Begründe, dass Hormone nur an Zielzellen wirken.

Beschreibe zwei verschiedene Wirkungsmechanismen von Hormonen an Zielzellen auf molekularer Ebene.

Beschreibe anhand von Abbildung 1 a) die Vorgänge in den β-Zellen, die zur Insulinausschüttung führen (M 1).

Erläutere die Beeinflussung der Insulinausschüttung durch das Hormon GLP-1 (M 1).

Beurteile jeweils die Gefahr einer Unterzuckerung eines Patienten bei der Behandlung von Diabetes Typ 2 mit den Medikamenten Galvus^® oder Glurenorm^® (M 1, M 2).

Gib eine mögliche Erklärung dafür, dass Ozempic^® seine Wirkung nur bei ausreichend hoher Blutzuckerkonzentration entfaltet und so nicht zu einer Unterzuckerung führen kann (M 1, M 2).

Formuliere ausgehend von den Aussagen zwei Argumente bezüglich der Verwendung von Ozempic^® als Abnehmspritze (M 3).

Begründung der spezifischen Wirkung von Hormonen an Zielzellen

• Hormone werden nach ihrer Synthese und Ausschüttung in die Blutbahn abgegeben und im gesamten Organismus verteilt.

• Obwohl sie im Kreislauf mit fast allen Zellen in Kontakt kommen, entfalten Hormone ihre biologische Wirkung ausschließlich an den dafür vorgesehenen Zielzellen.

• Diese Selektivität beruht darauf, dass nur die spezifischen Zielzellen über passende Rezeptorproteine verfügen, die das Hormonmolekül binden können.

• Die Bindung des Hormons an den Rezeptor erfolgt hochspezifisch nach dem komplementären Schlüssel-Schloss-Prinzip.

• Zellen, die diese passgenauen Rezeptoren nicht aufweisen, sind für das Signal blind und zeigen folglich keinerlei physiologische Reaktion.

Wirkungsmechanismus über membranständige Rezeptoren und sekundäre Botenstoffe

• Hydrophile Hormone können aufgrund ihrer wasserlöslichen Eigenschaften die lipophile Lipiddoppelschicht der Zellmembran nicht eigenständig durchqueren.

• Sie binden daher auf der Außenseite der Zielzelle an spezifische extrazelluläre Rezeptoren, die in die Plasmamembran integriert sind, wie beispielsweise den GLP-1-Rezeptor.

• Diese Kopplung bewirkt eine Konformationsänderung des Rezeptors, die ein Signal ins Zellinnere überträgt und dort ein membranständiges Enzym wie die Adenylatcyclase aktiviert.

• Die aktivierte Adenylatcyclase katalysiert im Zytoplasma die Synthese des sekundären Botenstoffes zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) aus ATP.

• Das gebildete cAMP fungiert als intrazellulärer Signalvermittler, der über eine Kaskadenreaktion Proteinkinasen aktiviert, bestehende Stoffwechselenzyme reguliert oder eine Genaktivierung im Zellkern initiiert.

Wirkungsmechanismus über intrazelluläre Rezeptoren und direkte Genregulation

• Lipophile Hormone besitzen fettlösliche Eigenschaften und sind deshalb in der Lage, die lipophile Plasmamembran der Zielzelle durch einfache passive Diffusion direkt zu durchdringen.

• Im Zytoplasma oder direkt im Zellkern der Zielzelle binden diese Hormone an ihre spezifischen, intrazellulären Rezeptorproteine.

• Durch diese spezifische Anlagerung formiert sich im Zellinneren ein stabiler Hormon-Rezeptor-Komplex.

• Dieser Komplex lagert sich im Zellkern direkt an regulatorische Abschnitte der DNA an und wirkt dort unmittelbar als Transkriptionsfaktor.

• Durch diese Bindung wird die Transkription bestimmter Gene gezielt ein- oder ausgeschaltet, was über die anschließende Proteinbiosynthese die zelluläre Antwort steuert.

Vorgänge in den beta-Zellen, die zur Insulinausschüttung führen

• Bei einer erhöhten Glucosekonzentration im Blut gelangt die Glucose über den spezifischen GLUT2-Transporter passiv in das Zytoplasma der beta-Zelle.

• Im Zytoplasma wird die Glucose zu den Mitochondrien transportiert und dort im Zellstoffwechsel abgebaut, wodurch vermehrt hochenergetisches ATP entsteht.

• Die ansteigende Konzentration von ATP im Zytoplasma führt zu einer gezielten Aktivierung bzw. Interaktion mit den Kaliumionen-Kanälen in der Zellmembran.

• Diese Interaktion verändert den Ausstrom von Kaliumionen, was eine messbare Depolarisation der zellulären Plasmamembran zur Folge hat.

• Die stattfindende Depolarisation der Membran bewirkt die unmittelbare Öffnung der spannungsgesteuerten Calciumionen-Kanäle.

• Aufgrund des bestehenden elektrochemischen Gefälles strömen Calciumionen () in großen Mengen von außen in das Zytoplasma der beta-Zelle ein.

• Der sprunghafte Anstieg der intrazellulären -Konzentration fungiert als Signal und stimuliert die Wanderung von insulinhaltigen Vesikeln in Richtung der Zellmembran.

• Die Vesikel verschmelzen schließlich mit der Plasmamembran, wodurch das Hormon Insulin per Exozytose in den extrazellulären Raum und damit in die Blutbahn abgegeben wird.

Beeinflussung der Insulinausschüttung durch das Hormon GLP-1

• Nach einer primären Nahrungsaufnahme über den Verdauungstrakt setzen spezialisierte Zellen der Darmschleimhaut das Hormon GLP-1 direkt in das Blut frei.

• Das über den Blutkreislauf transportierte GLP-1 bindet auf der Außenseite der beta-Zelle an den spezifischen GLP-1-Rezeptor.

• Diese spezifische Hormon-Rezeptor-Wechselwirkung führt auf der Innenseite der Membran zur Aktivierung des Enzyms Adenylatcyclase.

• Das aktivierte Enzym Adenylatcyclase katalysiert im Zytoplasma die Synthese des sekundären Botenstoffes cAMP aus vorhandenem ATP.

• Der gebildete intrazelluläre Botenstoff cAMP induziert eine Signalkaskade, die im Zellkern eine gezielte Genaktivierung am Insulin-Gen bewirkt.

• Durch diese Aktivierung des Insulin-Gens wird die Proteinbiosynthese von neuem Insulin langfristig gesteigert, um die zellulären Hormonspeicher effektiv aufzufüllen.

• Parallel dazu veranlasst das cAMP eine zusätzliche, verstärkte Freisetzung von -Ionen aus den internen zellulären Speichern in das Zytoplasma der Zelle.

• Dieser zusätzliche, durch cAMP vermittelte -Anstieg führt im Vergleich zur reinen Glucose-Anregung zu einer massiven Verstärkung der Vesikelverschmelzung an der Zellmembran.

• Durch die synergistische Wirkung von Glucose und GLP-1 wird somit eine wesentlich höhere Anzahl an Insulin-Vesikeln gleichzeitig entleert, was zu einer drastisch gesteigerten Insulinausschüttung ins Blut führt.

Beurteilung der Gefahr einer Unterzuckerung bei Galvus®

• Galvus® führt zu einer kompetitiven Hemmung des Enzyms, welches das darmgenerierte Hormon GLP-1 abbaut.

• Durch diese Hemmung verbleibt das körpereigene GLP-1 über einen längeren Zeitraum in einer aktiven Form im Blutkreislauf.

• Die Freisetzung von natürlichem GLP-1 durch die Schleimhautzellen des Darms erfolgt jedoch streng gekoppelt an eine primäre Nahrungsaufnahme und die damit verbundene Glucoseaufnahme über den Darm.

• Liegt eine niedrige Blutzuckerkonzentration vor, weil keine Nahrung aufgenommen wurde, schüttet der Darm auch kein GLP-1 aus.

• Da ohne Nahrungszufuhr kein GLP-1 im Blut zirkuliert, läuft das Medikament Galvus® ins Leere, da kein Hormon vorhanden ist, dessen Abbau verzögert werden könnte.

• Die Gefahr einer gefährlichen Unterzuckerung ist bei diesem Wirkmechanismus folglich als sehr gering einzustufen, da die Insulinverstärkung an das Vorhandensein von Nahrung gekoppelt bleibt.

Beurteilung der Gefahr einer Unterzuckerung bei Glurenorm®

• Das Medikament Glurenorm® bewirkt durch seinen Wirkstoff einen direkten Verschluss der Kaliumionen-Kanäle in den -Zellen der Bauchspeicheldrüse.

• Im physiologischen Normalzustand erfolgt dieser Verschluss der Kaliumionen-Kanäle nur durch ein hohes Aufkommen von intrazellulärem ATP, welches aus dem Abbau von Glucose stammt.

• Durch die direkte Blockade der Kanäle durch Glurenorm® wird die nachfolgende Depolarisation der Zellmembran und die damit verbundene Öffnung der spannungsgesteuerten Calciumionen-Kanäle erzwungen.

• Dieser Einstrom von -Ionen und die darauffolgende Exozytose von Insulin finden somit völlig unabhängig von der tatsächlichen Glucosekonzentration im Blut statt.

• Selbst wenn die Blutzuckerkonzentration bereits extrem niedrig ist, schüttet die -Zelle unter dem Einfluss von Glurenorm® kontinuierlich weiter Insulin aus.

• Bei diesem Präparat besteht daher, insbesondere im Falle einer fehlerhaften Dosierung, eine sehr hohe und potenziell lebensgefährliche Gefahr für eine schwere Unterzuckerung.

Erklärung zur blutzuckerabhängigen Wirkung von Ozempic®

• Der Wirkstoff Semaglutid in Ozempic® bindet direkt an die GLP-1-Rezeptoren der -Zellen und imitiert die Wirkung des körpereigenen Hormons durch eine künstliche Aktivierung der Adenylatcyclase.

• Diese Aktivierung gesteigert die intrazelluläre Konzentration des sekundären Botenstoffes cAMP, welcher die Freisetzung von -Ionen aus den internen Speichern der Zelle fördert.

• Damit es jedoch überhaupt zu einer nennenswerten Verschmelzung der insulinhaltigen Vesikel mit der Plasmamembran kommen kann, wird primär ein kontinuierlicher Einstrom von extrazellulären -Ionen benötigt.

• Dieser essentielle Einstrom setzt voraus, dass die Membran durch den Verschluss der Kaliumionen-Kanäle infolge einer hohen ATP-Produktion depolarisiert wurde.

• Ist die Blutzuckerkonzentration im Organismus sehr niedrig, gelangt kaum Glucose über die GLUT2-Transporter in die -Zelle, wodurch die mitochondriale ATP-Synthese minimal bleibt.

• Die Kaliumionen-Kanäle verbleiben mangels ATP geöffnet, wodurch die Zellmembran im hyperpolarisierten Ruhezustand verharrt und die spannungsgesteuerten Calciumionen-Kanäle fest verschlossen bleiben.

• Obwohl Ozempic® über den Botenstoff cAMP die inneren -Speicher anspricht, reicht dieses Signal ohne die grundlegende, glucoseinduzierte Membrandepolarisation und den Einstrom von extrazellulärem Calcium nicht aus, um eine massive Insulinexozytose anzustoßen.

• Die Wirkung von Ozempic® bleibt somit biologisch an eine ausreichend hohe Blutzuckerkonzentration gebunden, weshalb das Medikament bei niedrigen Blutzuckerwerten inaktiv ist und keine Unterzuckerung verursachen kann.

Contra-Argument zur Verwendung von Ozempic® als Abnehmspritze

• Werteaussage: Die gesundheitliche Versorgung und die Sicherung der Lebensqualität von chronisch kranken Menschen, die auf ein medizinisches Präparat zur Vermeidung von schweren Folgeerkrankungen angewiesen sind, muss in einer gerechten und solidarischen Gesellschaft oberste Priorität haben.

• Sachaussage: Aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Ozempic zur Gewichtsreduktion bei Menschen ohne Diabetes ist das Medikament permanent ausverkauft, was dazu führt, dass Patienten mit Diabetes Typ 2 aktuell nicht mehr ausreichend mit ihrer notwendigen Medikation versorgt werden können.

• Schlussfolgerung: Daraus ergibt sich eine klare Ablehnung (contra) der Verwendung als Abnehmspritze für Menschen ohne Diabetes, da hierdurch die Werte der Gesundheit, der Gerechtigkeit und der gesellschaftlichen Solidarität gegenüber schwerer erkrankten Mitmenschen massiv verletzt werden.

Pro-Argument zur Verwendung von Ozempic® als Abnehmspritze

• Werteaussage: Die Erhaltung der Gesundheit sowie die wirksame Entlastung von Menschen, die unter einem schweren und krankhaften Leidensdruck stehen, stellen ein schützenswertes und zentrales medizinisches Gut dar.

• Sachaussage: Das Medikament reduziert das Hungergefühl und weist eine stark gewichtsreduzierende Wirkung auf, womit es eine effektive therapeutische Option für Menschen darstellt, die infolge ihres starken Übergewichts unter erheblichem psychischen Druck stehen.

• Schlussfolgerung: Daraus ergibt sich Befürwortung (pro) für den Einsatz von Ozempic bei Menschen mit starkem Übergewicht, da diese Maßnahme den Wert der individuellen Gesundheit und psychischen Integrität erfüllt und die Lebensqualität der Betroffenen maßgeblich verbessert.