes of Addisson's disease: 
a-Autoimmune disease: antigene –antibody reaction. 
b-Tuberculosisor invasion of the adrenal cortices by cancer →destruction of the 
gland.  The  symptoms  partly  due  to  aldosteron  deficiency  but  mainly  due  to 
glucocorticoid deficiency. 
 
Symptoms of Addisson's disease: 
1-Mineralocorticoid Deficiency: 
Sodium ions, chloride ions, and water are lost into urine in great amounts while 
K  is  preserved.  The  net  result  is  a  greatly  decreased  extracellular  fluid  volume 
which  leads  to  hypotension.  Cardiac  output  decreases,  and  the  patient  dies  in 
shock if not treated. 
2-Glucocorticoid Deficiency
Hypoglycemia due to reduction of  gluconeogenesis. It reduces the mobilization 
of  bothproteins  and  fats  from  the  tissues,  thereby  depressingmany  other 
metabolic functions of the body. 

2-Melanin  Pigmentation:  pigmentation  of  the  mucous  membranes  and  skin.  
Especially of the area that is already pigmented exposed to light e.g. face, neck, 


background image

8

 

 

back  of  the  neck,  hand,  elbow  ,knee.Also  mucus  membrane  like  lips,  eyelids 
and vagina. 
The cause of pigmentation is as follows: 

When  cortisol  secretion  is  depressed,  thenormal  negative  feedback  to  the 
hypothalamus  andanterior  pituitary  gland  is  also  depressed,  thereforeallowing 
tremendous  rates  of  ACTH  secretion  as  well  as  simultaneous  secretion  of 
increased  amounts  ofMSH.  Probably  the  tremendous  amounts  of  ACTHcause 
most  of  the  pigmenting  effect  because  they  canstimulate  formation  of  melanin 
by the melanocytes in the same way that MSH does. 
 
 

 

            13              24                                                    39 

 

↓ 

↓ 

This is like MSHAll the activity of the ACTH is due to this limit 
 

 

 

Addisonian  Crisis.Great  quantities  of  glucocorticoids  are  occasionally 
secretedin  response  to  different  types  of  physical  or  mentalstress.  In  a  person 
with  Addison’s  disease,  at  rest  the  patient  is  normal  but  the  output 
ofglucocorticoids does not increase during stress. Yetwhenever different types of 
trauma, disease, or otherstresses, such as surgical operations, a personis likely to 
have  an  acute  need  for  excessive  amounts  ofglucocorticoids  and  often  must  be 
given morethan the normal quantities of glucocorticoids toprevent death. 
This  critical  need  for  extra  glucocorticoids  and  theassociated  severe  debility  in 
times of stress is called anaddisoniancrisis, in which GIT symptoms happen and 
acute  abdominal  pain,and  hypotension.  We  have  to  correct  it  rapidly  by 
dexamethazol injection. 
The  crises  happens  sometimes  in  cases  like  asthma  we  give  the  patients  high 
doses  of  cortisol,  so  we  have  suppression  of  the  activity  of  the  adrenal  gland, 
when  stop  giving  the  drug  we  have  to  stop  it  gradually  not  suddenly  to  avoid 
Addissonian crises. 
 

Adrenal medulla:

 

This  gland  secretes  adrenalin  and  noradrenalin  (catecholamine),  it  is  not  under 
the  control  of  pituitary  gland  or  hypothalamus,  but  it  is  controlled  by  the 
autonomic  nervous  system  so  the  hormones  are  called  the  hormones  of 
emergency. 
The  quantity  of  adrenalin  is  about  4-5  times  as  much  as  that  of  noradrenalin 
Themetabolic  effect  of  catecholamine  is  mainly  due  to  the  effect  of  adrenalin 
rather than noradrenalin these effects include: 

a-  Increase the glucose level in the blood by: 


background image

9

 

 

1- Stimulation of gluconeogenesis. 

2-Inhibiting the release of insulin. 

b-  Increase  the  level  of  free  fatty  acids  in  blood  so  it  is  concerned  as  a 

ketogenic factor. 

These  effects  of  the  hormones  in  various  tissues  are  grouped  according  to  the 
receptors with which they interact .we have 2 groups: 

1-  Alpha receptors serve excitatory function as vasoconstriction. 
2-   Beta  receptors:  serve  predominantly  inhibitory  function  as  vasodilatation 

and bronchodiltation. 

Except the effect on the heart → increase the force of concentration→ increase 
cardiac output→ increase systolic blood pressure→ increase pulse pressure. 
Adrenalin causes tachycardia with an increase in cardiac output and a fall in the 
peripheral resistance, so we have increase in systolic blood pressure and a drop 
in the diastolic pressure, increase in pulse pressure. 
Noradrenaline  increase  the  total  peripheral  resistance  while  adrenalin  causes 
vasoconstriction  in  splanchnic  areas  and  dilatation  of  skeletal  muscle  blood 
vessels→ decrease in peripheral resistance→ decrease in blood pressure. 
The  clinical  conditions  result  from  disturbances  of  the  release  of 
catecholamins

Pheochromocytoma  a  tumor  of  the  adrenal  medulla  →  increase  secretion  of 
catecholamins  continuously  or  periodically  (in  young  age  mainly  20-25  years 
old).Increase  in  blood  pressure  →decrease  diastolic  pressure→  increase  in 
pulse pressure. 
This  case  is  associated  with  flushing,  sweating  (perspiration),  palpitation  or 
tachycardia, tremor of the hand and the patient may have headache. 
Estimation of adrenalin and noradrenalin is done through the estimation of their 
metabolites in urine which is called venylmandillic acid (VMA). 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 12 عضواً و 206 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل