background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

 
 
 

 

 

Hormones of the 

adrenal gland

 

[Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013 

1. 

Hormones of the adrenal cortex

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

Lecture 7  

Sunday 23/3/2014 

 

Hormones of the adrenal gland 

 

Objectives: 

1.  Describe the structure and function of the adrenal cortex 

2.  List the hormones synthesized by each specific zone of the adrenal cortex and state 

their functions 

3.  Describe the following adrenal disorders: 

a.  Addison's disease 

b.  Conn's syndrome 

c.  Cushing syndrome 

d.  Congenital adrenal hyperplasia 

 

The structure of the adrenal gland 

 

The two adrenal glands (also called the suprarenal glands) are situated in the abdomen, 

on either side of the vertebral column, above the kidneys and below the diaphragm

When cut in half each gland consists of 

1. 

An outer cortex, yellow in color and 

 

2. 

An inner medulla, which is dark red, or grey

 

 

 

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

 

The cortex consists of three distinct zones 

1. 

Zona glomerulosa

 

2. 

Zona fasciculata

 

3. 

Zona reticularis  

 

Each zone has a characteristic histology and secretes different types of hormones

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

The medulla consists of many large columnar cells called "chromaffin cells". These 
synthesize and secrete catecholamines

 when stimulated by the sympathetic nervous 

system.

 

 
Layer
 

 
Name
 

 
Primary product
 

Most 
superficial 
cortical 
layer 

Zona 
glomerulosa

 

 

mineralocorticoid (aldosterone) which is responsible for the 
regulation of salt and water balance in the body

 

Middle 
cortical 
layer 

Zona 
fasciculata

 

 

glucocorticoid (cortisol) which regulates the level of 
carbohydrate in the body

 

Deepest 
cortical 
layer 

Zona 
reticularis  

 

 

sex hormones (progesterone, oestrogen precursors and 
androgens) which have a role in the development of sexual 
characteristics

  


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

Hormone synthesis 

All adrenocortical hormones are synthesized from cholesterol. Cholesterol is transported 

into the adrenal gland. Subsequent steps to generate aldosterone and cortisol, primarily 

occur in the adrenal cortex: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cholesterol is converted to pregnenolone, which is the precursor of all the other steroids 

and stands at the first branch point in the adrenal steroidogenic network 

Steroidogenic defects can cause congenital adrenal hyperplasia (CAH). This condition 

may cause symptoms ranging from mild acne to salt wasting, depending on the nature of 

the genetic mutation. 

Quick quiz: 

Which of the following is responsible for the biosynthesis of steroid hormones? 

1.  7-dehydrocholesterol 

2.  7-hydroxycholesterol 

3.  cholesterol 

4.  calciferol 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

CAH Due to 21-Hydroxylase Deficiency 

Greater than 90% of the cases of CAH are the result of deficiency in the enzyme steroid 

21-hydroxylase. Absolute or partial deficiency in this enzyme leads to two problems: 

1.  Deficiency in production of cortisol and aldosterone: Aldosterone is necessary for 

normal retention of sodium by the kidney, and in its absense, a "salt wasting" 

disorder occurs. 

2.  Shunting of steroid precursors to form androgens: In the absence of 21-

hydroxylase, concentrations of 17-hydroxyprogesterone increase substantially and 

is converted to androgens including testosterone and dihydrotestosterone. The 

resulting secretion of relative large quantities of androgens early in life leads to 

virilization of female fetuses and abnormal development in male children 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

Hypoadrenocorticism (Addison's disease)results from idiopathic atrophy of the adrenal 

cortex induced by autoimmune responses that will lead to decreased production of cortisol 

and, in some cases, also results in decreased production of aldosterone.  

If aldosterone levels are insufficient characteristic electrolyte abnormalities are evident 

owing to increased excretion of Na+ and decreased excretion of K+ chiefly in urine but 

also in sweat, saliva, and the GI tract. This condition leads to isotonic urine and decreased 

blood levels of Na+ and Cl− with increased levels of K+. Left untreated, aldosterone 

insufficiency produces severe dehydration, plasma hypertonicity, acidosis, decreased 

circulatory volume, hypotension, and circulatory collapse. 

Cortisol deficiency impacts carbohydrate, fat, and protein metabolism and produces 

severe insulin sensitivity. Gluconeogenesis and liver glycogen formation are impaired, and 

hypoglycemia results. As a consequence, hypotension, muscle weakness, fatigue, 

vulnerability to infection, and stress are early symptoms. A characteristic 

hyperpigmentation on both exposed and unexposed parts of the body is evident.  

 
Hormones secreted by the Adrenal Cortex 

1.  Mineralocorticoids 

The primary mineralocorticoids aldosterone is aldosterone. Its secretion is regulated by the 

oligopeptide angiotensin II (angiotensin II is regulated by angiotensin I, which in turn is 

regulated by renin). Aldosterone is secreted in response to high extracellular potassium 

levels, low extracellular sodium levels, and low fluid levels and blood volume. Aldosterone 

affects metabolism in different ways: 

a.  It increases urinary excretion of potassium ions  

b.  It increases interstitial levels of sodium ions  

c.  It increases water retention and blood volume 

Removal of the adrenal glands leads to death within just a few days. Due to: 

1. 

the concentration of potassium in extracelluar fluid becomes 

dramatically elevated 

2. 

urinary excretion of sodium is high and the concentration of 

sodium in extracellular fluid decreases significantly 

3. 

volume of extracellular fluid and blood decrease 

4. 

the heart begins to function poorly, cardiac output declines 

and shock ensues 

Clearly mineralocorticoids are acutely critical for maintenance of life!  


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

 
Quick quiz

 which of the following is negative statement for the actions of aldosterone 

1. 

most potent and active mineralocorticoid 

2. 

it retains Na+ and excretes K+ 

3. 

acts at loop of Henle of the kidney 

4. 

it excretes H+ and NH

4

+ ions 

 
Aldosterone and Mineralocorticoid 
Receptors 
Cortisol, have "weak mineralocorticoid 

activity", which is of some importance 

because cortisol is secreted very much 

more abundantly than aldosterone. i.e. a 

small fraction of the mineralocorticoid response in the body is due to cortisol rather than 

aldosterone.  

The mineralocorticoid receptor binds both aldosterone and cortisol with equal affinity. 

Moreover, the same DNA sequence serves as a 

hormone response element

 for the 

activated (steroid-bound) forms of both mineralocorticoid and glucocorticoid receptors.  

 

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

Q: 

How can aldosterone stimulate specific biological effects in this kind of 

system, particularly when blood concentrations of cortisol are something like 2000-

fold higher than aldosterone?  

A: 

In aldosterone-responsive cells, cortisol is effectively destroyed, allowing 

aldosterone to bind its receptor without competition. Target cells for aldosterone express 

the enzyme 11-beta-hydroxysteroid dehydrogenase, which has no effect on aldosterone, 

but converts cortisol to cortisone, which has only a very weak affinity for the 

mineralocorticoid receptor. In essence, this enzyme "protects" the cell from cortisol and 

allows aldosterone to act appropriately.  

 

Control of Aldosterone Secretion 

The two most significant regulators of aldosterone secretion are:  

 

Concentration of potassium ions in extracellular fluid: Small increases in blood 

levels of potassium strongly stimulate aldosterone secretion. 

 

Angiotensin II: Activation of the renin-angiotensin system as a result of decreased 

renal blood flow (usually due to decreased vascular volume) results in release of 

angiotensin II, which stimulates aldosterone secretion. 

Factors which suppress aldosterone secretion include atrial naturetic hormone, high 

sodium concentration and potassium deficiency.  

 

Disease States: (refer to the clinical cases supplement) 

1.  A deficiency in aldosterone can occur by itself or, more commonly, in conjunction 

with a glucocorticoid deficiency, and is known as hypoadrenocorticism or Addison's 

disease 

2.  Primary aldosteronism (Conn's syndrome) is caused by the overproduction of 

aldosterone 

 

2.  Glucocorticoids 

Cortisol and Glucocorticoid Receptors 

Cortisol binds to the glucocorticoid receptor in the 

cytoplasm and the hormone-receptor complex is then 

translocated into the nucleus, where it binds to its DNA 

response element and modulates transcription from a 

battery of genes, leading to changes in the cell's 

phenotype.  


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

Only about 10% of circulating cortisol is free. The remaining majority circulates bound to 

plasma proteins, particularly corticosteroid-binding globulin (transcortin).  

Quick quiz: 

glucocorticoids are transported in blood by: 

1.  Albumin 

2.  Transcortin 

3.  Free form 

4.  All the above 

 

Metaboilc Effects of Glucocorticoids 

There seem to be no cells that lack glucocorticoid receptors and as a consequence, these 

steroid hormones have a huge number of effects on physiologic systems.  

The name glucocorticoid derives from early observations that these hormones were 

involved in glucose metabolism.  

Cortisol stimulates several processes that collectively serve to increase and maintain 

normal concentrations of glucose in blood. These effects include:  

 

Stimulation of gluconeogenesis, particularly in the liver: This pathway results in 

the synthesis of glucose from non-hexose substrates such as amino acids and 

lipids . Enhancing the expression of enzymes involved in gluconeogenesis is 

probably the best known metabolic function of glucocorticoids.  

 

Mobilization of amino acids from extrahepatic tissues: These serve as 

substrates for gluconeogenesis.  

 

Inhibition of glucose uptake in muscle and adipose tissue: A mechanism to 

conserve glucose.  

 

Stimulation of fat breakdown in adipose 

tissue: The fatty acids released by lipolysis 

are used for production of energy in tissues 

like muscle, and the released glycerol provide 

another substrate for gluconeogenesis.  

Control of Cortisol Secretion 

Cortisol and other glucocorticoids are secreted 

in response to a single stimulator: 

adrenocorticotropic hormone (ACTH) from the 

anterior pituitary. ACTH is itself secreted under 

control of the hypothalamic peptide corticotropin-

releasing hormone (CRH).   


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

10 

Virtually any type of physical or mental stress results in elevation of cortisol 

concentrations in blood due to enhanced secretion of CRH in the hypothalamus. This 

fact sometimes makes it very difficult to assess glucocorticoid levels, especially being 

restrained for blood sampling, is enough stress to artificially elevate cortisol levels several 

fold!  

Cortisol secretion is suppressed by classical negative feedback loops. When blood 

concentrations rise above a certain threshold, cortisol inhibits CRH secretion from the 

hypothalamus, which turns off ACTH secretion, which leads to a turning off of cortisol 

secretion from the adrenal. The combination of positive and negative control on CRH 

secretion results in pulsatile secretion of cortisol. Typically, pulse amplitude and frequency 

are highest in the morning and lowest at night.  

ACTH

also known as corticotropin, binds to receptors in the plasma membrane of cells in 

the adrenal. Hormone-receptor engagement activates adenyl cyclase, leading to elevated 

intracellular levels of cyclic AMP which leads ultimately to activation of the enzyme 

systems involved in biosynthesis of cortisol from cholesterol.  

 

Disease States(refer to the clinical cases supplement) 

1.  Cushings disease or hyperadrenocorticism.  

2.  Insufficient production of cortisol, often accompanied by an aldosterone deficiency, 

is called Addison's disease or hypoadrenocorticism. 

 

 

3.  Androgens 

The most important androgens include: 

1.  Testosterone: a hormone with a wide variety of effects, ranging from enhancing 

muscle mass and stimulation of cell growth to the development of the secondary 

sex characteristics.  

2.  Dihydrotestosterone (DHT): a metabolite of testosterone, and a more potent 

androgen than testosterone in that it binds more strongly to androgen receptors.  

3.  Androstenedione (Andro): an androgenic steroid produced by the testes, adrenal 

cortex, and ovaries. While androstenediones are converted metabolically to 

testosterone and other androgens, they are also the parent structure of estrone.  

4.  Dehydroepiandrosterone (DHEA): It is the primary precursor of natural estrogens. 

DHEA is also called dehydroisoandrosterone or dehydroandrosterone.  

  


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

11 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

[Hormones of the 
Adrenal Gland] 

[Prof.Dr.H.D.El-Yassin] 

2.  Hormones of the adrenal Medulla

 

 

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

12 

 
 

Hormones secreted by the Adrenal Medulla 
 
Objectives 

1.  List the hormones synthesized by the adrenal medulla and state their 

functions and clinical significance 

2.  define phaeochromocytoma and the laboratory results obtained in the 

assessment of the disease 

 

Cells in the adrenal medulla synthesize and secrete epinephrine and norepinephrine

Following release into blood, these hormones bind adrenergic receptors on target cells, 

where they induce essentially the same effects as direct sympathetic nervous stimulation.  

Synthesis Catecholamines 

Synthesis of catecholamines begins with the amino acid tyrosine, which is taken up 

by chromaffin cells in the medulla and converted to norepinephrine and epinephrine 

through the following steps:  

 

 

Norepinephine and epinephrine are stored in electron-dense granules which also contain 

ATP and several neuropeptides. Secretion of these hormones is stimulated by 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

13 

acetylcholine release. Many types of "stresses" stimulate such secretion, including 

exercise, hypoglycemia and trauma. Following secretion into blood, the catecholamines 

bind loosely to and are carried in the circulation (50%)  by albumin  and other serum 

proteins. Once secreted their half life in the circulation is short (approximately 12 min) but 

they have a large effect on heart, vessels, metabolism, brain, muscles etc. all as part of 

stress responses.  

 

Adrenergic Receptors and Mechanism of Action 

The physiologic effects of epinephrine and norepinephrine are initiated by their binding to 

adrenergic receptors on the surface of target cells. These receptors are prototypical 

examples of seven-pass transmembrane proteins that are coupled to G proteins which 

stimulate or inhibit intracellular signaling pathways.  

 

There are two major classes of adrenergic receptors these are: 

1. 

α adrenergic receptor (epinephrine and norepinephrine) 

a. 

α

1

 

b. 

α

2

 

2. 

β adrenergic receptor (epinephrine ) 

a. 

β

1

 

b. 

β

2

 

Control of catecholamine release 

The release of the catecholinamines is controlled from nerve cells within the posterior 

hypothalamus which can ultimately stimulate acetylcholine release from nerve terminals of 

the sympathetic nerves. This induces depolarization of the chromaffin cells and exocytosis 

of the catecholamine containing granules following a rise in intracellular calcium 

concentration.  

 

 

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

14 

Metabolic  Effects of catecholamines Hormones 

 

In general, circulating epinephrine and norepinephrine released from the 

adrenal medulla have the same effects on target organs as direct stimulation 

by sympathetic nerves, although their effect is longer lasting.  

 

glycogenolysis to provide extra sources of glucose  

 

Stimulation of lipolysis in fat cells to provided fatty acids for energy production in 

many tissues and aids in conservation of dwindling reserves of blood glucose.  

 

Increased metabolic rate due to increased oxygen consumption and heat 

production increase throughout the body in response to epinephrine binding beta 

receptors.  

 

Increased breakdown 

of glycogen in skeletal 

muscle to provide 

glucose for energy 

production.  

Water and electrolytes 

metabolism  

 

Decreased sodium 

excretion and glomerular 

filtration due to direct effects on the kidney  

 

effects on renin secretion leads to increased aldosterone production with effects on 

distal sodium handling  

 

Serum potassium may be increased   

Catecholamine Degradation 

All catecholamines are rapidly eliminated from target cells and the circulation by three 

mechanisms: 

1.  reuptake into secretory vesicles 

2.  uptake in non-neural cells (mostly liver) 

3.  degradation. 

Degradation relies on two enzymes: 

1.  catechol O-methyltransferase (COMT) in non-neuronal tissues  

2.  and  monoamine oxidase (MAO) within neurons.  

to produce metabolites (metanephrines and vanillylmandelic acid (VMA)) from free 

catecholamines.  


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

15 

Metabolites and free catecholamine are eliminated by direct filtration into the urine and 

excreted as:  

1)  free norepinephrine,   

2)  conjugated norepinephrine 

3)  metanephrines and 

4)  VMA  

 

Phaeochromocytoma 

Catecholamine-secreting tumors arise from the chromaffin cells of the adrenal medulla. 

The condition is relatively rare, occurring in up to 0.5% of hypertensive patients in hospital 

clinics.  The symptoms are variable, and it is not uncommon for years to elapse before the 

diagnosis is made. Adrenal phaeochromocytomas secrete mainly noradrenaline.  

Episodes of increased catecholamine secretion cause hypertension, palpitation, headache 

and sweating. 

The most widely used screening test is urinary metanephrines. Measurement of 

fractionated metanephrines (metadrenaline and normetadrenaline) has a sensitivity of 97% 

and a specificity of 69% for the diagnosis of phaeochromocytoma. 

Plasma free metaphrine and normetanephrine measurement has a sensitivity approaching 

100% and specificity of 90%. Plasma catecholamine measurements should be undertaken 

in the resting state through an indwelling cannula 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Prof. Dr. Hedef D. El-Yasin 2014 

16 

Questions 

1)  Glucocorticoid receptors are in the cytoplasm. AII of the following statements about the 

process by which the hormone influences transcription arc correct except

a)  The hormone must be in the free state to cross the cell membrane. 

b)  Cytoplasmic receptors may be associated with heat shock proteins. 

c)  The receptor-hormone complex is not activated/transformed until it is 

translocated to the nucleus. 

d)  In the nucleus, the activated/transformed receptor-hormone complex searches for 

specific sequences on DNA called HREs (hormone receptor elements). 

e)  The activated receptor-hormone complex may either activate or repress 

transcription of specific genes (only one activity per gene). 

 

C 

Dissociation of the heat shock protein from the receptor- hormone complex in the 

cytosol activates the complex. A: Steroid hormones travel bound to plasma proteins, but 

some is always free. D: These are consensus sequences in DNA. E: Activation is more 

common, but glucocorticoids repress transcription of the proopiomelanocortin gene. 

 

 

2)  All of the following are normal events leading to secretion of aldosterone from the 

adrenal gland except

a)  Renin is released by the kidney in hypovolemia. 

b)  Angiotensinogen binds to membrane receptors. 

c)  Ca 

2+

 levels in the cell rise. 

d)  aldosterone is secreted into the blood. 

 

 

B 

Angiotensinogen is cleaved by renin to angiotensin I, which must further be cleaved 

by converting enzyme to active angiotensin II. A: This is a major signal. C: This lead to 

increased Ca

2+

 and activation of protein kinase C. 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 159 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