Insulin - Institut für Pharmakologie und Toxikologie

Endokrinpharmakologie 2:
Insuline und orale Antidiabetika,
Schilddrüse und
Calciumstoffwechsel
Ralf Stumm
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Drackendorfer Straße 1
07747 Jena
03641 –9 – 325651
Ralf.Stumm@med.uni‐jena.de

1. TRH, TSH und die Schilddrüsenhormone (T4/T3)
Hypoth.
Somatostatin
TRH
TRH: diagnostische Relevanz.
(TRH‐induzierter TSH‐Anstieg ist bei
Hyperthyreose reduziert)
Hypophyse.
Thyrotrophe:
TSH
T3,
T4
(TRH‐induzierter TSH‐Anstieg ist bei
primärer Hypothyreose übersteigert;
bei Hypophysendefekt hat TRH keinen Effekt).
T3,
T4
TSH: diagnostische Relevanz
Schilddrüse
erhöhte Produktion von
Thyroxin (T4) und
Triiodothyronin (T3)

1.1 Synthese der Schilddrüsenhormone T4/T3
Triiod‐Thyronin (T3) und Tetraiodthyronin (T4, Thyroxin) werden in der Schilddrüse aus
Iodid und Tyrosin gebildet. Kontrolle durch Thyrotropin (TSH).
Für die Synthese sind Verfügbarkeit und Oxidation von Iodid erforderlich.
Tyrosin ‐> Monoiod‐ /Diiodtyrosin; Diiodtyrosin+Diiodtyrosin ‐> Thyroxin (T4)
(Synthese findet an Thyreoglobulin statt; Iodid wird durch Peroxidase zu Iod oxidiert.
Thyroxin wird bei Bedarf aus Thyreoglobulin freigesetzt).
I
I
I
2x
I
I
I
I
I
I
I

1.2 Iodsalze
Iodmangel, Struma und Einsatz von Iodid:
Der Körper benötigt pro Tag etwa 200 µg Iod.
Bei fehlendem Iod kommt es zu Minderproduktion von T3/T4,
TSH‐Inkretion und Wachstum der Schilddrüse (Iodmangelstruma).
Fehlt Iod während der kindl. Entwicklung kommt es zu schweren
bleibenden neuropsychiologischen Störungen.
•Iodmangel wird durch den Einsatz von Iodsalz verhindert.
•Auch eine bestehende Struma wird anfangs bevorzugt mit Iodid
behandelt (z.B. Kaliumiodid).
•Iodid verhindert die Einlagerung von radioaktivem Iod (Schutzmaßnahme).
•Hochdosiertes Iod (> 5 mg/Tag) wird als Thyreostatikum eingesetzt.
Struma
(schwache Ausprägung)
Keine Iodzufuhr bei bestehender Hyperthyreose.
Bei bestehender Struma und insbesondere beim Vorliegen von autonomem
Schilddrüsengewebe (arbeitet losgelöst von der Kontrolle durch TSH) kann Iodzufuhr
eine Hyperthyreose auslösen.
Bei Autoimmunerkrankungen der SD darf kein Iod gegeben werden (verstärkt
Autoimmunität).

1.3 Einsatz der Schilddrüsenhormone
Im Organismus wird aus Thyroxin (T4) das 10x aktivere T3 gebildet (T3 ist die Wirkform).
Zur Therapie wird typischerweise T4 verabreicht (kürzere Halbwertszeit des T3;
T3 muss öfters als T4 verabreicht werden; T3‐Spitzen werden vermieden).
T3/T4 sensibilisieren das Herz für Katecholamine: Vorsicht bei cardialen Erkrankungen.
Hypothyreose:
Zur Substitutionstherapie. Zu Beginn 50 µg/d; später 100 –150 µg/d.
Angeborene Schilddrüsenunterfunktion:
Muss in den ersten 4 Wochen nach der Geburt erkannt werden.
Euthyreote Struma (= vergrößerte SD bei normaler Funktion):
Durch Thyroxinzufuhr kommt es zur negativen Rückkopplung und die TSH‐Spiegel sinken.
Durch die TSH‐Reduktion fällt der Wachstumsstimulus der Schilddrüse weg und
die Thyroxinproduktion wird reduziert. Es werden 150 µg/ d eingesetzt.
Nach Thyreoidektomie wg. SD‐Karzinom
Wegen der SD‐Entfernung muss substituiert werden.

1.4 Thyreostatika
Thyreostatika:Hemmstoffe der Schilddrüsenfunktion. Sie wirken als
‐ Iodisationshemmstoffe (hemmen die Hormonsynthese direkt)
‐ Iodinationshemmstoffe (hemmen den Iodtransport in die SD)
‐ Freisetzungshemmstoffe
Indikationen für Thyreostatika:
‐Morbus Basedow (eine Autoimmunkrankheit mit rezeptoraktivierenden
TSH‐Rezeptor‐Antikörpern)
‐Schilddrüsenautonomie (Schilddrüsengewebe produziert T3/T4 ohne Kontrolle
durch TSH)
‐Iodinduzierte Hyperthyreose (bei bestehendem autonomem SD‐Gewebe können
Iodidgabe, Amiodaron oder Röntgenkontrastmittel eine Hyperthyreose auslösen ‐>
Therapie mit Thyreostatika)
‐thyreotoxische Krise

1.4 Iodisationshemmstoffe: Thioamide
Zu den Thioamiden zählen Methimazol,
Carbimazol, Propylthiouracil.
Harnstoff:
Die Thioamide sind Hemmstoffe der
Peroxidase, die (1.) den Einbau von Iod in
die Tyrosinreste des Thyreoglobulins
vornimmt und (2.) die Kopplung von
Iodtyrosinresten katalysiert.
Iod schwächt die Wirkung der Thioamide ab.
Die volle Wirkung setzt erst ein, wenn der
T3/T4‐Vorrat der SD erschöpft ist.
NW: schwere Agranulozytose, Leukopenie,
allerg. Reaktionen, Hypothyreose und
Strumabildung .
Thioharnstoff in der Thion‐ und Thiolform
Thiamazol
(Methimazol):
(nicht verwechseln mit
Matamizol)

1.5 Iodinations‐ und Freisetzungshemmstoffe
Bestimmte einwertige Anionen wie Perchlorat (ClO 4‐
), Nitrat und Thiocyanat
sind kompetitive Hemmstoffe des Iodidtransporters in der Schilddrüse.
Natriumperchlorat wird wg. kurzer Halbwertszeit 4 –6 x täglich oral verabreicht.
Einsatz insbesondere zur Prophylaxe und Therapie der iodinduzierten Hyperthyreose.
Iodid kann in hoher Dosierung (> 5 mg / Tag!) vorübergehend die T3/T4‐Ausschüttung
dämpfen. Der Effekt setzt rasch ein (< 24 h). Maximale Effekte nach etwa 2 Wochen.
Bei fortgesetztem Einsatz kommt es zum Wirkungsverlust.
Der Mechanismus dieser Wirkung ist unbekannt.
Einsatz bei thyreotoxischer Krise und operationsvorbereitend bei Morbus Basedow.
Lithiumionen haben ähnlichen Effekt. Kein Routineeinsatz (geringe therapeut. Breite)

2. Endokrines Pancreas und Insulin
Pancreasinseln
(Langerhanssche Inseln)
Gallenblase
Aorta
Gallengang
Duodenum
Pancreasgang
Pancreas
Pancreasinseln :
HE‐gefärbter Pancreasschnitt
Zelltyp Hormon
A Glucagon (erhöht Blutglucosespiegel, Proteinabbau)
B Insulin (senkt Blutglucosespiegel)
D Somatostatin (inhibiert Hormonfreisetzung aus den A und B Zellen)
PP Pancreatisches Polypeptid (unbekannte Funktion)

2.1 Insulin
Insulinstruktur:
Protein aus zwei Ketten
(A and B bestehend aus 21 bzw. 30 Resten).
Die Ketten sind mit Disulfidbrücken
verbunden.
Insulin wird in Vesikeln als inaktives, stabiles
Hexamer gespeichert.
Das Monomer ist die aktive Form.
Proinsulin and Insulin (schwarz).
C‐Peptid (weiß) wird abgespalten
Stimulus für Insulinsekretion:
1. Glucose geht in die B Zelle
2. ATP‐Anstieg durch Glycolyse
3. ATP blockiert ATP‐gesteuerte
K‐Kanäle (K ATP
)
4. Depolarisation der B Zelle
5. Öffnen von spannungsgesteuerten
Ca 2+ ‐Kanälen
6. Aktivierung der Sekretionsmaschinerie
Effekte des Insulins:
Leber:
Weniger Glycogenolyse und Gluconeogenese,
mehr Glycogensynthese
Muskel:
Mehr Glucoseaufnahme und ‐verwendung
Fettgewebe:
Hält das Fett in den Speichern
Insulin verhindert Proteincatabolismus

2.2 Diabetes
Typ 1:
insulin‐abhängig (absolute Defizienz, z.B. durch autoimmune Zerstörung der B Zellen)
setzt in der Jugend ein.
Muss mit Insulin behandelt werden.
Kein Einsatz der oralen Antidiabetika.
Typ 2:
nicht insulinpflichtig (Insulinresistenz + beeinträchtigte Insulinsekretion)
setzt typischerweise im Alter ein und ist mit Übergewicht assoziiert.
Wird zunächst mit Diätrestriktion, dann mit oralen Antidiabetika und schließlich
mit Insulin behandelt.
Orale Antidiabetika kommen mit dem Ziel zum Einsatz,
die Insulinsekretion oder das Ansprechen auf Insulin zu steigern.

2.3 Struktur und Kinetik der Insulinanaloga
kurzwirksames Normalinsulin
Intermediärinsulin
LISPRO
ASPART
GLULISIN
DETEMIR
GLARGIN

2.4 Einsatz der Insulinanaloga
Normalinsulin:
Insulin liegt als Hexamer vor, wodurch die Resorption verzögert wird
‐> der Diabetiker muss nach der Injektion 30 min lang warten, bevor er mit dem Essen
beginnen darf. Es resultiert ein starres Spritz/Ess‐Schema. Einsatz in Kombination
mit Basalinsulin als Mischinsulin oder im Rahmen der intensivierten konventionellen Therapie.
Insulin Lispro, Aspart, Glulisin:
Bildung der Hexamere ist erschwert (‐> schnelle Resorption).
‐> der Patient darf wg. der schnellen Resorption sofort nach der Injektion essen.
Intermedärinsulin/ Verzögerungsinsulin (Neutrales Protamin‐Insulin Hagedorn):
Mischung von Protamin und Insulin verzögert die Aufnahme.
Wird 3x tägl. als Basalinsulin gegeben. Resorption schwankt intraindividuell.
Insulin Glargin und Detemir:
Detemir ist myristoyliert. Die Modifikation führt zu einer
reversiblen Bindung von Insulin an Albumin, was die Elimination verzögert.
Detemir wird 2x tägl. als Basalinsulin gegeben.
Myristinsäure
Glargin hat einen isoelektrischen Punkt von 7 und bildet deshalb nach der Injektion
Präzipitate, die die Resorption verzögern.
Glargin wird 1x abends als Basalinsulin gegeben.

2.5 Beispiele für die Insulintherapie
Therapie mit Mischinsulin:
Es wird 2x täglich eine Kombination aus
Basalinsulin und a) Normalinsulin oder b)
einem kurzwirksamen Insulin gegeben.
Anwendung insbesondere bei Typ II
(strikte Diät und festgelegte Injektionszeiten
erforderlich).
Intensivierte konventionelle Therapie:
Meist wird Basalinsulin 1x abends
gespritzt (Glargin).
Zu den Mahlzeiten wird entweder
a) Normalinsulin oder b) ein kurzwirksames
Insulin gespritzt (Messung des Blutglucosespiegels
und Abschätzung der Kohlenhydratdosis
erforderlich).
Anwendung bei Typ I und zunehmend
auch bei Typ II.
Der wichtigste Zwischenfall der Insulintherapie ist die Hypoglykämie.

2.6 Orale Antidiabetika: Sulfonylharnstoffderivate u. Analoga
Sulfonylharnstoffe und Analoga:
Glibenclamid
(Nateglinid, Mitiglinid, Tolbutamid,
Glimepirid, Meglitinid, Repaglinid)
Glibenclamid
Sulfonylharnstoff
Die Substanzen inhibieren (verschließen) K ATP
Kanäle in B Zellen
‐> Depolarisation und Insulinfreisetzung
NW:
‐ Es kann zu schwerer, langanhaltender Hypoglykämie kommen.
Diese entwickelt sich oft schleichend und vom Patienten unbemerkt.
‐Gewichtszunahme
‐Gastrointestinale Störungen und allergische Reaktionen
Einsatz nur bei normalgewichtigen Patienten oder wenn Metformin
nicht gegeben werden kann.
Kein Einsatz bei Typ 1‐Diabetes, Schwangerschaft und bei schweren Nierenund
Leberfunktionsstörungen.

2.7 Orale Antidiabetika: Biguanide
Biguanide: Metformin
Senkt die Glucoseabgabe der Leber durch Hemmung der Gluconeogenese.
Die Leberzellen reagieren besser auf Insulin.
Die Wirkung setzt verzögert ein und tritt insbesondere bei Diabetikern auf
– nicht beim Stoffwechselgesunden.
Keine verstärkte Insulinfreisetzung aus B Zellen (kein Hypoglykämierisiko).
Weitere Effekte:
Erhöhung des HDL‐Cholesterins ‐ und Senkung der VLDL‐Triglyceride
(‐> Besserung der Blutfettwerte)
Antithrombotischer Effekt
Appetitzügelung
Das am häufigsten bei Typ 2‐Diabetikern eingesetzte orale Antidiabetikum.
NW:
‐ Häufig gastrointenstinale Störungen
‐ Selten wird die Vitamin B12‐Aufnahme gestört (‐> magaloblastäre Anämie)
‐ Sehr selten kommt es zu schwerer Lactacidose (50% Letalität!)
(Vorsicht bei Bedingungen, die das Lactacidoserisiko erhöhen: Alkoholkonsum,
schlechte Durchblutung, Asthma, obstruktive Lungenerkrankungen...)

2.8 Weitere orale Antidiabetika: Glitazone, α‐Glucosidasehemmer
Glitazone:
Rosiglitazon, Pioglitazon
Sie sind Agonisten am Peroxisomen‐Proliferator‐aktivierten Rezeptor‐γ (PPARγ).
Der genaue Wirkungsmechanismus ist nicht bekannt.
Die Substanzen bessern Insulinresistenz, Blutglucosespiegel, und die Blutfettwerte.
Die Wirkung setzt mit einer Latenz von 2 Monaten ein.
Die Substanzen sind 2. Wahl nach Metformin (Einsatz dann allein oder in Kombination
mit Metformin).
α‐Glucosidasehemmstoffe: Acarbose und Miglitol
Der Kohlenhydratstoffwechsel im Dünndarm wird gehemmt, so dass der Blutglucoseanstieg
nach den Mahlzeiten gemildert wird.
NW: gastrointestinale Beschwerden

3. Calciumstoffwechsel
Calciumverteilung im Körper: 99% im Knochen, 1% im Serum
‐> die Knochen sind Calciumspeicher.
Knochenauf‐/abbau und die Calciumkonzentration im Blut beeinflussen sich
über hormonelle Regelkreise gegenseitig.
Nebenschilddrüse
(G. parathyroidea)
[Ca 2+ ]
Parathormon
Parathormon
kontinuierlich
intermittierend
Knochen
Knochenabbau
Ca 2+
Darm
Calcium‐ und
Phosphataufnahme
Niere
Calcitriolbildung
Phosphatausscheidung
Calciumresorption
Calcitriol
[Ca 2+ ]
[Ca 2+ ]

3.1 Hormonelle Regulation des Knochenstoffwechsels
Parathormon
‐setzt Calcium aus Knochen frei
‐steigert Calciumaufnahme in der Niere
‐ regt Calcitriolsynthese an
‐> schafft Bedingungen für aktiven
Knochenumbau
Vitamin D/ Calcitriol
‐Calciumaufnahme aus dem Darm wird angeregt
‐setzt Calcium aus Knochen frei
‐steigert Calciumaufnahme in der Niere
‐> schafft Bedingungen für aktiven
Knochenumbau
Glucocorticoide
‐hemmen Osteoblasten und
Calciumaufnahme aus dem Darm
‐> Osteoporose
Estrogene
‐hemmen Osteoklasten und
senken die Osteoklastenzahl
‐> wirken Osteoporose entgegen
Calcitonin
‐hemmt die Osteoklastenaktivität
‐analgetische Wirkung (wird bei Frakturen ausgenutzt)

3.2 Erkrankungen des Knochens: Osteoporose
Knochenschwund (Osteoporose) ist eine der häufigsten Knochenerkrankungen.
Auslöser sind:
Östrogenmangel nach den Wechseljahren (bei Frauen)
Hypogonadismus (es fehlen Estrogen bzw. Testosteron)
Schwere Nierenfunktionsstörungen
Hypercortisolismus
primärer Hyperparathyreodismus
Systemische Glucocorticoidtherapie
Malabsorption im Darm
Anorexia nervosa
Weitere Knochenerkrankungen
Morbus Paget (Ostitis deformans)
Rachitis/ Osteomalzie (Vitamin D Mangel)

3.3 Vitamin D und Calcitriol: Bereitstellung
Haut
7‐Dehydrocholesterin
Tablette
UV‐Licht
Vitamin D3
(Colecalciferol)
Nahrung,
Tablette
Vitamin D3
Leber
Hydroxylierung an
Position 25
25‐(OH)‐D3
Tablette:
1‐(OH)‐D3
(Alfacalcidiol);
Dihydrotachysterol
Niere
1,25‐(OH) 2
‐D3
(Calcitriol)
Darm, Knochen, Niere
1,25‐(OH) 2
‐D3
Hydroxylierung an
Position 1
25‐(OH)‐D3
1,25‐(OH) 2
‐D3
(Calcitriol);
25‐(OH)‐
Dihydrotachysterol

3.4 Vitamin D und Calcitriol: Verwendung
Vitamin D (Colecalciferol)
plus Calciumsalze
Calcitriol
Alfacalcidiol
Dihydrotachystero
l
Calcitriol
‐bei Säuglingen zur Rachitisprophylaxe
(bei GI‐Beschwerden auch Vitamin D allein)
‐bei Frauen nach der Menopause zur
Osteoporoseprophylaxe (1g Calcium/ Tag)
‐Basistherapie der Osteoporose
‐Vorbeugung von Vitamin D Mangel im Alter
‐Niereninsuffizienz
‐Hyperparathyreoidismus
(als sekundäre Störung infolge
von Vitamin D Mangel/ oder Nierenerkrankungen;
Vorbeugung von renal bedingtem Knochenabbau)
‐Hopoparathyreoidismus
‐Leberfunktionsstörungen
Achtung: Vitamin D‐Derivate können lebensbedrohlichen Calciumanstieg im Blut und
Calciumphosphatausfällungen zur Folge haben.

3.5 Cinacalcet bei Hyperparathyreoidismus
Calcium senkt die Parathormonfreisetzung
über den G Protein‐gekoppelten Calciumsensor
der Nebenschilddrüsenzellen.
Cinacalcet ist ein allosterischer Verstärker der
Calciumwirkung am Calciumsensor
‐> die Parathormonfreisetzung nimmt ab.
Einsatzgebiete:
‐Primärer Hyperparathyreoidismus (infolge eines Karzinoms)
‐Sekundärer Hyperparathyreoidismus (bei Dialysepatienten).
Als Alternative zu Calcitriol, das die Phosphataufnahme aus dem Darm fördert
(unter Calcitriol können bei Nierenkranken erhöhte Calcium/Phosphat‐Spiegel
resultieren, was zu Calciumphosphat‐Ausfällungen in den Geweben führt).

3.6 Teriparatid
Teriparatid ist ein auf 34 Amninosäuren verkürztes Parathormon (84 Aminosäuren).
Einsatz bei Osteoporose nach der Menopause und bei Männern mit hohem Frakturrisiko.
Auch bei Langzeittherapie mit Glukokortikoiden zur Reduktion des Frakturrisikos.
NW: Häufig sind Kopf‐ und Gliederschmerzen, Übelkeit, Schwindel, Hypotonie
Anw: 1x täglich als subkutane Injektion mit Hilfe eines Injektors (max. über 24 Monate).
Die Gabe von Calcium und Vitamin D als Nahrungsmittelergänzung wird empfohlen.

3.7 Bisphosphonate zur Therapie der bestehenden Osteoporose
Bisphosphonate:
Etidronat, Alendronat, Risedronat, Ibandronat
Wirkungsmechanismus: Imitieren Pyrophosphat und werden
zusammen mit Calcium auf der Knochenoberfläche abgelagert.
Die abgelagerten Substanzen werden von Osteoklasten phagozytiert
und schädigen die Zellen, weil Phosphatasen die Bisphosphonatstruktur
nicht abbauen können
(Etidronat: es entstehen toxische ATP‐Analoga;
Alendronat: Prenylierungsreaktionen werden gestört)
Etidronat und Analoga:
Hemmen Mineralisation und Knochenabbau
Alendronat und Analoga:
Hemmen insbesondere Knochenabbau
Aus den unterschiedlichen Wirkungen resultieren z.T. unterschiedliche
Einsatzgebiete.

3.8 Weitere Einsatzgebiete der Bisphosphonate
Morbus Paget (Ostitis deformans): chronische Krankheit gekennzeichnet
durch
Knochenabbau und Aufbau von minderwertigem Knochengewebe.
Risedronat als Tablette
Zoledronat als Infusion
Osteolyse und Hypercalzämie durch Knochenmetastasen:
Metastasen schädigen das Knochengewebe, das Frakturrisiko steigt.
Gefahr der Hypercalcämie.
Schmerzen.
Clodronat als Tablette und zur Infusion
Zoledronat als Infusion
Die Hypercalcämie wird durch Tabletten oder Infusion behandelt bis normale
Calciumspiegel resultieren.
Der Osteolyse wird mit Zoledronat‐Infusionen in 3 –4 wöchigem Abstand vorgebeugt.
Osteoblastische Metastasen:
Einsatz von Bisphosphonaten, welche die Mineralisation hemmen (z.B. Etidronat).

3.9 Pharmakokinetische Besonderheit der Bisphosphonate
Bisphosphonate sind starke Säuren, die Schleimhautschäden (Speiseröhre, Reflux!)
hervorrufen können.
Die Substanzen werden schlecht resorbiert und schnell wieder ausgeschieden.
Der Anteil des Bisphosphonats, der am Knochen abgelagert wird, verlässt den Körper
u.U. über Jahre nicht.
Bei oraler Gabe:
‐Einnahme auf nüchternen Magen in aufrechter Haltung
‐ mind. 30 min vor den Mahlzeiten und vor Einnahme anderer Medikamente
(Empfohlen: direkt nach dem Aufstehen).
‐Einnahme zusammen mit 200 ml Leitungswasser
‐Danach für 30 min. nicht hinlegen (aufrechte Körperhaltung wahren)
Unerwünschte Wirkungen:
‐ Verdauungsstörungen, gastrointestinale Beschwerden
‐ Entzündungen von Ösaphagus, Magen, Duodenum
‐ Ulzera, Blutungen, Perforationen
Wechselwirkungen:
‐ Nahrungsmittel inkl. Mineralwasser, Antacida und Calcium hemmen Resorption