ต่อมหมวกไตส่วนในเจริญมาจากเนื้อเยื่อชนิดเดียวกับที่เจริญไปเป็นระบบประสาท เซลล์ของตัวอ่อนจะค่อยๆ เจริญเป็นเซลล์ประสาท 2 ประเภท คือนิวโรบลาส (neuroblast หรือ sympathoblast) ซึ่งจะเจริญไปเป็นเซลล์ประสาทซิมพาเทติก และฟีโอโครโมบลาสท์ (pheochromoblasts) ซึ่งจะเจริญเป็นเซลล์โครมาฟฟิน (chromaffin cell)

        ต่อมหมวกไตส่วนในเป็นทั้งต่อมไร้ท่อและเป็นส่วนของประสาทซิมพาเทติก จะทำงานเมื่อเผชิญหน้ากับ ภาวะเครียด ตื่นเต้น ตกใจ กลัว หนีภัย (fight or flight) เมื่อเจ็บปวดและออกกำลังกาย สร้างฮอร์โมน 2 ชนิด คือ ฮอร์โมนอิพิเนฟรินหรืออะดรีนาลินประมาณ 80 เปอร์เซนต์ ซึ่งเป็นตัวที่สำคัญและอีกฮอร์โมนคือนอร์อิพิเนฟริน ประมาณ 15 เปอร์เซนต์ รวมกันเรียกว่าแคททีโคลามีน (catecholamines)

         แคททีโคลามีนสร้างที่ไซโตซอลของต่อมหมวกไตส่วนในแล้วเก็บไว้ในเม็ดเล็กๆ ในโครมาฟฟินเซลล์ (chromaffin  granules) เมื่อได้รับการกระตุ้น จะถูกปล่อยเข้าไปในหลอดเลือด

                                                                                                                                  ตอบ

    แคททีโคลามีนสร้างมาจากกรดอะมิโนไทโรซีน ซึ่งได้รับมาจากอาหารแล้วไทโรซีนจะถูกเปลี่ยนไปเป็น ไดไฮดรอกซิฟีนิลอะลานีน ( dihydroxyphenylalanine หรือ DOPA) โดยเอนไซม์ไทโรซีน ไฮดรอก
ซิเลส (tyrosine hydroxylase) หลังจากนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นโดปามีน (dopamine) ซึ่งเป็นสารกล่อมประสาท (opioids) มีฤทธิ์ลดความเจ็บปวดได้ หลังจากนั้นโดปามีนจะเปลี่ยนเป็นนอร์อิพิเนฟริน โดยเอนไซม์โดปามีน เบตาไฮดรอกซิเลส (dopamine – betahydroxylase) แล้วจึงเปลี่ยนเป็นอิพิเนฟรินโดยเอนไซม์ ฟีนิลเอททาโนลามีน - เอ็น - เมทิลทรานสเฟอเรส (phenylethanolamine –N- methytransferase : PNMT)

 การสังเคราะห์แคททีโคลามีนจากสารตั้งต้นไทโรซีนโดยเอนไซม์ต่างๆ หลายขั้นตอน

      ตัวรับสัญญาณของแคททีโคลามีน

       แคททีโคลามีนจะออกฤทธิ์ได้ต้องจับกับตัวรับสัญญาณบนเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวรับสัญญาณของ แคททีโคลามีน เรียกว่าตัวรับสัญญาณอะดรีเนอร์จิก (adrenergic receptors) แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ แอลฟา และเบตา

       ชนิดของตัวรับสัญญาณแบ่งตามการตอบสนองของเซลล์อวัยวะเป้าหมายต่อตัวกระตุ้นอะดรีเนอ์จิก ซึ่งไม่เหมือนกันเช่น อิพิเนฟริน และนอร์อิพิเนฟริน จะกระตุ้นกล้ามเนื้อหัวใจ และนอร์อิพิเนฟรินจะกระตุ้นที่หลอดลมด้วย แต่อิพิเนฟรินจะไม่กระตุ้นหลอดลม แสดงว่าตัวรับสัญญาณที่กล้ามเนื้อหัวใจและหลอดลมเป็นเบตาคนละชนิด ซึ่งพบว่าตัวรับสัญญาณ อะดรีเนอจิกแบบเบตาที่กล้ามเนื้อหัวใจเป็น เบตา1 (β1) และที่หลอดลมเป็นเบตา 2 (β2)

        สำหรับตัวรับสัญญาณแอลฟามี 2 ชนิดเช่นกันคือแอลฟา 1(α 1) และแอลฟา 2(α 2)เมื่อถูกกระตุ้นจะจับกับจี โปรตีนชนิดยับยั้ง (Gsi) จึงมีผลลดระดับcAMP และแอลฟา1 เมื่อถูกกระตุ้นจะมีผลต่อตัวสื่อสัญญาณประเภทแคลเซียม และระบบโปรตีนไคเนส ซี แต่ทั้งสองชนิด กระตุ้นจี โปรตีนและระบบอะดรีนิลไซเคลสเช่นกัน

การทำงานของประสาทซิมพาเทติกและฮอร์โมนแคททีโคลามีน

        ประสาทซิมพาเทติกก่อนถึงปมประสาท (preganglionic fibers)จะหลั่งสารเคมีหรือสารสื่อประสาท ผ่านไปที่จุด ประสานประสาท หรือซิเนปส์ (synapse)ไปที่ใยประสาทหลังปมประสาท(postganglionic fibers) แต่การหลั่งฮอร์โมนของ ต่อมหมวกในส่วนใน     เมื่อใยประสาทก่อนถึงปมประสาทถูกกระตุ้นจะไปกระตุ้นต่อมหมวกไตส่วนในให้หลั่งฮอร์โมนเข้ากระแสเลือดแทนที่จะผ่านไปที่ จุดประสานประสาท โดยเซลล์ของต่อมหมวกไตส่วนในจะทำหน้าที่เหมือนเป็นใยประสาทหลังปมประสาท(postganglionic fibers)

              จุดสีแดง คือ สารสื่อประสาท   จุดสีน้ำเงิน คือ นอร์อิพิเนฟริน    จุดสีฟ้า คือ อิพิเนฟริน

  เปรียบเทียบการหลั่งและการจับกับตัวรับสัญญาณของฮอร์โมนอิพิเนฟริน นอร์อิพิเนฟริน     และกระแสประสาท     จะเห็นว่านอร์อิพิเนฟรินเป็นได้ทั้งสารสื่อประสาทและฮอร์โมน ตัวรับสัญญาณเบตา1จะจับได้ทั้ง อิพิเนฟริน และนอร์อิพิเนฟรินเท่ากันแต่ตัวรับสัญญาณเบตา2 จะจับกับอิพิเนฟรินเท่านั้น ส่วนแอลฟาจับได้ทั้ง2ตัวแต่จะจับกับนอร์อิพิเนฟรินได้ดีกว่าอิพิเนฟริน

          อวัยวะเป้าหมายของเซลล์ประสาทซิมพาเทติกส่วนใหญ่มีตัวรับสัญญาณแอลฟา 1(α 1) สำหรับตัวรับสัญญาณเบตา2 ส่วนใหญ่พบที่หัวใจ โดยทั่วไปถ้ากระตุ้นตัวรับสัญญาณแอลฟา 1และเบตา1จะเป็นการกระตุ้นการทำงาน แต่ถ้ากระตุ้นตัวรับสัญญาณแอลฟา 2และเบตา2จะเป็นการยับยั้งการทำงาน

        การตอบสนองต่อแคททีโคลามีนจะรวดเร็วมาก มีอายุครึ่งชีวิตต่ำกว่า 10 วินาที   

        การหลั่งฮอร์โมนนี้เกิดจากการกระตุ้นของกระแสประสาทซิมพาเทติก (sympathetic) จากไฮโพทาลามัส( hypothalamus) หรือประสาทอัตโนมัติและ คอร์ติโคโทรปิน รีลิสซิงฮอร์โมน (corticotrophin releasing hormone: CRH) มีผลทำให้ เซลล์โครมาฟฟิน (chromaffin cell ) หลั่งแคททีโคลามีนออกมา ซึ่งจะไปกระตุ้นการสร้างกลูโคสทำให้น้ำตาลในกระแสเลือดสูงขึ้น และระดับน้ำตาลที่สูงขึ้นนี้จะไปยับยั้งไฮโพทาลามัสลดการหลั่งแคททีโคลามีน

การกระตุ้นเซลล์ประสาทซิมพาเทติกทำให้มีการหลั่งฮอร์โมนอิพิเนฟรินและนอร์อิพิเนฟรินจากต่อมหมวกไตส่วนใน

ระบบไหลเวียนโลหิต

        การทำงานของแคททีโคลามีนจะคล้ายกับการกระตุ้นการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติก โดยการเพิ่มการเต้นและแรงในการหดรัดตัวของหัวใจ ทำให้เส้นเลือดหดรัดตัว ทำให้ความดันโลหิต เพิ่มขึ้นซึ่งเป็นผลให้อวัยวะต่างๆ ได้รับเลือดเพียงพอเมื่ออยู่ในภาวะเครียด

        ฮอร์โมนนอร์อิพิเนฟรินแต่ละครั้งจะหลั่งออกมาเพียงจำนวนน้อย เป็นฮอร์โมนที่สำคัญในการที่ทำ ให้เส้นเลือดที่ผิวหนัง  ที่เนื้อเยื่อภายใน (viscera )และกล้ามเนื้อที่ติดอยู่กับกระดูกหดรัดตัวจึงมีผลทำให้ ความดันโลหิตเพิ่ม

        เพิ่มการหายใจให้เร็วและแรงขึ้น ทำให้กล้ามเนื้อเรียบของระบบหายใจคลายตัว หลอดลมขยายตัว ลดแรงดันทำให้อากาศเข้าและออกจากปอดได้ดี

ผลของฮอร์โมนอิพิเนฟรินและนอร์อิพิเนฟรินผ่านตามตัวรับสัญญาณและตัวสื่อสัญญาณตัวที่สองชนิดต่างๆ

E = อิพิเนฟริน

NE = นอรอิพิเนฟริน์

ผลต่อเมแทบอลิซึม

        แคททีโคลามีนทำหน้าที่สลายพลังงานที่เก็บไว้มาใช้ในยามที่ร่างกายต้องการใช้พลังงานอย่างมากและรวดเร็ว กระตุ้นให้เกิดการสลายพลังงานไปให้อวัยวะเป้าหมายใช้ได้ทันที ได้แก่

        กระตุ้นการสลายไกลโคเจน (glycogenolysis)ที่ตับและกล้ามเนื้อ แต่โดยทั่วไปแล้วไกลโคเจนที่กล้ามเนื้อ ไม่สามารถเปลี่ยนมาเป็นกลูโคสได้โดยตรง  ต้องเปลี่ยนมาเป็นกรดแลคติกก่อนจึงเปลี่ยนไปเป็นน้ำตาลกลูโคสได้ ตับจะกำจัดกรด แลกติก (lactic acid) จากกระแสเลือดและเปลี่ยนมาเป็นน้ำตาลกลูโคส ดังนั้นจึงทำให้ระดับน้ำตาลในกระแสเลือดเพิ่มขึ้น นอกจากนี้อิฟิเนฟรินและประสาทซิมพาเทติกยังยับยั้งการทำงานของฮอร์โมนอินซูลิน  เป็นเหตุหนึ่งที่ทำให้ระดับน้ำตาลในกระแสเลือดเพิ่มขึ้น

        เพิ่มการใช้พลังงานจากไขมัน โดยการสลายเนื้อเยื่อไขมันเป็นกรดไขมันเพิ่มขึ้น และกระตุ้นตับให้เปลี่ยนกรดอะมิโน บางตัวมาเป็นกลูโคส ทำมีระดับกลูโคสเพิ่มขึ้นในกระแสเลือด

        การเผาผลาญอาหารเพิ่มมากขึ้น ทำให้อุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้น หลอดเลือดหดรัดตัวเพื่อป้องกันการ สูญเสียความร้อนและให้ความอบอุ่นแก่ร่างกาย แต่ในขณะเดียวกันร่างกายสร้างเหงื่อเพิ่มมากขึ้นเพื่อกำจัดความร้อนออกจากร่างกาย

      อิพิเนฟรินมีผลต่อกล้ามเนื้อเรียบภายในลูกตา ทำให้แก้วตา (pupil) ขยาย และทำให้เลนส์ตาแบนลง ทำให้มองเห็นสิ่ง ที่เป็นอันตรายได้ดีขึ้น

        อิพิเนฟรินทำให้การเคลื่อนไหวของลำไส้และหลอดอาหารลดน้อยลงและลดการทำงานของกระเพาะปัสสาวะ ทำให้เมื่ออยู่ในภาวะเครียด ร่างกายจะไม่รู้สึกต้องการรับประทานอาหารและไม่ต้องการขับถ่ายปัสสาวะ (put and hold)

ผลต่ออิเลกโทรไลท์และน้ำ

        แคททีโคลามีนมีส่วนในการควบคุมปริมาณและส่วนประกอบของเหลวนอกเซลล์โดยมีผลต่อฮอร์โมนอื่นๆ เช่นกระตุ้นเรนินแอนจิโอเทนซิน ทำให้มีการหลั่งแอลโดสเตอโรนและกระตุ้นการหลั่งฮอร์โมนวาโซเพรสซิน ทำให้การดูดซึมของน้ำกลับเพิ่มขึ้น

        ถ้ามีมากเกินไป ซึ่งเกิดจากเนื้องอกของเซลล์โครมาฟฟิน (chromaffin cell) จะทำให้เกิดโรค เรียกว่าฟีโอโครโมไซโทมา (pheochromocytoma) ซึ่งหัวใจจะถูกกระตุ้นอย่างรุนแรง เกิดอาการใจสั่น คลื่นไส้อาเจียน แน่นหน้าอก ความดันโลหิตสูง สายตาพร่ามัว ม่านตาขยาย มีการสลายไกลโคเจนที่ตับมากขึ้น ทำให้น้ำตาลในกระแสเลือดเพิ่มมากขึ้น ถ้าอาการรุนแรงจะทำให ้เส้นเลือดในสมองแตก หัวใจล้มเหลว และตายได้