background image

Adrenal Glands and its hormones                                                   ﺩ.ﺑﺎﻥ ﺟﺎﺑﺭ

There are 2 adrenal glands that lie superiorly to each kidney. Each adrenal gland 
composed of 2 parts : an adrenal cortex and an adrenal medulla. 

The  adrenal  medulla  is  the  inner  portion  and  it  secretes  epinephrine  and 
norepinephrine  when  stimulated  to  do  so  by  the  sympathetic  nervous  system. 
These two hormones are called catecholamines and are involved in the “fight or 
flight”mechanism of the nervous system. 

The  adrenal  cortex  is  the  outer  portion  and  secretes  a  variety  of  steroid 
hormones called corticorsteroids (precursor is cholesterol). 

About  80%  of  the  adrenal  gland  is  composed  of  the  cortex  which  has  three 
layers or zones: 

1) Zona glomerulosa – the outermost region or layer 

2) Zona fasciculata – the middle and largest portion 

3) Zona reticularis – the innermost layer. 

All  three  layers  secrete  corticosteroids  of  which  cholesterol  is  the  common 
precursor.  On  the  basis  of  their  primary  actions,  the  adrenal  steroids  can  be 
divided into 3 categories: 

a)  mineralocorticoids  –  aldosterone,  which  influences  mineral  or  electrolyte 
balance; from z. glomerulosa 

b)  glucocorticoids  –  cortisol,  which  plays  a  role  in  glucose  metabolism  and 
proteins and lipids as well; from z. fasciculata 

c)  sex  hormones  –  identical  to  those  produced  by  the  gonads  (male  –  testes; 
female – ovaries); from z. reticularis 

 

Histology of adrenal gland 


background image

Plasma transport of adrenal steroid hormones 

Cortisol:  binds  to  cortisol‐binding  globulin  in  plasma  with  high  affinity  and  to 
albumin  with  low  affinity  (albumin  binds  all  steroids).    Aldosterone:    No  high 
affinity binding protein is present in plasma so binds weakly to albumin and has 
a shorter half‐life than cortisol as a result. 

Metabolism 

The kidney filters free steroid hormone but reabsorbs ~90%. The liver converts 
steroid  hormones  to  hydrophilic  metabolites  by  hydroxylation  and  conjugation 
reactions (liver damage e.g. cirrhosis in alcoholics causes cortisol build up). 

Mineralcorticoids from the zona glomerulosa 

Aldosterone  is  the  primary  one  and  its  most  important  effect  is  its  action  on 
electrolyte balance. Its primary site of action is the distal tubules of the kidney 
nephron (other sites:

 salivary and sweat glands)

 where it promotes Na+ retention into 

the  blood  and  enhances  K+  elimination  into  the  urine  filtrate  (

via  stimulating 

transcription of the Na/K ATPase protein )

. If Na+ is retained, H20 is osmotically attracted 

to  Na+  and  therefore  is  retained  as  well.  This  increase  in  water  in  the  blood 
causes an increased blood volume. This is important in the longterm regulation 
of blood pressure. 

Without mineralocorticoids, death will occur due to large loss of plasma volume 
that would be lead to circulatory shock. Other hormone deficiencies won’t cause 
death  directly  such  as  this  but  problems  associated  could  lead  to  premature 
death. 

Regulation of Aldosterone release or secretion 

Aldosterone is released due to: 

1)  Activation  of  the  renin‐angiotensin  system  in  the  kidneys  and  related  to  a 
decrease in Na+ and decrease in BP. 

2) Direct stimulation of the adrenal cortex by increase in blood K+ concentration 

This zone is relatively independent of the anterior pituitary hormone influence 
of  ACTH.  
It  may  have  a  weak  effect  in  releasing  aldosterone  but  in  general  it 
does not. 


background image

 

Regulation of Aldosterone secretion 

Glucocorticoids from the zona fasciculata  

The main glucocorticoid is cortisol from the z. fasciculata and it has an important 
role in carbohydrate, fat and protein metabolism. 

Overall, cortisol main effect is to increase concentration of blood glucose at the 
expense of fat and proteins.  

  Metabolic effects of Cortisol 

On carbohydrate (CHO) 

1) 

↑  Gluconeogenesis  –  this  is  the  conversion  of  nonCHO  precursors(aa) 

into CHO within the liver. During periods of fasting, the liver delivers glycogen to 
become glucose to maintain normal blood glucose levels for the brain. However, 
if glycogen is depleted, then new glucose is made upon the stimulus of cortisol.  
2) 

Decrease  utilization  of  glucose  by  cells  everywhere  else  in  the  body 

except the brain. So  glucose  more available to the brain. 
 
Summary on CHOs: ↑gluconeogenesis and ↓ other cells’ uptake of glucose,  
so cortisol caused a diabetogenic effect or ↑ blood glucose ' Adrenal diabetes'.  
 
On Protein metabolism 

1)  Cortisol  stimulates  protein  degradation  in  all  cells  except  liver  cells.  So,  by 
breaking down a portion of muscle proteins into their amino acid components, 


background image

cortisol  increases  the  concentration  of  blood  amino  acids.  Now  these  amino 
acids are available for gluconeogenesis at the liver.  

2)  Cortisol  promotes  formation  of  proteins(anabolism)  by  the  liver  which  is 
opposite  to  the  rest  of  the  body  proteins.  The  liver  makes  plasma  proteins  so 
these would be increased as well. 

Summary on protein metabolism: ↓ muscle proteins, ↑ liver proteins. 

On Lipid Metabolism: Cortisol increases lipolysis or increased fatty acids in the 
blood from adipose tissue. These fatty acids can then be used for energy source 
instead of glucose thereby conserving glucose for the brain. 

  Cortisol presence allows for permissiveness 

Cortisol  presence  permits  catecholamines  to  induce  vasoconstriction.  If  not,  a 
person lacking cortisol, may go into circulatory shock (↓blood volume or blood 
pressure) in a stressful situation that needs widespread vasoconstriction. 

  Anti‐inflammatory and Immunosuppressive Effect of cortisol 

1)  Anti‐inflammatory  ‐  Synthetic  glucocorticoids  are  being  administered  to 
inhibit  all  steps  in  inflammation  that  are  actually  very  destructive,  such  as  in 
rheumatoid  arthritis.  They  act  to  decrease  inflammation  and  swelling  and 
stabilize capillary membranes.  

2) Immunosuppression – Corticosteroids are also given to inhibit the effects of 
the  immune  system  by  knocking  out  of  commission  the  white  blood  cells 
responsible  for  antibody  production  and  destruction  of  foreign  cells.  Useful  in 
allergic disorders and preventing organ transplant rejection. 

Overuse and increased amounts of corticosteroids should be avoided and should 
only be used sparingly. 

Reasons why therapeutic use should be limited: 

1) Persons using have limited ability to resist infections 

2) Other undesirable effects can occur with the good ones such as: a)Gastric ulcers b) 
↑blood pressure c) atherosclerosis d) menstrual irreg. 

3)  High  levels  of  exogenous  corticosteroids  can  lead  to  irreversible  atrophy  of  the 
cortisol‐secreting cells of the adrenal gland and later permanent inability of the body to 
produce cortisol


background image

Regulation of Cortisol release 

Two factors that can also influence the negative feedback are diurnal variation 
in cortisol and stress

1)Cortisol levels are highest in the morning and lowest at night. This is primarily 
related to the sleep‐wake cycle. They will be reversed in one who works nightly 
and  sleeps  daily.  This  information  is  particularly  important  to  know:  1)  when 
blood  sample  is  taken;  2)  the  sleep  cycle  of  person  being  sampled;  and  3)  the 
effect of surgery time of day in helping the individual handle the stress. 

2)Stress  can  greatly  affect  levels  of  cortisol  in  the  blood.  It  can  override,  for 
example the hypothalamic‐pituitary axis of negative feedback. The magnitude of 
the  increase  of  blood  cortisol  is  proportional  to  the  intensity  of  the  stressful 
stimulation. More stress – more cortisol. Less stress‐ less cortisol. 

 

Adrenal Androgens  

Adrenal  Androgens    is  produced  and  released  from  the  adrenal  cortex  zona 
reticularis.    DHEA  is  a  weak  androgen  which  stimulates  axillary/pubic  hair 
development at puberty, and libido.  Release of DHEA is stimulated by ACTH.   At 
most times DHEA is a very minor component of adrenal secretions.  

 

 


background image

Pathologies associated with Adrenal cortex hormone secretion

 

A) Oversecretion of Adrenal Cortex Hormones 

1) 1

o

 Hyperaldosteronism – Conn’s syndrome –hypersecreting adrenal tumor of 

zona  glomerulosa;  ↑  aldosterone  with  no  nega ve  feedback.  High  Na+ 
(hypernatremia) and low plasma K+(hypokalemia) which leads to↑↑ BP 

2)  2

o

  Hyperaldosteronism  –  produced  by  any  condition  that  causes  a  chronic 

reduction in arterial blood flow to the kidneys, thereby excessively activating the 
renin‐angiotensin system. Ex. Is atherosclerotic narrowing of the renal arteries. 
Similar results as in above. 

Diagnosis : 

  Electrolyte :  Hypernatraemia – Hypokalaemica   
   Plasma aldosterone : renin activity ratio  
  saline infusion test : if  plasma aldosterone remains high ‐‐ primary type 
  Imaging techniques – CT scan – MRI (adenoma or hyperplasia ) 

 

 

Primary

Secondary 

potassium 

Low

Low 

Sodium 

High

High 

Rennin  

Low

High 

Aldosterone  

High

High 

 

Treatment : Tumour – Remove surgically while in  Bilateral adrenal hyperplasia 
treated by  Spironolactone. 

3)  Hypersecretion  of  cortisol,  Cushing’s  syndrome  –    increase  cortisol  cause  

excess glucose level  which lead to deposit of fat in strange position “moonface”, 

“buffalo hump” (fat above the shoulder blades ). Diabetogenic effect occurs and 

the conditonis called an adrenal diabetes. It Could be due to a) oversecretion of 

CRH or ACTH causing overstimulation of the adrenal cortex (Cushing’s Disease ); 

or, b)adrenal tumors that uncontrollably secrete cortisol independent of ACTH; 

or,  c)ACTH‐secreting  tumors  located  in  places  other  than  the  pituitary,  most 

commonly the lung. 

 


background image

Diagnosis :  

 

Assessment  of  circadian  rhythm  in  cortisol  secretion  :  In    Cushing’s 

syndrome : rhythum is loss  
   Measuring 24‐hour urinary free cortisol Level .  

 

Low dose Dexamethasone suppression test : 

oral Dexametason given 6 hourly for 

2 days then blood for plasma cortisol messured  : if plasma cortisol suppress mean normal 
if no suppression of Pl. cortisol  mean Cushing's syndrome  

  Plasma  ACTH  :  Elevated  mean  secondary  type  (pituitary  dependent  or 

ectopic secretion of ACTH  

  CRH Test – Differentiate ectopic ACTH secretion and Cushing’s disease. In 

Cushing’s disease – plasma ACTH  and cortisol increases over baseline while 
Ectopic ACTH or adrenal tumour – no response  

  Imaging  :CT scan/MRI . 

 

 

Primary

Secondary 

Cortisol 

High

High

ACTH 

Low

High

CRH 

Low 

High

 

Treatment  :  surgical  excision    of  Adrenal  adenoma  and  Adrenal  Carcinoma  .In 
Cushing’s  disease  treated  by  transphenoidal  hyposectomy.  Or  by    Drug  (  block 
cortisol synthesis ) – metyrapone. 

4) Adrenal Androgen Hypersecretion – excess adrenal androgen secretion could 
either be a virilizing adenoma in females with too much testosterone produced. 
In males, it may show up as a feminizing adenoma with too much estrogen but is 
very  rare.  If  ↑androgens  occur  in  prepubertal  boys,  it  may  cause  premature 
secondary sex characteristics. 

B) Insufficiency of Adrenal Cortex Hormones 

1) Primary adrenal insufficiency – called Addison’s Disease – Hyposecretion of all 
hormones  of  the  cortex  ;  due  to  1)idiopathic  atrophy  of  the  adrenal  gland  2) 
autoimmune  that  is  attacking  the  adrenal  cortex.  cortisol  ↓  as  well  as 
aldosterone↓,  ACTH  ↑(darkens  skin  due  to  ↑MSH  as  well  from  the  same 
precursor and cell), lethargy, poor response to stress. Patient had Hypoglycemic, 
hyperkalemia  and  hyponatremia  with  hypotension  and  if  aldosterone  low 
enough, can be very life‐threatening.  

CRH →↑ACTH(atrophied adrenal gland) cortisol ,aldosterone. 


background image

2)  Secondary  adrenal  insufficiency  –  This  may  be  due  to  a  pituitary  or 
hypothalamus  .  abnormality  with  only  a  decrease  in  cortisol.  Aldosterone  not 
affected.   ACTH →↓cortisol only 

Diagnosis:  

  Decrease Plasma cortisol concentration   
  Plasma  ACTH  measurement  :  To  differentiate  between  primary  and 

secondary  adrenal  failure  ;  Primary  insufficiency  ‐  ↑ACTH  .  Secondary  ‐ 
↓ACTH . 

  CRH  stimulation  test  •  To  differentiate  between  secondary  adrenal 

insufficiency  due  to  pituitary  or  hypothalamic  dis.  ;Results  :  •  Pituitary 
disease – no response • Hypothalamic lesions – positive response. 

  ACTH stimulation test: give injection of ACTH  If cortisol increase mean 

secondary type.  

  Plasma  Renin  And  Aldosterone  :  in  primary  type  ,  ↓  aldosterone  level 

with ↑ rennin level. 

 

 

Primary

Secondary 

Cortisol 

Low

Low 

Aldosterone 

Low

Normal  

ACTH 

High

Low 

 

Treatment : 
Hormone  replacement  (Life‐long  replacement  therapy)  :  Hydrocortisone  and 
9α‐fludrocortisone  •  Secondary  adrenocortical  insufficiency  :  definitive 
treatment e.g. surgical removal of a pituitary tumour.  
 

ADRENAL  CRISIS 

:acute  adrenal  insufficiency  ,  Medical  emergency  ,  Acute  in 

onset; can be fatal if not promptly recognized and treated . 

Clinical features : Severe hypovolaemia , Dehydration , Shock , Hypoglycaemia , 
possible mental confusion and loss of consciousness.  

Causes : Precipitated by stress like infection, trauma or surgery in patients with 
incipient adrenal failure.  

Treatment  : Resuscitation e.g. IV fluids, IV glucose. • IV hydrocortisone 100mg 
which should be continued daily  until the patient can take oral medication. 

 


background image

The Adrenal Medulla ‐ responses to acute stress 

The  adrenal  medulla  hormones  are  amino  acid  in  nature

.  It  synthesis    in  the 

cytoplasm of chromaffin cells  ; tyrosine is converted to DOPA by tyrosine hydroxylase; DOPA to 
dopamine by DOPA decarboxylase; dopamine is then pumped into granules and is converted to 
noradrenaline by dopamine  hydroxylase; noradrenaline is then stored or pumped out of the 
granule for conversion to adrenaline (80% of total) by phenyl‐N‐methyl transferase (PNMT) in 

the  cytoplasm.

    Adrenal  is  then  pumped  into  granules  for  storage  and  release 

when stimulated by sympathetic neuron. 

Receptors:  Adrenaline  and  noradrenaline  act  at  adrenergic  receptors  on  cell 
membrane.   

 ß  receptors  (cAMP  coupled);  ß1  (heart,  fat);  ß2  bronchi,  blood  vessels 

(vasodilator skeletal muscle).  

  alpha receptors (PLC coupled): alpha 1, all blood vessels (vasoconstrictor), gut 

sphincters, alpha 2  presynaptic terminals.   

Relative potency of adrenaline and noradrenaline at receptors:  

                                         ß1  A=NA;  ß2  A>>NA;  alpha NA>A.  

Physiological function  

Any stressfull stimuli which activate the sympathetic nervous system – e.g. low 
blood  pressure,  haemorrhage,  pain  which  stimulate  adrenal  medulla  .  The 
adrenal  medulla  contributes  10%  of  the  total  sympathetic  nervous  system 
response to stress so thus it is not vital. 

 Cardiovascular  system,  adrenaline,  cause  increases  heart  rate  and  force  of 
contraction  via  ß  1.  it  stimulates  vasodilation  in  skeletal  muscle  (ß  2),  and 
vasoconstriction in skin (alpha1). Noradrenaline increases mean arterial pressure 
 
 Respiratory system, adrenaline increase dilation of the bronchi and bronchioles 
via ß2 receptors and increase respiratory rate by effects in the CNS. 
 
 GI  tract,  adrenaline  acts  to  cause:  inhibition  of  peristalsis,  relaxation  of  gut 
smooth muscle and contraction of gut sphincters (alpha 1). 
 
 Metabolic  effect  ,  adrenaline  increases  metabolite  availability.    In  liver: 
promotes  glycogenolysis,  gluconeogenesis,  release  of  glucose  into  the 
circulation. skeletal muscle: promotes glycogenolysis .fat: stimulates lipolysis  
 Central nervous system: it causes arousal via actions in the brainstem 
 


background image

Pathologies associated with Adrenal medulla hormone secretion 

If  the  adrenal  medulla  is  removed  the  adrenal  medulla  stress  response  is 
compensated for by the remainder of the sympathetic system. Tumours of the 
adrenal  medulla  (phaeochromocytoma)  constantly  secrete  catecholamines 
causing hypertension, tremor, anxiety, forceful heartbeat. 

Treatment  :  Either  surgical  option  requires  or  adrenoceptor  blocker  like 
phenoxybenzamine  

The body response to stress 

The  stressor  is the  agent  inducing the  response  of  the  body while  stress is the 
state induced by the stressor. The stimuli that can induce a stress response are 
1)  Physical  
‐  trauma,  surgery,  intense  heat  or  cold  2)  Chemical  ‐  ↓O2  supply, 
acid‐base  imbalance3)  Physiological  – heavy  exercise,  pain,  hemorrhagic  shock 
4)  Psychological  or  emotional  –  anxiety  (exams),  fear  5)  Social  –changes  in 
lifestyle. 

The hypothalamus in the brain is in charge of the stress response. When a stress 
response  is  triggered,  it  sends  signals  to  two  other  structures:  the  pituitary 
gland,  and  the  adrenal  medulla.  These  short  term  responses,  are  produced  by 
The Fight or Flight Response via the Sympathomedullary Pathway (SAM). Long 
term stress is regulated by the Hypothalamic Pituitary‐Adrenal (HPA) system.  

 

The body response to acute and chronic stress 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 120 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