ПРИНЦИПЫ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
Глава 4. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
Все процессы жизнедеятельности организма строго согласованы между собой по скорости, времени и месту протекания. В организме человека эту согласованность на периферии осуществляют внутриклеточные и межклеточные механизмы регуляции, важнейшую роль в которых играют гормоны. Специфические регуляторы, которые секретируются эндокринными железами в кровь или лимфу, а затем попадают на клетки-мишени, назы вают гормонами. Термин «гормон» происходит от греческого слова «hormao », что означает «возбуждаю, побуждаю». Первыми веществами, которые получили название гормонов, были секретин и гастрин; их открытие произошло соответственно в 1902 и 1905 гг. К настоящему времени открыто несколько десятков гормонов.
ПРИНЦИПЫ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
Функциональная активность эндокринной железы может регулироваться «субстратом», на который направлено действие гормона. Так, глюкоза стимулирует секрецию инсулина из β-клеток панкреатических островков (островки Лангерганса), а инсулин понижает концентрацию глюкозы в крови, активируя ее транспорт в мышцы и печень. Это происходит следующим образом. Глюкоза входит в β-клетки поджелудочной железы через переносчик глюкозы и сразу же фосфорилируется глюкокиназой, после чего вовлекается в гликолиз. Образующийся при этом АТФ ингибирует калиевые каналы, вследствие чего снижается мембранный потенциал
β-клеток и активируются потенциалзависимые кальциевые каналы. Входящий в β-клетку кальций стимулирует слияние везикул, содержащих инсулин, с плазматической мембраной и выведение инсулина из β-клеток.
Инсулин активирует перенос глюкозы в печень, сердце и скелетные мышцы, вследствие чего уровень глюкозы в крови снижается, замедляется ее вход в β-клетки и уменьшается секреция инсулина.
Такой же механизм лежит в основе секреции паратгормона (паратиреоидный гормон, паратирин) и кальцитонина. Оба гормона влияют на концентрацию кальция и фосфатов в крови. Паратгормон вызывает выход минеральных веществ из кости и стимулирует реабсорбцию кальция в почках и кишечнике, в результате чего возрастает концентрация кальция в плазме крови. Кальцитонин, напротив, стимулирует поступление кальция и фосфатов в костную ткань, в результате чего концентрация минеральных веществ в крови снижается. При высокой концентрации кальция в крови подавляется секреция паратгормона и стимулируется секреция кальцитонина. При снижении концентрации кальция в крови секреция паратгормона усиливается, а кальцитонина — ослабляется.
Такая регуляция постоянства внутренней среды организма, происходящая по принципу отрицательной обратной связи, очень эффективна для поддержания гомеостазиса, однако не может выполнять все задачи адаптации организма. Например, кора надпочечников продуцирует стероидные гормоны в ответ на голод, эмоциональное возбуждение и др. Чтобы эндокринная система могла «отвечать» на свет, звуки, запахи, эмоции, должна существовать связь между эндокринными железами и нервной системой.
Рис. 4.1. Регуляция эндокринных желез центральной нервной системой.
ТЛ, СЛ, ПЛ, ГЛ и КЛ — соответственно тиролиберин, соматолиберин, пролактолиберин, гонадолиберин и кортиколиберин. СС и ПС — соматостатин и пролактостатин ТТГ — тиреотропный гормон, СТГ — соматотропный гормон (гормон роста). Пр — пролактин, ФСГ — фолликулостимулирующий гормон, ЛГ — лютеинизирующий гормон, АКТГ — адренокортикотропный гормон.
Основные связи между нервной и эндокринной системами регуляции осуществляются посредством взаимодействия гипоталамуса и гипофиза.
Нервные импульсы, приходящие в гипоталамус, активируют секрецию так
называемых рилизинг-факторов (либерины и статины): тиреолиберина, соматолиберина, пролактолиберина, гонадолиберина и кортиколиберина, а
также соматостатина и пролактостатина. Мишенью для либеринов и статинов, секретируемых гипоталамусом, является гипофиз (рис.4.1). Каждый
из либеринов взаимодействует с определенной популяцией клеток гипофиза и вызывает в них синтез соответствующих тропиков: тиреотропина,
соматотропного гормона (соматотропин — гормон роста), пролактина, гонадотропного гормона (гонадотропины — лютеинизирующий и фолликулостимулирующий), а также адренокортикотропного гормона (АКТГ, кортикотропин). Статины оказывают на гипофиз влияние, противоположное — подавляют секрецию тропиков.
Рис. 4.2. Прямые и обратные связи в нейроэндокринной системе.
1 — медленно развивающееся и продолжительное ингибирование секреции гормонов и нейромедиаторов, а также изменение поведения и формирование памяти; 2 — быстро развивающееся, но продолжительное ингибирование; 3 — кратковременное ингибирование действию либеринов.
Тропины, секретируемые гипофизом, поступают в общий кровоток, транспортируются им к соответствующим железам, активируют в них секреторные процессы.
Гормон роста стимулирует рост костей, скелетных мышц, внутренних органов, клетки иммунной системы. Пролактин способствует формированию молочных желез и образованию в них молока, стимулирует родительский инстинкт. Оба этих гормона относятся к цитокинам, так как действуют на клетку через цитокиновые рецепторы, стимулирующие тирозиновое фосфорилирование белков.
Тиреотропный, лютеинизирующий _____и фолликулостимулирующий гормоны влияют на свои ткани-мишени путем активации в них синтеза цАМФ.
Тиреотропный гормон действует на щитовидную железу и стимулирует в ней секрецию тироксина и трийодтиронина. У женщин фолликулостимулирующий гормон стимулирует созревание фолликул яичника и синтез в них эстрогенов, а у мужчин усиливает сперматогенез. Другой гонадотропин, лютеинизирующий гормон, стимулирует образование андрогенов в семенниках и яичниках, эстрогенов — в яичниках.
Регуляция деятельности гипофиза и гипоталамуса, кроме сигналов, идущих «сверху вниз», осуществляется гормонами исполнительных желез (рис. 4.2). Эти обратные сигналы поступают в гипоталамус и затем передаются в гипофиз, что приводит к изменению секреции соответствующих тропинов. После удаления или атрофии эндокринной железы стимулиру
ется секреция соответствующего тройного гормона; при гиперфункции
железы секреция соответствующего тропина подавляется. Обратные связи
не только позволяют регулировать концентрацию гормонов в крови, но и
участвуют в дифференцировке гипоталамуса в онтогенезе. Образование
половых гормонов в женском организме происходит циклически, что объ
ясняется циклической секрецией гонадотропных гормонов. Синтез этих
гормонов контролируется гипоталамусом, образующим рилизинг-фактор
этих тропинов (гонадолиберин). Если самке пересадить гипофиз самца, то
пересаженный гипофиз начинает функционировать циклично. Половая
дифференцировка гипоталамуса происходит под действием андрогенов.
Если самца лишить половых желез, продуцирующих андрогены, то гипо
таламус будет дифференцироваться по женскому типу.
В железах внутренней секреции иннервированы, как правило, только
сосуды, а эндокринные клетки изменяют свою активность лишь под действием метаболитов, кофакторов и гормонов, причем не только гипофизарных. Так, ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона.
Некоторые гормоны гипоталамуса и гипофиза могут образовываться не только в этих тканях. Например, соматостатин обнаружен также в поджелудочной железе, где он подавляет секрецию инсулина и глюкагона.
Большинство нервных и гуморальных путей регуляции сходятся на
уровне гипоталамуса, и благодаря этому в организме образуется единая
нейроэндокринная регуляторная система. К клеткам гипоталамуса подхо
дят аксоны нейронов, расположенных в коре большого мозга и подкорко
вых образованиях. Эти аксоны секретируют различные нейромедиаторы,
оказывающие на секреторную активность гипоталамуса как активирую
щее, так и тормозное влияние. Поступающие из мозга нервные импульсы
гипоталамус превращает в эндокринные стимулы, которые могут быть
усилены или ослаблены в зависимости от гуморальных сигналов, поступа
ющих в гипоталамус от желез и тканей, подчиненных ему.
Тропины, образующиеся в гипофизе, не только регулируют деятель
ность подчиненных желез, но и выполняют самостоятельные эндокрин
ные функции. Например, пролактин оказывает лактогенное действие, а
также тормозит процессы дифференцировки клеток, повышает чувствите
льность половых желез к гонадотропинам, стимулирует родительский ин
стинкт. Кортикотропин является не только стимулятором стероидогенеза,
но и активатором липолиза в жировой ткани, а также важнейшим участ
ником процесса превращения в мозге кратковременной памяти в долго
временную. Гормон роста может стимулировать активность иммунной си
стемы, обмен липидов, Сахаров и др.
В задней доле гипофиза (нейрогипофиз) депонируются антидиуретиче
ский гормон (вазопрессин) и окситоцин. Первый вызывает задержку воды
в организме и повышает тонус сосудов, второй стимулирует сокращение
матки при родах и секрецию молока. Оба гормона синтезируются в гипо
таламусе, затем транспортируются по аксонам в заднюю долю гипофиза,
где депонируются и потом секретируются в кровь.
Характер процессов, протекающих в ЦНС, во многом определяется состоянием эндокринной регуляции. Так, андрогены и эстрогены формируют половой инстинкт, многие поведенческие реакции. Очевидно, что нейроны, точно так же как и другие клетки нашего организма, находятся под контролем гуморальной системы регуляции. Нервная система, эволюционно более поздняя, имеет как управляющие, так и подчиненные связи с эндокринной системой. Эти две регуляторные системы дополняют друг друга, образуют функционально единый механизм.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения функций желез внутренней секреции используются экспериментальные и клинические методы исследования. К наиболее важным из них следует отнести следующие.