Der Hypophysen-Schilddrüsen-Regelkreis: Entwicklung und klinische Anwendung eines nichtlinearen Modells

Schilddrüsenhormone spielen eine zentrale Rolle für die Koordination des Stoffwechels. Der Organismus ist daher auf eine exakte Regulation zur Aufrechterhaltung adäquater Hormonspiegel angewiesen. Auch mehr als 70 Jahre nach der Entdeckung der Interdependenz von Hypophyse und Schilddrüse sind zwar die meisten Parameter der Regulation auf molekularer und zellulärer Ebene identifiziert, eine befriedigende Beschreibung des Wirkungsgefüges fehlt aber. Auch die Informationsverarbeitungsprozesse auf hypophysärer Ebene, die wahrscheinlich für die pulsatile Ausschüttung von TSH verantwortlich sind, sind bislang unbekannt.

In dieser Arbeit wird eine kybernetische Theorie des Hypophysen-Schilddrüsen-Regelkreises aufgestellt, die im Gegensatz zu bisherigen Modellen des Systems fast ausschließlich auf empirisch ermittelten Daten wie Rezeptorbindungskonstanten und pharmakokinetischen Eigenschaften der beteiligten Signalträger basiert. Dieses parametrisch-isomorphe Modell liefert aus Strukturparametern des Regelkreises eine analytische Lösung für die Hormonspiegel (,,Verhaltensparameter''), die das System im Gleichgewicht erreicht.

Die Theorie steht mit ihren Ergebnissen weitgehend im Einklang mit physiologischen und pathophysiologischen Daten. Darüber hinaus liefert sie ein neues Erklärungsmodell für den bisher unbekannten Mechanismus der pulsatilen TSH-Sekretion. Ein diagnostisches Verfahren (SPINA: Struktur-Parameter-Inferenz-Ansatz), das aus diesem theoretischen Modell entwickelt wurde, erlaubt den Rückschluß aus gemessenen Hormonspiegeln auf die (in der klinischen Situation unbekannten) Strukturparameter des Regelkreises, insbesondere die Sekretionsleistung der Schilddrüse (GT) und die Summenaktivität der 5'-Dejodinase (GD). Diese Parameter, für die in einer Probandenstudie Referenzbereiche ermittelt werden konnten, korrelieren mit physiologischen Prädiktoren der Schilddrüsenfunktion. In einer prototypischen diagnostischen Anwendung erwiesen sie sich bei mehreren Krankheitsbildern den bisher üblichen Verfahren überlegen.