T3 (Liothyronin auch Trijodthyronin genannt) ist das eigentlich wirksame Schilddrüsenhormon. Es wirkt sofort, die Wirkung dauert ca. 6-8 Stunden. T3 besitzt eine etwa 10-fach höhere Bindungsaffinität zu den Rezeptoren im Zellkern als T4.

Eine Zelle hat eine variable Zahl an T3-Rezeptoren (Schilddrüsenhormonrezeptoren am/im Zellkern). Je nach Zelltyp gibt es zwischen einigen Hundert bis hin zu mehreren Tausend Rezeptoren pro Zelle. Hirnzellen und Leberzellen haben z.B. mehr T3-Rezeptoren im Vergleich zu weniger stoffwechselaktiven Organen.

1. Die „klassische“ Wirkung von T3

T3 wirkt bei der klassischen Wirkung nicht selber, sondern es aktiviert in der Zelle einen Rezeptor, der die Aktivität der gesamten Zelle verändert und eine Vielzahl von Reaktionen auslöst. Bei der klassischen Wirkung befindet sich der Rezeptor im Zellkern, wobei er von außen über T3 aktiviert wird und im Zellkern wirkt.

Es gibt 2 Rezeptor-Typen: TR-alpha und TR-beta. Das Verhältnis dieser beiden Typen unterscheidet sich von Organ zu Organ. Ihre Anzahl ist nicht starr festgelegt. Sie passt sich an: Bei viel T3 im Körper kann die Zelle die Zahl ihrer Rezeptoren verringern (Down-Regulation), bei Mangel sie ggf. erhöhen (Up-Regulation).

TR-alpha: Steuert vor allem die Herzfrequenz, den Herzrhythmus und die Regulation der Körpertemperatur. Man findet es bevorzugt im Herzmuskel, im Zentralnervensystem, im Skelettmuskel und im Knochengewebe.

TR-beta: Ist primär für den Stoffwechsel (Fett- und Cholesterinabbau) in der Leber, für das Hören und für die Netzhaut im Auge zuständig. Sehr wichtig: dieser Rezeptor sitzt im Gehirn (Hypothalamus/Hypophyse) und steuert den negativen Rückkopplungskreis – er meldet dem Körper also, ob genug Schilddrüsenhormone im Blut vorhanden sind.

So steuert T3 die Genexpression:

Zustand OHNE T3 (Inaktiv / Blockiert)
Die TR-Rezeptoren sitzen bereits im Zellkern direkt auf der DNA. Sie binden dort an spezifische Abschnitte, die man TRE (Thyroid Hormone Response Elements) nennt.
Solange kein T3 da ist, verbindet sich der Rezeptor mit sogenannten Co-Repressoren.
Diese Proteine blockieren die DNA. Sie sorgen dafür, dass die Genabschnitte fest verpackt bleiben und nicht abgelesen werden können.

 

 

 

 

 

 

Zustand MIT T3 (Aktivierung)
Nachdem das freie T3 mit Hilfe von Transportproteinen durch die Zellmembran und die Kernmembran in den Zellkern gelangt ist, bindet es direkt an den TR-Rezeptor auf der DNA. Meistens bildet der Rezeptor dabei ein Paar mit einem Retinsäure-Rezeptor (RXR-Heterodimer). Durch das Andocken von T3 verändert der Rezeptor seine räumliche Struktur. Die blockierenden Co-Repressoren fallen ab. Stattdessen werden Co-Aktivatoren angelockt.

Durch die Co-Aktivatoren wird die DNA an dieser Stelle „geöffnet“. Das Enzym RNA-Polymerase kann das Gen nun ablesen und in mRNA (Messenger-RNA) umschreiben. Jetzt stellt die Zelle neue Proteine her (z. B. Enzyme für den Energieumsatz oder Natrium-Kalium-Pumpen).
Zusammengefasst wirkt T3 im Grunde wie ein molekularer Schalter direkt auf und an den Genen: Ohne T3 hat der (Rezeptor)-Schalter die Stellung: „AUS“. Sobald T3 bindet, wird der Schalter umgelegt und hat die Stellung “EIN“

2a. nicht-genomische schnelle Wirkungen von T3 an der Zellmembran

  • Ionentransport: T3 ändert die Aktivität von Pumpen an der Wand der Zelle. Es beeinflusst den Fluss von Natrium, Kalium und Calcium.

  • Signalwege: Es aktiviert Botenstoffe in der Zelle wie die Proteinkinase A oder den MAPK-Weg. Das steuert Stoffwechsel und Wachstum direkt.

2b. nicht-genomische Wirkungen in den Zellorganellen

  • Mitochondrien: T3 bindet an verkürzte Formen des Schilddrüsenrezeptors (wie p43), die direkt in den Mitochondrien sitzen. Dies kurbelt die Atmungskette an. T3 steigert in den Mitochondrien die Bildung von Energie (ATP) und den Sauerstoffverbrauch direkt.

  • Zytoplasma: Eine T3/T4-Mischbindungstelle wird der MAPK/ERK1/2-Signalweg (Mitogen-aktivierte Proteinkinase) aktiviert. Dies führt zur schnellen Phosphorylierung (Aktivierung) von Proteinen im Cytoplasma, was unter anderem das Zytoskelett umbaut und die Zellteilung anregt.

  • An den Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) (sie sind die „Hauptabnehmer“ von T3) und den Schrittmacherzellen des Sinusknotens moduliert freies T₃ die Kanäle direkt in der Zellmembran. Das führt innerhalb von Minuten zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit und zu einer Anpassung der Durchblutung:

  • Steigerung der Herzfrequenz (Positiv chronotrop): T3 blockiert oder öffnet bestimmte Ionenkanäle (wie Kalium- und Natriumkanäle) in den Schrittmacherzellen des Herzens direkt an der Zellmembran mit dem Effekt, dass das Herz schneller schlägt.

  • Erhöhung der Schlagkraft (Positiv inotrop): Es aktiviert direkt die Calcium-Pumpen an den Membranen der Herzmuskelzellen. Mehr Calcium strömt ein, was dazu führt, dass sich der Herzmuskel sofort kräftiger kontrahiert.

Im Detail:

Stimulation der sarcolemmale Ca²⁺-ATPase. Hierdurch wird das Herauspumpen von Calcium nach dem Schlag beschleunigt, was die Erschlaffung (Lusitropie) des Herzens verbessert.

Aktivierung der spannungsgesteuerten Na⁺-Kanäle, was die Depolarisation (Erregung) der Herzmuskelzellen beschleunigt.

Selektive Aktivierung der spannungsgesteuerten K⁺-Kanäle, was die Dauer des Aktionspotenzials verkürzt, wodurch das Herz schneller wieder bereit für den nächsten Schlag ist.

Direkte Öffnung der L-Typ Ca²⁺-Kanäle & Ryanodin-Rezeptoren zur Calciummobilisation. Damit wird schlagartig die Calciumkonzentration im Zytoplasma erhöht, was die Schlagkraft (Inotropie) sofort steigert.

  • Gefäßerweiterung (Vasodilation): T3 wirkt direkt auf die glatten Muskelzellen der Blutgefäße. Es sorgt für eine Entspannung der Gefäßwände, wodurch der Gefäßwiderstand sinkt und Organe besser durchblutet werden.

2c. nicht-genomische Auswirkungen von T3 auf das Nervensystem

Im Nervensystem steuert T3 die Geschwindigkeit, mit der Signale verarbeitet und weitergeleitet werden:

  • Verstärkung des Sympathikus: T3 sensibilisiert die Nervenzellen für Stresshormone wie Adrenalin und Noradrenalin. Es sorgt über schnelle Signalwege dafür, dass die Rezeptoren für diese Botenstoffe empfindlicher reagieren. Das führt zu einer gesteigerten Wachheit und Reaktionsbereitschaft.

  • Modulation von Ionenströmen im Gehirn: Durch die direkte Beeinflussung von Ionenpumpen an den Synapsen der Nervenzellen wird die elektrische Erregbarkeit im Gehirn modifiziert. Dies beeinflusst die synaptische Plastizität, also die Fähigkeit des Gehirns, sich schnell an neue Informationen anzupassen.

  • Schutz und Struktur der Nervenzellen: Über die Aktivierung von Proteinkinasen (z. B. den MAPK-Weg) steuert T3 im Zytoplasma die Stabilität des Zytoskeletts in den Nervenzellen. Das ist wichtig für das schnelle Wachstum von Nervenfortsätzen (Axonen).

Das klinische Bild der Schilddrüsenüberfunktion

Ein akuter Überschuss an T3 macht diese Effekte der nicht-genomischen Wirkungen sofort spürbar: Das Herz beginnt zu rasen (Tachykardie) oder stolpert (Vorhofflimmern), während das Nervensystem mit Zittern (Tremor), innerer Unruhe und Nervosität reagiert.

  • Die Latenzzeit-Verkürzung: Klassische nukleare Hormoneffekte (Genaktivierung) brauchen Tage bis Wochen, um spürbar zu sein. Die Gabe von T₃ führt jedoch durch nicht-genomische Effekte oft innerhalb von Minuten bis Stunden zu einer Steigerung des Pulses, wärmeren Händen und verbesserter mentaler Klarheit.

  • Nota bene: Da T₃ direkt an den Ionenkanälen der Herzmuskelzellen wirkt, kann eine Überdosierung bei älteren oder vor-erkrankten Patienten relativ schnell zu Herzrhythmusstörungen, Herzrasen oder Angina pectoris (Herzenge) führen. Deshalb sollte eine Unterfunktion bei diesen Personen einschleichend behandelt werden.

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