Регуляция концентрации кальция и фосфатов
Механизм действия гормонов
Попадя в кровь, гормоны с ее током достигают регулируемых клеток, тканей, органов, которые называются мишенями. Можно выделить два основных механизма действия гормонов:
Первый механизм - гормон связывается на поверхности клеток с комплементарными ему рецепторами и изменяет пространственную ориентацию рецептора. Последние являются трансмембранными белками и состоят из рецепторной и каталитической части. При связывании с гормоном активируется каталитическая субъединица, которая начинает синтез вторичного посредника (мессенджера). Мессенджер активирует целый каскад ферментов, что ведет к изменению внутриклеточных процессов. Например, аденилатциклаза вырабатывает циклический аденозинмонофосфат, регулирующий ряд процессов в клетке. По данному механизму функционируют гормоны белковой природы, молекулы которых гидрофильны и не могут проникать через клеточные мембраны.
Второй механизм - гормон проникает в клетку, связывается с белком-рецептором и вместе с ним попадает в ядро, где изменяет активность соответствующих генов. Это ведет к изменению метаболизма клетки. Эти же гормоны могут действовать на отдельные органеллы, например, митохондрии. По этому механизму действуют жирорастворимые стероидные и тиреоидные гормоны, которые благодаря липотропным свойствам легко проникают внутрь клетки через ее оболочку.
Классификация эндокринных желез по иерархическому принципу:
-центральные - гипоталамус, эпифиз и гипофиз. Они осуществляют контроль за деятельностью других (периферических) эндокринных желез;
-периферические, которые осуществляют непосредственный контроль за важнейшими функциями организма.
В зависимости от того, находятся ли они под регулирующим действием гипофиза или нет, периферические эндокринные железы делятся на две группы:
1 группа - аденогипофизнезависимые кальцитониноциты щитовидной железы, паращитовидная железа, мозговое вещество надпочечников, островковый аппарат поджелудочной железы, тимус, эндокринные клетки диффузной эндокринной системы;
2 группа - аденогипофиззависимые щитовидная железа, кора надпочечников, гонады.
По уровню структурной организации:
-эндокринные органы (щитовидная и паращитовидные железы, надпочечники, гипофиз, эпифиз);
-эндокринные отделы или ткани в составе органов, сочетающих эндокринные и неэндокринные функции (гипоталамус, островки Лангерганса поджелудочной железы, ретикулоэпителий и тельца Гассаля в тимуса, клетки Сертоли извитых канальцев яичка и фолликулярный эпителий яичка);
-клетки диффузной эндокринной системы.
Основы саморегуляции
В организме имеется четыре уровня автоматической регуляции функций, которые находятся во взаимной связи, обеспечивают согласованную работу всех его клеток, тканей и органов. Низшие уровни управления подчинены высшим.
· Высший уровень регуляции функций организма и взаимодействие с окружающей средой обеспечивается центральной нервной системой (головной и спинной мозг). Это центральный механизм, регулирующий все функции.
· Второй уровень регуляции обеспечивается вегетативным отделом нервной системы. Автономная вегетативная нервная система регулирует функции всех внутренних органов, кожи, мышечной ткани, эндокринных желез, сердечно-сосудистой системы.
· Третий уровень регуляции осуществляется эндокринной системой. Эндокринные железы (гипофиз, щитовидная железа, надпочечники, половые железы, поджелудочная железа и др.) выделяют в кровь гормоны – биологически активные вещества, активизирующие или тормозящие различные процессы.
· Четвертый уровень регуляции. Неспецифическая регуляция осуществляется жидкими средами. Кровь, лимфа, межклеточная жидкость являются регуляторами многих процессов.
Взаимоотношения между различными отделами нейро-эндокринной системы определяются главным образом механизмами обратной связи, причем особое значение имеет механизм отрицательной обратной связи. В самом простом случае система механизма обратной связи состоит из двух переменных А и Б, связанных таким образом, что снижение величины или эффекта А вызывает увеличение величины Б (отрицательный механизм обратной связи) и, напротив, увеличение А вызывает увеличение Б (положительный механизм связи).
Рассмотрим, как осуществляется этот механизм регуляции в эндокринной системе. Представим себе эндокринную железу А, которая выделяет свой специфический гормон (A1) в кровь. При снижении концентрации этого гормона в крови происходит усиление активности в железе Б, которая увеличивает продукцию соответствующего гормона Б1. Этот гормон обладает способностью стимулировать активность железы А и соответственно повышать концентрацию в крови гормона A1. Когда концентрация последнего гормона возрастет до нормы, он начинает тормозить деятельность железы Б. В результате уменьшается стимулирующее влияние на железу А и в данной системе восстанавливается равновесие. Указанные взаимоотношения между эндокринными железами представляют собой типичный механизм отрицательной обратной связи.
Благодаря системе саморегуляции по принципу обратной связи в организме поддерживается относительное постоянство внутренней среды.
Регуляция концентрации кальция и фосфатов
Поддержание гомеостаза кальция и фосфатов необходимо для нормальной жизнедеятельности организма в связи с их важнейшей ролью во многих процессах. Ионы кальция влияют на проницаемость клеточных мембран, активность ряда ферментов, необходимы в процессе оплодотворения, при синаптической передаче, определяют возбудимость нервно—мышечной системы и т. д. Фосфаты входят в состав фосфолипидов, ферментов, нуклеиновых кислот.
В отдельные периоды жизни возникают особенно большие потребности в кальции, например в период развития, при образовании и откладывании яиц у птиц, при лактации, беременности и т. д. В организме запасы кальция находятся в костях, чешуе и некоторых других органах.
В регуляции содержания кальция и фосфатов основная роль принадлежит двум гормонам: паратгормону и кальцитонину наряду с витамином Dз (рис. 6.26, 6.27).
Паратгормон образуется паращитовидными (околощитовидными) железами, которые обнаружены у всех позвоночных, начиная с амфибий. Это парные образования, тесно прилегающие к дорсальной поверхности щитовидной железы (иногда с каждой стороны расположено по две отдельных железы). Паратгормон представляет собой полипептид с молекулярной массой 8,5 кДа. Он был первым гормоном, выделенным из паращитовидных желез. Как и кальцитонин, он регулирует обмен кальция в организме, но реципрокно тиреоидному гормону. Так, усиление секреции паратиреоидина вызывается гипокальциемией. Основными мишенями гормона в организме млекопитающих являются клетки костной ткани, энтероциты кишки и эпителий проксимальных почечных канальцев. В костной ткани гормон способствует образованию цитратов кальция, вымываемых в кровь. В кишке и почечных канальцах под его действием усиливается всасывание иона и выведение фосфатов.
Костеобразующая функция (пролиферация, дифференцировка остеоцитов, образование костного матрикса) паратгормона опосредуется через синтез факторов роста и усиливается гормональной формой витамина D и эстрадиолом. Снижение секреции последних способствует развитию резорбции костной ткани. Увеличение ионизированного кальция в плазме крови и клеточные эффекты паратгормона на осцилляции Са2+ в нейронах вызывают повышение возбудимости структур нервной системы и, в отличие от кальцитонина, активацию аппетита.
Кальцитонин образуется в парных ультимобранхиальных тельцах, обнаруженных у всех позвоночных (кроме круглоротых, костистых рыб и млекопитающих). У млекопитающих (кроме муравьеда) тельца не оформлены, состоят из так называемых кальцитониновых (С—клеток), врастающих в щитовидную железу. Кальцитонин, вырабатываемый С—клетками, не поступает в полость фолликула как йод—содержащие тиреоидные гормоны, а сразу выводится в кровь. Кальцитонин является полипептидом с молекулярной массой около 3,6 кДа.
Кальцитонин, помимо С—клеток щитовидной железы, синтезируется также в аорте, аденогипофизе, надпочечниках, и, как модулятор, — в нервной системе. Основная функция гормона — регуляция кальциевого гомеостаза. Гиперкальциемия является наиболее мощным фактором по запуску секреции кальцитонина, снижающим уровень ионизированного кальция в крови.Поскольку кальций может находиться в плазме в виде водонерастворимых фосфатов и других солей, то и гипокальциемические эффекты кальцитонина связаны с переводом кальция в нерастворимую форму фосфатных солей, переносом и накоплением их в остеобластах и остеоцитах. Кальцитонин увеличивает секрецию Са2+ почками и уменьшает его всасывание в кишке, тогда как в отношении фосфатов гормон оказывает противоположный эффект. Кальцитонин подавляет аппетит и жажду, ограничивая поступление кальция извне.