Thomas Wharton ist Arzt mit Leib und Seele. Viele seiner Kollegen verlassen London während des verheerenden Pestausbruchs, er bleibt. Als Arzt liegt ihm das Wohlbefinden der Menschen am Herzen. Als Forscher fasziniert ihn der Aufbau des menschlichen Körpers, besonders die Drüsen haben es ihm angetan. Dem kleinen, unscheinbaren Organ unterhalb des Schildknorpels (dem größten Knorpel des Kehlkopfs) gibt er den Namen "Schilddrüse" (Glandula thyreoidea). Allein mit der von ihm zugedachten Funktion dieser auffällig stark durchbluteten Drüse lag Wharton vor knapp 350 Jahren falsch: sie dient weder dazu, den Hals (besonders den weiblichen, wie er annahm) zu verschönern, noch stellt sie ein Gleitmittel für die Luftröhre her.

Nicht ohne Kropfband: Bayerische Tracht
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Die Schilddrüse hat auch einen Einfluss auf die bayerischen und österreichischen Trachten: Das so genannte Kropfband, ein Schmuckstück für den Halsbereich, ist in solchen Gegenden besonders breit und eng anliegend, in denen früher Jodmangel herrschte. Dieser sorgte einst für Stoffwechselmangelerscheinungen, die sich unter anderem durch eine Schilddrüsenvergrößerung, den Kropf (Struma), äußerlich bemerkbar machten. Kropf oder hässliche Operationsnarben wurden in diesen Regionen von der Tracht bedeckt – wie im Bild bei einem Trachtenumzug in Bayern.

Die Schilddrüse ist nicht einfach nur eines, sondern wohl das Steuerungsorgan des menschlichen Körpers. Über die beiden Hormone Trijodthyronin (T3) und Thyroxin (T4) beeinflusst sie den Stoffwechsel, die Herzfunktion, die Verdauung, Nerven- und Muskelfunktion, Sexualität und Fruchtbarkeit sowie das Heranreifen des ungeborenen Lebens während der Schwangerschaft. Erst mit der Nobelpreisverleihung im Jahr 1909 an den Schweizer Chirurgen Emil Kocher für seine "Beiträge zur Physiologie, Pathologie und Chirurgie" endete eine lange geführte Diskussion um das Organ, das viele bis dahin als unbedeutend eingestuft hatten.

Ein völlig unbedeutendes Anhängsel?

"War bis zum 19. Jahrhundert die Rolle der Schilddrüse für den Stoffwechsel noch völlig unbekannt, so wurden im 20. Jahrhundert eigentlich die meisten wesentlichen Fragen geklärt", schreibt Michael Weissl in einem Beitrag des "Journals für Klinische Endokrinologie und Stoffwechsel". Es gelang, eine Unter- beziehungsweise Überfunktion der Schilddrüse sicher zu diagnostizieren und zu behandeln. Lange Zeit habe man sich darauf verlassen, die Schilddrüse und ihre Erkrankungen gut zu kennen, sagt Klaudia Brix von der Jacobs University Bremen. "Dabei hat man aus den Augen verloren, dass es Patienten gibt, denen man mit der klassischen Diagnostik nicht helfen kann", sagt die Zellbiologin, die das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Schwerpunktprogramm "Thyroid Trans Act" mit koordiniert.

Gerade in den letzten Jahren habe es einige wissenschaftliche Entdeckungen gegeben. Sie machten es nötig, neu zu bestimmen, was eine gesunde beziehungsweise eine gestörte Schilddrüsenfunktion eigentlich ausmache, sagt Brix. So weiß man jetzt beispielsweise, dass es je nach Wirkort unterschiedliche Transportermoleküle gibt, die die Schilddrüsenhormone in ihre Zielzellen bringen [1]. "Die Hormone können nicht so einfach durch die Zellmembran hindurch, sondern brauchen als Türöffner ein Transporterprotein", erklärt Brix.

Menschen mit dem sehr seltenen Allan-Herndon-Dudley-Syndrom fehlt wegen eines Gendefekts das Transporterprotein MCT8 [2]. Dieses schleust das T3-Schilddrüsenhormon zum Beispiel in Nervenzellen ein. Die Patienten haben schwere Entwicklungsstörungen des zentralen Nervensystems, können meist nicht sprechen und ihre Muskelbewegungen nicht koordinieren. Im Blut der Betroffenen finden sich erhöhte T3-Mengen. Und während das zentrale Nervensystem deutliche Anzeichen einer Schilddrüsenunterfunktion aufweist, leidet etwa die Leber (wo ein anderer Transporter für die Aufnahme sorgt) an dem Zuviel an Schilddrüsenhormon und zeigt Symptome einer Hyperthyreose, einer Überfunktion der Schilddrüse.

Die biologische Wirksamkeit der Schilddrüsenhormone hängt also nicht nur vom tatsächlichen Output der Schilddrüse ab, sondern auch von der Verfügbarkeit der verschiedenen Transporterproteine vor Ort, in den Zielgeweben. Und damit noch nicht genug: In den Zellen sorgen je nach Bedarf unterschiedlich regulierte Enzyme, die Deiodasen zum Beispiel, für eine Umwandlung des T4-Hormons in das biologisch wirksamere T3. Und dann wirken die Schilddrüsenhormone nicht nur auf der Ebene des Genoms, wie man bisher annahm (siehe Infotext). Sie können verschiedene Prozesse über passende Rezeptoren auch auf der Ebene der Zellmembran, im Zellinnern und direkt an den Kraftwerken der Zelle, den Mitochondrien, anstoßen [3].

Die Schilddrüse: Fakten, Zahlen, Erkrankungen
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Die Schilddrüse (SD), 10 bis 20 Gramm schwer und kaum größer als eine Walnuss, liegt unterhalb des Kehlkopfs. Sie ist aufgebaut aus rund drei Millionen kleinen, bläschenartigen Einheiten, den Follikeln. Nach der Herstellung in den Schilddrüsenzellen werden die Schilddrüsenhormone als Thyreoglobulin, der Speicher- und Vorläuferform, in den Hohlräumen dieser Follikel aufbewahrt. Die SD ist keine autonome Drüse, sondern steht unter dem Einfluss von Hypothalamus und Hypophyse. Die Neurone des Hypothalamus setzen stoßartig das Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH) frei, das seinerseits die Hypophyse dazu anregt, TSH (Thyreoidea-stimulierendes Hormon) abzugeben. Auf das TSH reagiert die SD in dreifacher Weise: Sie steigert die aktive Jodaufnahme aus dem Blut, die Schilddrüsenzellen teilen sich, und aus der Speicherform, dem Thyreoglobulin, werden durch die Aktivierung spaltender Enzyme T3 und T4 ins Blut freigesetzt. Hier wird der Großteil der Hormone erneut an Trägerproteine gekoppelt. Diese sorgen für eine lange Halbwertszeit der Hormone im Blut, die beim T3 einen Tag, beim T4 sieben Tage beträgt.

Die Aufgabe der Schilddrüsenhormone

Schon seit fast 50 Jahren weiß man, dass die SD-Hormone direkt auf das Genom ihrer Zielzellen einwirken. In isolierten Zellkernen aus Rattenzellen konnten die britischen Forscher Tata und Widnell 1966 die RNA-Synthese durch die Zugabe von T3 steigern. Die Rezeptoren für die SD-Hormone in den Zellen sind Transkriptionsfaktoren, die sich nach der Bindung der Hormone an gewisse Abschnitte auf der DNA anlagern und die betreffenden Gene aktivieren. Im Herz wirken SD-Hormone auf die Gene für die zelluläre Natrium-Kalium-Pumpe, Troponin, die schweren Ketten der Myosin-(Motor-)Proteine und viele andere ein. T3 verstärkt die Kraft und Geschwindigkeit der Herzkontraktion, beschleunigt die Herzfrequenz und fördert das Muskelwachstum.

Wie wirken die Hormone?

SD-Hormone wirken auf alle Zellen des Körpers. Sie steigern den Appetit, die Darmaktivität, fördern die Glukoseaufnahme in die Zellen, beeinflussen den Fettstoffwechsel, steigern den Knochenumsatz und die Anzahl der Mitochondrien in den Zellen. Kein Wunder also, dass sich der Körper bei einer Überfunktion der SD (einer Hyperthyreose) im Dauerstress befindet: Die Betroffenen sind unruhig und nervös, leiden unter Herzklopfen, Schlafproblemen, Haarausfall, Gewichtsverlust, häufigen Darmentleerungen, Muskelschwäche und Kraftlosigkeit. Im Gegensatz dazu verlangsamt sich bei einer Unterfunktion der SD (einer Hypothyreose) der Herzschlag, die Betroffenen legen an Gewicht zu, leiden an Verstopfung, Zyklusunregelmäßigkeiten, Unfruchtbarkeit, Erschöpfung, Depression. Schon seit Jahrtausenden ist bekannt, dass die Kropfbildung mit einem Mangel an einer Substanz zusammenhängt. Kaiser Shen-Nung (2838–2798 v. Chr.) empfahl Wurzeln des Sargasso-Seegrases gegen den Kropf. Im 19. Jahrhundert schließlich stellte sich heraus, dass es sich bei diesem Mangelfaktor um Jod handelt.

Schilddrüsenhormone im Gehirn

SD-Hormone spielen ein wichtige Rolle in der Embryonalentwicklung. Sie sorgen für einen Zuwachs an Körpermasse und bereiten das Ungeborene auf das Leben außerhalb des Mutterleibs vor (Lungenfunktion, Aufrechterhalten der Körpertemperatur). Sie beeinflussen die Reifung des Gehirns, wirken auf Zellzyklus, Synapsenbildung, Migration der Nervenfasern und ihre Umhüllung mit Myelin. Erst in letzter Zeit stellte sich zunehmend heraus, wie wichtig die SD-Hormone auch für das Funktionieren des erwachsenen Gehirns sind. Die Neubildung von Nervenzellen findet auch noch im Erwachsenengehirn statt, die neuronalen Stammzellen im Hippocampus verfügen beispielsweise über Rezeptoren für die SD-Hormone. Ängste, Depressionen, Gedächtnisprobleme, Demenz und psychomotorische Probleme können auch mit einem Mangel an SD-Hormonen zu tun haben. In einer Gesellschaft, die immer älter wird, gilt es, die Beteiligung der SD an neurodegenerativen Erkrankungen weiter abzuklären, zumal die SD-Funktion im Alter physiologisch abnimmt.

Eine komplizierte, vielschichtig regulierte Angelegenheit also. In der Praxis dagegen kennt man Störungen der Schilddrüsenfunktion meist nur in Form von Unter- oder Überfunktion. Erstere wird diagnostiziert, wenn sich im Blut erniedrigte Mengen freien Schilddrüsenhormons sowie erhöhte Konzentrationen des "TSH" (Thyreoidea-stimulierendes Hormon) finden, das von der Hypophyse ausgeschüttet wird, um die Produktion der Schilddrüsenhormone anzukurbeln [4]. "Es stellt sich die Frage, ob der TSH-Wert als Standardparameter wirklich repräsentativ ist für all jene Organe, wo die Schilddrüsenhormone ihre Wirkung entfalten", sagt Dagmar Führer-Sakel von der Klinik für Endokrinologie und Stoffwechselerkrankungen am Universitätsklinikum Essen.

Eine vielschichtige, komplexe Angelegenheit!

Womöglich gibt es viele unterschiedliche Erkrankungen oder Störungen der Schilddrüse, die aktuell noch sehr grob unter "Über- und Unterfunktion" zusammengefasst werden. Doch um diese genauer bestimmen und therapieren zu können, braucht es ein besseres Verständnis der Vorgänge und neue Testmethoden. "Es muss außer den bisher messbaren noch andere Faktoren geben, die eine wichtige Rolle spielen", sagt Führer-Sakel.

Im Klinikalltag hat die Ärztin mit vielen Patienten zu tun, die wegen einer Unterfunktion der Schilddrüse die Hormone täglich in Form einer Tablette einnehmen müssen. Bei einem Großteil läuft alles gut. Einige jedoch klagen weiter über Beschwerden, über Unwohlsein, Konzentrationsprobleme und Gewichtszunahme. "Als Ärztin nehme ich mir die Laborwerte vor und denke, es ist doch eigentlich alles okay", sagt Führer-Sakel. Auch den gegenteiligen Fall gibt es: Die Laborwerte sind nicht in Ordnung, und der Patient hat keine Beschwerden. Warum reagiert der eine auf veränderte Schilddrüsenwerte, der andere dagegen nicht? "Womöglich verfügen manche Menschen über gewisse Ausgleichsmechanismen", erklärt die Medizinerin, und eine zusätzliche Hormongabe würde hier eher schaden als nützen.

"In Deutschland werden zurzeit zu viele Menschen zu vorschnell mit Schilddrüsenhormonen behandelt", sagt Dagmar Führer-Sakel. Man therapiere häufig auf Grund des Laborwerts, dabei müsse man zuerst die Ursache abklären und fragen: Woher kommen die Laborveränderungen? Im schlimmsten Fall verursache man durch die unnötige Therapie eine Schilddrüsenüberfunktion und provoziere die damit verbundenen Risiken wie etwa Herzrhythmusstörungen.

"In Deutschland werden zurzeit zu viele Menschen zu vorschnell mit Schilddrüsenhormonen behandelt"

Mit dem Forschungsprojekt "Thyroid Trans Act", an dem insgesamt 18 Arbeitsgruppen mitwirken, will man weiter in das Dickicht der Schilddrüsenfunktion und ihrer komplizierten Regulation vordringen. Neben Untersuchungen an großen Kohorten sollen auch Experimente am Tiermodell weiterhelfen und klären: Wann und wie reagiert ein Organ auf Schilddrüsenhormone, und wie können Krankheiten, die von der Schilddrüsenfunktion abhängen, verhindert werden? Was macht eine gesunde Schilddrüsenfunktion in jungen Lebensjahren im Vergleich zum fortgeschrittenen Alter aus? Die Forschungsergebnisse sollen den Patienten möglichst rasch zugutekommen.