Biologieunterricht - Schilddrüsenfunktion

In Biologieschulbüchern – auch der Oberstufe – werden alle Themen unnötig vereinfacht. Komplexitäts- und Vernetzungsgrad und die vielen offenen Fragen werden so nicht deutlich. Vom Grundübel aller Biologiebücher, dem „Erzählen“ der Ergebnisse, ganz abgesehen, entsteht dadurch der Eindruck, dass alles klar und machbar ist.

Am Beispiel der Schilddrüsenfunktion soll ein erster Eindruck der Komplexität der Abhängigkeiten und der Vielzahl der Regulationsstellen vermittelt werden. Zuerst wird die Funktionsweise erläutert – dann beginnt erst die Denkarbeit der Schülerinnen und Schüler. Das in dem Arbeitsblatt zusammengefasste Netzwerk sollte verstanden sein und dann angewendet werden. Dabei können die Unterlagen benutzt werden – was der späteren Arbeitsweise entspricht.

Schilddrüsenfunktion

Die Schilddrüsenfunktion wird als vereinfachtes Schema dargestellt; sie ist dann immer noch komplex. Die einzelnen Schritte sind aber nicht kompliziert und auch teilweise aus anderen Zusammenhängen schon bekannt.
Die Leistung der Schülerinnen und Schüler besteht dann darin, die Folgen von Ausfällen und Fehlentwicklungen auf das System zu durchschauen.

1. Schema der Steuerung der Schilddrüsenfunktion

Verwendete Abkürzungen:

TRH	Thyreotropin Releasing Hormon
TSH	Thyreoidea stimulierendes Hormon
UE	UE der Quartärstruktur
Tg	Thyreoglobulin – bei der Synthese von T₃ und T₄ beteiligt, speichert
NIS	Natrium-Jodid-Symporter, selektiv, aktiv, gerichtet
T₃	Trijodthyronin
T₄	Thyroxin (Tetrajodthyronin)
rT₃	„reverses“ Trijodthyronin

2. Anwendungen

Fragenkomplex 1

Die obige Darstellung zeigt viele Betrachtungsebenen, die im Falle einer Erkrankung der Schilddrüse vom Arzt auch alle berücksichtigt werden.
Das Erscheinungsbild des Menschen (Organismusebene) kann dem Arzt schon wesentliche Hinweise geben. Dann wird der Hals abgetastet …

Neben diesen Ebenen, die in der biologischen Betrachtung immer eine Rolle spielen, gibt es in diesem Fall auf der Ebene des Zwischenhirns und der Drüsen noch Hierarchieebenen. Verdeutlichen Sie sich mit Hilfe des folgenden Schemas diese Hierarchien und den Rückkopplungsmechanismus.

Bemerkung:

Viele Fehlfunktionen, die zu Erkrankungen führten, haben dazu beigetragen, die Normalfunktion zu verstehen.
Betrachtet man die Differntialdiagnostik von Schilddrüsenerkrankungen in den beiden großformatigen Lehrbüchern
W. Gerok et al.: Die Innere Medizin, Stuttgart 2000 – Seiten 963 – 991
Harrisons Innere Medizin 2, Berlin 2003 – Seiten 2255 – 2280
so lernt man die Realität kennen: ein komplexes System (Schilddrüse) in einem komplexen System (Mensch). Davon sollten die Schülerinnen und Schüler einen Eindruck bekommen.

Frage 2 - Kropfbildung

In Extremfällen kann sich ein Kropf wie auf der Abbildung entwickeln. Die Wucherung drückt auf Luft- und Speiseröhre. In einem besonders schlimmen Fall hat man den Kropf entfernt, weil der Patient kaum noch Atem holen konnte.
Dabei konnte man sehen, dass es sich um eine starke Vergrößerung der Schilddrüse handelte. Das hatte man vorher schon durch Tasten festgestellt bzw. vermutet (Fachbegriff „Struma“ = Drüsenschwellung). Diese erste Operation, bei der man die Schilddrüse sehr weitgehend entfernt hatte, endete für den Mann tödlich. Die Schilddrüsenfunktion ist also lebenswichtig. Zum Zeitpunkt der ersten Operation war noch keine Hormonersatztherapie möglich.

Es war den Leuten schon früh aufgefallen, dass die Kropfbildung gehäuft in bestimmten Gebieten auftritt.

Man ging diesen ersten Hinweisen nach und erstellte eine Karte mit den Gebieten, in denen Kropfbildung gehäuft vorkam. Das ist bei Epidemien mit unbekannter Ursache die übliche Vorgehensweise.

Organsystem	Jod [mg / kg]	Gesamtjod des Organismus [%]
Muskulatur	1	50
Schilddrüse	150	20
Haut	4	10
Leber	1	5
Blut	0,1	2

Durch Analysen einerseits verschiedener Gewebe (siehe Tabelle) und andererseits des Trinkwasser der „Kropfregionen“ konnte man die Ursache klären. Schilddrüsengewebe enthält sehr viel Jod, das Trinkwasser der schraffierten Gebiete war jodarm.

Gegen die Kropfbildung wurde in der Schweiz (Kanton Appenzell) dem Kochsalz erstmals 1922 Jodkali zugesetzt (es war schon fast 100 Jahre früher von Wissenschaftlern empfohlen worden).
Die Ausbildung des „endemischen Kropfs“ ging daraufhin zurück.

Erläutern Sie, wie es zu der hohen Jodkonzentration in der Schilddrüse kommt und wieso das Schilddrüsenwachstum so stark stimuliert wird.

Wieso ist der folgende Satz völlig falsch? „Das Schilddrüsengewebe vergrößert sich, um die Unterfunktion auszugleichen.“

Frage 3 – T₃ und T₄ - Mangel in der Schwangerschaft

Ab der 12. Schwangerschaftswoche arbeitet die Schilddrüse des Fetus. T₃ und T₄ der Mutter kann die Blut – Plazenta - Schranke nicht passieren.

Leidet die Mutter unter Jodmangel, entsteht aus dem sich daraus ergebenden Jodmangel des Kindes eine Unterfunktion (Hypothyreose) seiner Schilddrüse und damit ein T₃ und T₄ – Mangel.

Es entwickelt sich ein kleinwüchsiges Kind mit stark verminderter Intelligenz (endemischer Kretinismus).

Wie man aus dem Schema leicht ableiten kann, ist eine große Zahl von Genen beteiligt. Durch verschiedene genetische Defekte kann es auch zu einer Schilddrüsenunterfunktion kommen, obwohl kein Jodmangel besteht.

Bei diesen beiden Brüdern liegt eine solche Erbkrankheit vor (angeborener Kretinismus).

Der sporadische Kretinismus kann auch noch andere Ursachen haben, auf die hier nicht eingegangen wird.

Als Vorbeugungsmassnahmen werden die Einnahme von Jodtabletten in der Schwangerschaft empfohlen und in Deutschland die Untersuchung aller Neugeborenen auf die TSH – Konzentration im Blut durchgeführt.

Nach der Geburt kann die ausreichende Versorgung des Kindes mit Jod sichergestellt werden und es können fehlende Hormone verabreicht werden (Substitution).

Überlegen Sie, wie man zwischen den beiden Ursachen des Kretinismus unterscheiden kann, was der TSH – Wert aussagt und welche Therapien geboten sind.

Frage 4 - T₃ und T₄ – Mangel im Erwachsenenalter

Hier handelt es sich häufig um eine schleichende Verschlechterung des Allgemeinbefindens mit körperlicher und geistiger Verlangsamung. Es treten Herzschäden auf, die zu Durchblutungsstörungen führen. Die Haut ist dick, kühl und trocken und Gesicht, Hände und Füße aufgedunsen (Myxödem).

Es gibt viele Ursachen für ein Nachlassen der Schilddrüsenfunktion, eine ist ein Autoimmunprozess, der zu einer Entzündung und schrittweise zu einer Leistungsminderung der Drüse führt. In den meisten dieser Fälle werden Antikörper gegen die Peroxidase gebildet.

Wenn die Krankheit erkannt ist, können die Symptome rückgängig gemacht werden.

Überlegen Sie, welche Folgen die Antikörperwirkung hat und wie die Krankheit behandelt werden kann.

Frage 5 – Morbus Basedow / Graves disease

Das Krankheitsbild dieser Schilddrüsenüberfunktion wurde unabhängig von Basedow (Merseburg) und Graves (Dublin) beschrieben und wird heute noch in den Sprachräumen unterschiedlich bezeichnet (wichtig für Internetrecherche).

Die Patienten zeigen die „Merseburger Trias“: Kropf, hervortretende Augäpfel und erhöhte Herzfrequenz (Tachykardie). Eine Überfunktion kann trotz eines gesteigerten Appetits einen unerklärlichen Gewichtsverlust verursachen, der durch die erhöhte Stoffwechselrate bedingt ist.
Es werden Antikörper gegen den TSH - Rezeptor gebildet; die Antikörper wirken auch aktivierend.

Die Behandlung muss eine Verringerung der Schilddrüsenhormonsynthese zum Ziel haben. Das kann durch Verringerung des Schilddrüsengewebes (Radiojodtherapie oder Operation) oder durch Hemmstoffe (Thyreostatika) erreicht werden.

Thyreostatika hemmen die Funktion der Peroxidase. Einige der Thyreostatika können die Blut – Plazenta – Schranke überwinden.

Wie sich die Hemmung auswirkt ist klar (siehe oben); überlegen Sie, was bei der Dosierung zu bedenken ist.

Es wurde nur auf die häufigsten Schilddrüsenerkrankungen eingegangen; Schilddrüsenknoten wurden ausgespart.