A catecholaminok biológiai hatása rövid ideig tart, ugyanis a szimpatikus idegvégződések az interjunctionalis térből gyorsan felveszik a catecholaminokat, majd inaktív metabolitokká alakítják és a vesén keresztül eltávolítják a szervezetből.
A neuronalis uptake egyik feladata, hogy a lokálisan felvett noradrenalin újrafelvételével az idegimpulzusok frekvenciájától függetlenül állandósítsa az idegvégződésben a noradrenalin-koncentrációt.
A szimpatoadrenerg rendszer a vegetatív idegrendszer szimpatikus része és a mellékvesevelő alkotja, amelynek működését központi idegrendszeri struktúrák szabályozzák.
A nyúltvelő rostralis ventrolateralis területei, a raphe caudalis magrendszere, valamint a hypothalamus (elsősorban a paraventricularis magvak és a lateralis hypothalamicus terület) vesznek részt ezekben a folyamatokban.
Ezekről a területekről efferens rostok indulnak ki, melyek a gerincvelő szürkeállományának oldalsó szarvában elhelyezkedő praeganglionalis neuronokon végződnek.
A paraventricularis magokból származó neuronok neurotranszmittere az oxytocin, míg a raphe magvakból származó neuronok transzmittere az adrenalin, a dopamin és a szerotonin (5HT).
Az adrenalin, a noradrenalin és a dopamin szerkezete catecholgyűrűt tartalmaz, ezért ezeket egységesen catecholaminnak nevezzük.
A gerincvelő oldalsó szarvában található praeganglionalis sympathicus neuronok cholinerg típusúak (transzmitterük az acetilkolin).
A postganglionalis szimpatikus neuronok többségében nikotin típusú acetilkolin-receptor fordul elő.
A perifériás idegrendszer szimpatikus rostjai vékony, nem myelinizált rostok formájában a para- és praevertebralis ganglionokból erednek.
A perifériás szimpatikus idegvégződések noradrenalint szintetizálnak, tárolnak és szabadítanak fel.
A centrális és perifériás adrenerg neuronok egyéb kémiai mediátor anyagokat is tartalmaznak, melyek a noradrenalinhoz hasonlóan tárolódnak és szabadulnak fel; ezek lehetnek fehérjék (neuropeptid Y, somatostatin, substance P, galanin, encephalinok), purin-vegyületek (ATP, adenozin) vagy aminok (5HT).
A bioszintézishez szükséges aminosav, a tirozin a felvett táplálékból vagy a fenilalanin májban történő átalakításából származik. A bioszintézis első lépését a tirozin-hidroxiláz (TH) katalizálja, az enzim tirozinból 3,4-dihidroxi-fenilalanint (DOPA-t) képez.
A TH kizárólag a catecholaminokat szintetizáló szövetekben mutatható ki, ez a lépés határozza meg a catecholamin-képződés sebességét.
Az idegrendszerben a fokozott ingerlés során az intracelluláris Ca2+ szint emelkedik, ami aktiválja a Ca2+-kalmodulin függő protein-kinázt (CAMK II), ez foszforilálja és aktiválja a tirozin-hidroxilázt, ami a catecholamin-szintézis fokozásával lehetővé teszi a neuron adaptációját a megnövekedett igénybevételhez.
A DOPA -ból a dopaminképződést az aromás aminosav dekarboxiláz végzi. Ez az enzim nemcsak az idegszövetben van jelen, hanem egyéb szövetekben is, így dopaminképződés a szervezetben máshol is zajlik.
Az aromás aminosav dekarboxiláz egyéb aromás aminosavak dekarboxilálását, így például az 5-hidroxi-triptofán (5HT) átalakulását is katalizálja.
A catecholamin bioszintézis első két lépése a citoplazmában történik, szemben a bioszintézis dopamint követő lépéseivel, ami az ún. vezikulákban történik.
A bioszintézis itt két fő út, attól függően, hogy a sejtek tartalmaznak-e dopamin-b-hidroxilázt. A dopaminerg neuronok nem, de a noradrenerg neuronok és a mellékvese chromaffin sejtjeinek vezikuláiban az enzim jelen van, így ezekben a sejtekben a dopamint noradrenalinná alakul.
A bioszintézis utolsó lépése a noradrenalin-adrenalin átalakulás, amit a feniletanolamin N-metiltranszferáz (PNMT) enzim végez. Az enzim a citoszolban található és kizárólag a mellékvesevelő sejtjeiben, valamint a központi idegrendszer néhány területén és a retina adrenerg sejtjeiben fordul elő.
Igy a keringésben kimutatható adrenalin mellékvesevelő eredetű, és fontos diagnosztikai marker a mellékvesevelőből kiinduló daganatok, a phaeochromocytómák kórisméjében. A PNMT aktivitását a cholinerg stimuláció, a glukokortikoidok és az ACTH serkenti.
A catecholamin-bioszintézist összetett folyamatok szabályozzák. A mellékvesevelő és a sympathicus idegvégződések ingerlésére bekövetkező catecholamin-felszabadulás nem jár együtt a szövetek catecholamin-tartalmának jelentős változásával (a felszabadulás ellenére változatlan szöveti catecholamin-szint a bioszintézis fokozódásának következménye).
A bioszintézis fokozódásakor a TH foszforiláció révén aktiválódik (a foszforiláció fokozza a TH pteridin kofaktorhoz való kapcsolódási készségét).
Az adrenomedullaris sejtből történő catecholamin-felszabadulás fiziológiás ingere a preganglionalis szimpathikus idegsejt végződéséből felszabaduló acetilkolin, mely a chromaffin sejtek felszínén található nikotin típusú kolinerg receptorokon keresztül depolarizálja a sejtmembránt és ezzel Ca2+-influxot vált ki.
A megnövekedett intracellularis Ca2+ hatására a chromaffin sejtek a granulumok tartalmát exocytosissal ürítik az extracellularis térbe. Az exocytosis során a granulum teljesen kiürül, ezért egyetlen sejt a kiürített granulumok számától függő kvantumokban juttat ki catecholaminokat a környezetbe.
A citoplazmában keletkezett dopaminból a vezikulákban képződik noradrenalin, ami visszajut a citoplazmába, ahol a mellékvesevelő chromaffin sejtjeiben adrenalinná alakulhat, ami ismét visszajut a vezikulába és ott raktározódik.
A chromaffinsejtek vezikulái nagyok (~280 nm átmérő) és a catecholamin, ATP és dopamin-b-hidroxiláz mellett további fehérjéket (Chromogranin A) és ionokat tartalmaznak, melyek catecholamin-szekréció során szintén felszabadulnak.
A mellékvesevelőben számos peptid mutatható ki, melyek a chromaffin granulumokban, illetve a velőállományt innerváló neuronokban helyezkednek el. Többségük szerepe jelenleg még nem teljesen tisztázott, azonban néhány peptid funkciója ismert: a vasoactive intestinalis peptid (VIP) serkenti a chromaffin sejtek catecholaminszekrécióját, és más peptidek az Ach-ra adott válaszukat módosíthatják (például a chromostatin, az NPY és az encephalinok csökkentik, míg a substance P fokozza a sejtválaszt).
A szimpathikus idegvégződések noradrenalint tartalmaznak. A noradrenalin a kisméretű “dense-core” vezikulumokban tárolódik, melyek elnevezésüket elektronmikroszkópos megjelenésük alapján kapták. A sympathicus idegvégződésekben jelen levő nagy denz vesiculumokban tárolt peptidek idegimpulzusok hatására szabadulnak fel és modulátor, cotranszmitter vagy neurotranszmitter funkciót töltenek be.
A noradrenalin-felszabadulás prejunctionalis befolyás alatt áll. Egyrészt a fizikai-kémiai környezet (alacsony pH és alacsony hőmérséklet csökkenti a noradrenalin-felszabadulást), másrészt a praejunctionalis membránhoz kötődő kémiai mediátorok is befolyásolják a noradrenalin felszabadulását. Az a2-adrenerg receptorokon keresztül az adrenalin és a noradrenalin gátolják, míg az a receptor-blokkolók fokozzák a noradrenalin felszabadulását. A preszinaptikus b2-receptor-agonisták növelik a neuronalis aktiváció hatására felszabaduló noradrenalin mennyiségét.
A catecholaminok biológiai hatása rövid ideig tart, ugyanis a szimpatikus idegvégződések az interjunctionalis térből gyorsan felveszik a catecholaminokat, majd inaktív metabolitokká alakítják és a vesén keresztül eltávolítják a szervezetből.
A folyamathoz szükséges transzport fehérje ismert szerkezetű (a noradrenalin, dopamin, 5-HT és a GABA transzport-fehérjék szekvenciája nagyfokban hasonló). A neuronalis uptake egyik feladata, hogy a lokálisan felvett noradrenalin újrafelvételével az idegimpulzusok frekvenciájától függetlenül állandósítsa az idegvégződésben a noradrenalin-koncentrációt. A nem neuronalis uptake során a keringő catecholaminok aktív folyamat révén különböző nem neuronalis sejtekbe kerülnek be (máj, vese, tüdő, belek), majd lebomlással inaktiválódnak.
A lebomlás fő lépései a 3-O-pozícióban elhelyezkedő hidroxil-csoport metilációja, az oxidatív deamináció, valamint a szulfáttal vagy glukuroniddal történő konjugáció. A lebomlás egyik fő enzime a monoamino-oxidáz (MAO). Két formája létezik: MAO-A és MAO-B, amelyek eltérő eloszlásúak és funkciók.
A catecholamin-metabolizmus másik fő enzime a catechol-O-metiltranszferáz (COMT). Az enzim katalizálja a noradrenalin, az adrenalin és a deaminált metabolitok 3-O-metilálását. A katecholaminok végső lebomlása során számos metabolit keletkezik: DOMA, DOPEG, metanephrin, normetanephrin, MOPEG és VMA, továbbá DOPAC, MT, DOPET és HVA keletkezik dopamin lebomlása során.
A 24 órás gyűjtött vizelet catecholamin- és catecholamin-metabolit meghatározását a mellékvesevelő és a szimpatikus idegrendszer daganatainak igazolására használják. A vizelet szabad catecholamin és metanephrin vizsgálat diagnosztikus értéke általánosságban felülmúlja a VMA-vizsgálatét. A plazma metanephrin és metanephrin koncentrációja releváns a phaeochromocytoma kimutatásában, és a plazma-normetanephrin/metanephrin szerepét is értékelik. A plazma metanephrinek szenzitivitása igen magas, míg a vizelet frakcionált metanephrinek és egyéb kategóriák szintjei különbözőek lehetnek a diagnózistól függően.
A clonidin-szuppressziós teszt a hipertóniák differenciáldiagnosztikájában lehet hasznos, mivel phaeochromocytoma esetén a plazmacatecholamin-szint általában megőrizhet vagy emelkedhet a teszt során, míg egyéb hipertóniák esetén csökken.
A phaeochromocytoma többféle peptidet és fehérjét is termelhet, így a chromogranin-A és B, valamint a neuropeptid Y (NPY) jelentős diagnosztikai szerepet tölt be. A chromogranin-A hosszú felezési ideje miatt diagnosztikus célra jól használható, és magas plazma koncentrációja nagy szenzitivitást és specifitást ad a betegség jelzésére (vesekárosodás esetén kivétel).
A vasdolgokat illetően a mellékvesevelővel kapcsolatos legújabb kutatások szerint a mitokondriális DNS-deléciók az életkor előrehaladtával a velőállományban felhalmozódhatnak, és ez a mitokondriális diszfunkció felé mutat. A kortikális és velőállományban is hasonló folyamatok figyelhetők meg, és hozzájárulhatnak a neuroendokrin rendszer öregedéséhez és különféle betegségek patomechanizmusához.
Parkinson-kórban a dopaminerg neuronok számának csökkenése és mitokondriális diszfunkció fordul elő, amely összefügg a katecholamin-metabolizmus zavaraival. A Lewy-testek és a parkinsonizmus patológiai jellemzői között fontos szerepet játszanak ezek a folyamatok.
Az adrenalin a vészhelyzet hormonja, amely a szív és érrendszer működését gyorsan befolyásolja: tágítja a szív- és vázizmok ereit, miközben a bőr- és tápcsatorna ereit összenyomja, fokozza a szívműködést és emeli a vérnyomást. A pupilla kitágul, nő az ébrenlét állapota, és az EEG-n béta-hullámok jelentkeznek.
Az adrenalin hatását a természet a vészhelyzetekre tervezte, így a modern kor állandó stresszhelyzetei hosszú távon károsodásokhoz és különféle tünetekhez vezethetnek.
