Физиология гипоталамо-гипофизарной системы

Эволюция гуморальных, нервных и гормональных механизмов регуляции физиологических функций. Понятие гормона. Эндокринный и паракринный пути гормональной регуляции функций. Особенности нервной и гормональной регуляции функций. Классификация гормонов, их свойства. Типы и механизмы действия гормонов. Морфо-функциональные особенности нервных и гуморальных связей гипоталамуса и гипофиза. Рилизинг-гормоны: либерины и статины. Гормоны гипофиза, их участие в регуляции функций эндокринных желез и эффекторных органов.

Гуморальная регуляция физиологических функций, то есть регуляция через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость и ликвор) с помощью химических веществ, возникла на самых ранних этапах эволюции животного мира.

Значительно позднее в процессе эволюции появилась нервная регуляция функций, связанная с одной стороны, со способностью нейронов генерировать и проводить нервные импульсы, а с другой стороны, - с их способностью к нейросекреции, то есть к синтезу и транспорту специфических биологически активных веществ – нейромедиаторов, выделяющихся из нервных окончаний под влиянием нервных импульсов в синаптическую щель и обеспечивающих передачу возбуждения на другие клетки.

Только на самых поздних этапах эволюции у животных с хорошо развитой и дифференцированной нервной системой появились специальные органы (железы внутренней секреции), синтезирующие, депонирующие и выделяющие в кровь специфические химические вещества – гормоны, регулирующие деятельность органов и клеток-мишеней.

Таким образом, гуморальная регуляция физиологических функций существовала задолго до возникновения нервной системы, тогда как гормональная регуляция появилась у животных, имеющих уже достаточно совершенную нервную систему.

В процессе эволюции вначале возникла гуморальная регуляция функций, затем нервная регуляция и в последнюю очередь появилась гормональная регуляция, представляющая собой высшую форму гуморальной регуляции физиологических функций.

Гормональная регуляция в значительной степени освобождает ЦНС от постоянной необходимости регулировать физиологические функции с помощью нервных импульсов.

В результате появления гормональной регуляции мозг получил возможность более совершенно осуществлять свои высшие психические функции.

В гуморальной регуляции функций принимают участие пять классов химических веществ, поступающих во внутреннюю среду организма: гормоны, медиаторы, ионы, метаболиты и биологически активные вещества (БАВ).

Гормоны – это специфические биологически активные вещества, вырабатываемые специализированными эндокринными органами или группами клеток, которые секретируются во внутреннюю среду организма и оказывают регулирующее влияние на строение и функции органов и клеток-мишеней вдали от места их образования.

В отличие от желез внешней секреции эндокринные клетки не имеют выводных протоков. Они выводят свой секрет непосредственно в кровь и тем самым оказывают регулирующее влияние на физиологические функции эндокринным путем.

Наряду с эндокринным путем, существует паракринный путь гормональной регуляции функций. В этом случае гормон из эндокринной клетки поступает не в кровь, а  в межклеточную (тканевую) жидкость, где он оказывает регулирующее влияние на близко расположенные эффекторные клетки-мишени.

Существует тесное взаимодействие между нервной и гормональной регуляцией функций, которые взаимосодействуют друг другу в процессе поддержания гомеостаза и приспособления организма к изменениям окружающей среды.

Нервная регуляция оказывает специфическое, точное, локальное влияние на деятельность иннервируемых органов и тканей. Она обеспечивает быструю регуляцию   физиологических функций, но вызывает кратковременный эффект.

Гормональная регуляция оказывает специфическое влияние на все органы и клетки-мишени.   Она обеспечивает медленную регуляцию   физиологических функций, но оказывает продолжительное влияние на функции органов и клеток-мишеней.

Гормоны вырабатываются специфическими органами (железами внутренней секреции), группами клеток и рассеянными эндокринными клетками в ЦНС и в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, которые объединяются в эндокринную систему.

Классификация гормонов

По химической природе гормоны подразделяются на три группы:

1) гормоны белковой и полипептидной природы;

2) аминокислотные гормоны;

3) стероидные гормоны.

В зависимости от места действия гормоны подразделяются на две группы:

1) тропные гормоны

2) эффекторные гормоны

Тропные гормоны вырабатываются только эндокринными клетками аденогипофиза. После поступления в кровь они оказывают регулирующее влияние на секрецию эффекторных гормонов, вырабатываемых «периферическими» железами внутренней секреции.

Эффекторные гормоны вырабатываются «периферическими» эндокринными железами и клетками аденогипофиза. После поступления в кровь они оказывают регулирующее влияние на деятельность эффекторных клеток-мишеней.

Свойства гормонов:

1) дистантный характер действия;

2) высокая биологическая активность;

3) высокая специфичность.

Дистантный характер действия отражает способность гормонов оказывать регулирующее влияние на деятельность органов-мишеней вдали от места их образования.

Высокая биологическая активность отражает способность гормонов вызывать выраженный регуляторный эффект при введении очень малых доз гормонов.

Высокая специфичность отражает свойство гормонов вызывать специфические ответные реакции органов-мишеней, которые не могут быть получены при введении других биологически активных веществ.

Гормоны выполняют три функции:

1) обеспечивают физическое, половое и умственное развитие;

2) обеспечивают приспособление организма к изменяющимся условиям внешней среды;

3) поддерживают гомеостаз.

Типы действия гормонов:

1) метаболический

2) морфогенетический

3) корригирующий (модулирующий)

4) кинетический (пусковой)

Метаболический тип действия гормонов заключается в их влиянии на обмен веществ и трофику тканей (инсулин, глюкокортикоиды, тироксин).

Морфогенетический тип действия заключается во влиянии гормонов на развитие и дифференцировку органов и тканей (половые гормоны, соматотропный гормон, тироксин).

Наиболее отчетливо этот тип действия гормонов проявляется у животных, имеющих стадийный характер развития. Так, например, под влиянием тироксина головастик превращается в лягушку.

Корригирующий (модулирующий) тип действия гормонов заключается в изменении интенсивности сократительной активности органов, обладающих автоматией, то есть способностью спонтанно возбуждаться и сокращаться в отсутствие каких-либо раздражителей (в том числе, в отсутствие действия гормонов). Так, например, адреналин – гормон мозгового вещества надпочечников повышает амплитуду автоматических сокращений сердца и понижает интенсивность сократительной активности гладких мышц желудочно-кишечного тракта.

Кинетический (пусковой) тип действия гормонов обеспечивает запуск определенной функции исполнительных органов. Так, адреналин вызывает концентрирование пигмента в теле пигментной клетки – хроматофора, обеспечивая его переход из отростков хроматофора, что приводит к просветлению кожи. Меланоцитстимулирующий гормон (МСГ) передней доли гипофиза, напротив, вызывает переход пигмента из тела в отростки клетки-хроматофора, что приводит к потемнению кожи. Именно это происходит под влиянием солнечной радиации, стимулирующей выработку МСГ в аденогипофизе и его поступление в кровь.

Гормоны оказывают свое регулирующее влияние на физиологические функции посредством изменения внутриклеточных процессов метаболизма.

 

Механизмы действия гормонов

В зависимости от химической природы гормонов, размеров их молекул (молекулярной массы), а следовательно и способности гормонов проникать через клеточную мембрану, а также от расположения в клетке белковых рецепторов (в клеточной мембране или в цитоплазме) различают два механизма действия гормонов: белково-пептидных и 2) стероидных и аминокислотных гормонов.

В механизме действия гормонов белково-полипептидной природы выделяют четыре этапа:

1. Гормон белковой природы на наружной поверхности мембраны взаимодействует по принципу комплементарности с регуляторной частью специфического рецептора, встроенного в мембрану клетки-мишени.

2. В результате такого взаимодействия гормона с регуляторной частью мембранного рецептора происходит активация его каталитической части, обращенной к цитоплазме клетки и представленной ферментом аденилатциклазой.

3. В присутствии ионов магния активированная аденилатциклаза превращает внутриклеточный АТФ в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), который выполняет функцию вторичного мессенджера (посредника).

4. цАМФ вызывает активацию внутриклеточных ферментов – протеинкиназ, которые в свою очередь активируют другие клеточные ферменты (фосфорилазы), что определяет специфический регуляторный эффект гормона на функцию эффекторной клетки-мишени.

Механизм действия гормонов стероидной и аминокислотной природы также может быть разделен на четыре этапа:

1. Гормон, имеющий небольшую молекулярную массу, свободно проникает через клеточную мембрану эффекторной клетки-мишени.

2. В цитоплазме гормон по принципу комплементарности взаимодействует с внутриклеточным белком-переносчиком, образуя с ним комплекс.

3. В виде этого комплекса гормон переносится через ядерную мембрану в клеточное ядро, где этот комплекс распадается.

4. Освободившийся в ядре гормон оказывает влияние на генетический аппарат, модулируя синтез РНК, что в свою очередь приводит к изменению биосинтеза белка, в том числе ферментов, которое обусловливает специфический регуляторный эффект гормона.

Регуляция гормонообразовательной функции эндокринных желез осуществляется с помощью нервных, гормональных и нейрогормональных механизмов.

Прямых нервных влияний на эндосекреторную деятельность желез внутренней секреции, как правило, не наблюдается, за исключением мозгового вещества надпочечников и эпифиза.

В основном регуляция деятельности эндокринных желез осуществляется с помощью гормональных и нейрогормональных механизмов.

Нейрогормональные механизмы регуляции базируются на кибернетическом принципе отрицательной обратной связи. При избытке концентрации эффекторного гормона в крови тормозится секреция его физиологических стимуляторов-либеринов в гипоталамусе и тропных гормонов в аденогипофизе. При понижении концентрации гормона в крови секреция его физиологических стимуляторов, напротив, увеличивается.

Высшим центром нейрогормональной регуляции, который осуществляет перевод регуляции с нервной системы на эндокринную, является гипоталамус. Нейроны гипоталамуса обладают не только способностью генерировать и проводить потенциалы действия, то есть осуществлять импульсную функцию, но и проявляют способность к нейросекреции, то есть способны осуществлять безимпульсную функцию.

Благодаря наличию тесных нервных и гуморальных связей гипоталамус образует с гипофизом сложную гипоталамо-гипофизарную систему.

В гипоталамо-гипофизарном структурно-функциональном объединении различают две относительно самостоятельные системы.

Первая система – гипоталамо-нейрогипофизарная – состоит из нейросекреторных ядер гипоталамуса – супраоптических и паравентрикулярных ядер – и задней доли гипофиза (нейрогипофиза), которые связаны между собой нервным путем – гипоталамо-гипофизарным трактом.

Нейросекреторные ядра гипоталамуса секретируют нейрогормоны – специфические биологически активные вещества, которые вырабатываются нейронами и оказывают регулирующие влияния на функции клеток-мишеней.

Нейроны супраоптического и паравентрикулярных ядер гипоталамуса синтезируют два нейрогормона: вазопрессин (антидиуретический гормон – АДГ) и окситоцин. По аксонам этих гипоталамических нейронов, образующих гипоталамо-гипофизарный тракт, гранулы, содержащие вазопрессин и окситоцин, медленно (со скоростью 1-4 мм в сутки) транспортируются с током аксоплазмы в нейрогипофиз, где депонируются в клетках – питуицитах и по мере необходимости поступают в кровь, оказывая регулирующее влияние на деятельность эффекторных клеток-мишеней.

Вторая система – гипоталамо-аденогипофизарная – включает в себя гипофизотропную зону гипоталамуса и переднюю долю гипофиза, которые связаны между собой воротной гипоталамо-гипофизарной сосудистой сетью.

В гипофизотропной зоне гипоталамуса синтезируется рилизинг-гормоны или рилизинг-факторы. По своей природе они относятся к нейрогормонам.

Рилизинг-гормоны – это нейрогормоны, вырабатываемые в гипофизотропной зоне гипоталамуса, которые гуморальным путем – через воротную гипоталамо-гипофизарную сосудистую сеть поступают в аденогипофиз, где оказывают регулирующее влияние на образование и выделение в кровь тропных и эффекторных гормонов.

Выделяют две группы рилизинг-гормонов: либерины и статины.

Либерины – это нейрогормоны, вырабатываемые нейронами гипоталамуса, которые по воротной гипоталамо-гипофизарной сосудистой сети поступают в переднюю долю гипофиза и оказывают стимулирующее влияние на секрецию гормонов аденогитпофиза.

Статины - это нейрогормоны, вырабатываемые нейронами гипоталамуса, которые по воротной гипоталамо-гипофизарной сосудистой сети поступают в переднюю долю гипофиза и оказывают тормозящее влияние на секрецию гормонов аденогитпофиза.

Рилизинг-гормоны синтезируются в телах гипоталамических нейронов и с аксоплазматическим током транспортируются в область срединного возвышения гипоталамуса, откуда они по воротной сосудистой сети поступают в переднюю долю гипофиза.

К либеринам относятся:

1) кортиколиберин,

2 ) тиролиберин,

3) люлиберин (рилизинг-фактор лютеинизирующего гормона),

4) фолиберин (рилизинг-фактор фолликулостимулирующего гормона),

5) соматолиберин,

6) пролактолиберин,

7) меланолиберин.

К статинам относятся:

1) соматостатин,

2) меланостатин,

3) пролактостатин.

Регуляция гормонообразовательной функции желез внутренней секреции осуществляется по кибернетическому принципу обратной связи: при избытке эффекторного гормона в крови тормозится синтез и выделение в кровь его физиологических стимуляторов – либеринов и тропных гормонов (отрицательная лбратная связь) или повышается выработка его физиологических ингибиторов – статинов (положительная обратная связь). При понижении концентрации эффекторного гормона в крови выработка либеринов и тропных гормонов увеличивается, а выработка статинов уменьшается.

 

Физиология гипофиза

Гипофиз является «центральной» железой внутренней секреции, которая управляет деятельностью «периферических» эндокринных желез.

В составе гипофиза различают две доли: переднюю (аденогипофиз) и заднюю (нейрогипофиз).

В передней доле гипофиза вырабатываются две группы гормонов белково-пептидной природы: тропные и эффекторные.

К тропным гормонам аденогипофиза относятся:

1) тиреотропный гормон (ТТГ);

2) адренокортикотропный гормон (АКТГ);

3) гонадотропные гормоны: фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютеинизирующий гормон (ЛГ).

К эффекторным гормонам аденогипофиза относятся:

1) соматотропный гормон (СТГ);

2) пролактин;

3) бета-липотропины;

4) меланоцитстимулирующий гормон (МСГ).

Тропные гормоны передней доли гипофиза оказывают регулирующее влияние на строение и функции «периферических» эндокринных желез, в частности на выработку в них эффекторных гормонов.

Тиреотропный гормон (ТТГ) стимулирует деятельность щитовидной железы:

1) увеличивает размеры щитовидной железы и ее кровенаполнение;

2) стимулирует разрастание фолликулов и уменьшение их просветов;

3) увеличивает накопление йода в фолликулах;

4) усиливает расщепление тиреогллобулина – предшественника йодсодержащих гормонов в фолликулах щитовидной железы;

5) усиливает синтез йодсодержащих гормонов и их выделение в кровь; тем самым ТТГ повышает концентрацию тироксина и трийодтиронина в крови.

Адренокортикотропный гормон (АКТГ) активирует деятельность коры надпочечников:

1) стимулирует разрастание пучковой зоны коры надпочечников, где вырабатываются глюкокортикоиды, и сетчатойт зоны, где вырабатываются андрогены, эстрогены и прогестерон;

2) увеличивает синтез глюкокортикоидов и половых гормонов в коре надпочечников.

Секреция АКТГ возрастает при действии на организм стрессовых факторов – боли, холода, жары, повышенного психоэмоционального напряжения, тяжелой физической работы, - вызывающих активацию симпатоадреналовой системы: повышение тонуса симпатической нервной системы и выброс катехоламинов из мозгового слоя надпочечников в кровь. Катехоламины усиливают синтез и выделение из гипофизотропной зоны гипоталамуса кортиколиберина, который по воротной гипоталамо-гипофизарной сосудистой сети поступает в аденогипофиз, где стимулирует секрецию АКТГ. АКТГ, поступая в кровь, оказывает регулирующее влияние на кору надпочечников, что приводит к усилению выработки глюкокортикоидов, которые повышают сопротивляемость организма к действию неблагоприятных факторов.

Гонадотропные гормоны аденогипофиза обеспечивают регуляцию репродуктивных процессов. У гипофизэктомированных собак происходит атрофия половых желез и вторичных половых признаков. Введение экстрактов гипофиза в кровь, напротив, активирует функцию половых желез.

Выделяют два гонадотропных гормона: фолликулостимулирующий гормон – ФСГ и лютеинизирующий гормон – ЛГ, которые отличаются по своим свойствам и обладают разными физиологическими эффектами.

Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) оказывает у мужчин преимущественно морфологический эффект: стимулирует пролиферацию (разрастание) сперматогенного эпителия в семенниках. Благодаря этому ФСГ стимулирует сперматогенез. У женщин ФСГ стимулирует рост и развитие фолликулов в яичниках. Для проявления этих эффектов ФСГ необходимо наличие небольших количеств лютеинизирующего гормона (ЛГ) в крови, а также эстрогенов в яичниках и андрогенов в семенниках.

Лютеинизирующий гормон (ЛГ) оказывает влияние на морфологические изменения интерстициальной ткани семенников и яичников. ЛГ является ключевым гормоном для выработки мужских и женских половых гормонов, а также для овуляции – выхода яйцеклеток из яичников. Введение ЛГ в организм приводит к увеличению продукции и выделению в кровь эстрогенов у женщин и андрогенов у мужчин.

У мужчин ЛГ стимулирует секрецию андрогенов в интерстициальной ткани семенников.

В женском организме ЛГ вызывает следующие эффекты:

1) обеспечивает (совместно с действием небольших количеств ФСГ) дозревание граафовых пузырьков, которые становятся способными к овуляции;

2) определяет начало овуляции;

3) способствует формированию желтого тела;

4) стимулирует секрецию прогестерона;

5) способствует развитию интерстициальной ткани яичников и усиливает секрецию эстрогенов;

6) стимулирует секрецию молока молочными железами.

Физиологические эффекты гонадотропных гормонов связаны с их стимулирующим влиянием на деятельность половых желез, которое обусловливает повышение концентрации половых гормонов в крови. С другой стороны, половые гормоны, вырабатываемые в яичниках и семенниках, по принципу отрицательной обратной связи подавляют в аденогипофизе продукцию и выделение в кровь ФСГ и ЛГ.

Эффекторные гормоны передней доли гипофиза оказывают прямое регулирующее влияние на деятельность эффекторных органов и клеток-мишеней.

Соматотропный гормон (СТГ – гормон роста):

1 ) стимулирует развитие тканей организма, а также линейный рост скелета, трубчатых костей и костей лицевого черепа;

2) оказывает прямое анаболическое влияние на белковый обмен: стимулирует транспорт аминокислот в клетки, а также биосинтез белка из аминокислот;

      3) в физиологических дозах повышает уровень глюкозы в крови, а при высоких концентрациях гормона, напротив, снижает уровень глюкозы в крови;

      4) стимулирует расщепление жиров (липолиз);

      5) усиливает мобилизацию жиров из жировых депо.

Избыточная секреция СТГ у детей приводит к развитию гигантизма, который проявляется в пропорциональном увеличении размеров тела. При этом психическое развитие детей происходит нормально.

Избыточная секреция СТГ у взрослых приводит к возникновению акромегалии – избыточному разрастанию челюстей, скуловых костей, надбровных дуг и носа, а также спланхомегалии – увеличению размеров внутренних органов (языка, печени, селезенки).

Недостаточная секреция СТГ у детей явялется причиной гипофизарного нанизма (карликовости), который проявляется в задержке физического и полового развития.

Пролактин (лактотропный гормон) оказывает влияние как на женский, так и мужской организм.

У мужчин пролактин стимулирует рост простаты и семенных пузырьков.

У женщин пролактин вызывает четыре эффекта:

       1) стимулирует образование молока (за счет усиления синтеза белков) и его выделение молочными железами во время лактации;

      2) усиливает секрецию прогестерона желтым телом;

      3) тормозит секрецию ФСГ и ЛГ;

      4) участвует в формировании материнского поведения.

Секреция пролактина у женщин увеличивается в конце беременности и после родов. Патологическое увеличение содержания пролактина в крови у небеременных женщин, возникающее в некоторых случаях после прекращения кормления ребенка грудью, приводит к продолжительной секреции молока.

Бета-липотропины обладают выраженным прямым жиромобилизирующим и липолитическим действием, а также снижают концентрацию глюкозы в крови.

Меланоцитстимулирующий гормон (МСГ) регулирует изменение окраски кожного покрова у низших животных, а также оказывает влияние на меланоциты кожи человека.

В организме МСГ вызывает следующее эффекты:

      1) влияет на пигментный обмен;

       2) увеличивает возбудимость нервной и мышечной тканей;

       3) повышает психоэмоциональное напряжение (вызывает повышенную чувствительность, нервозность, беспокойство и чувство страха);

      4) активирует световоспринимающий аппарат сетчатки глаза.

Влияние МСГ на пигментный обмен проявляется в увеличении размеров клеток-хроматофоров и стимуляции образования в них пигмента меланина, а также в изменении распределения пигмента в коже, в волосах, сетчатке и радужной оболочке глаза.

Введение человеку МСГ вызывает через сутки потемнение кожи.

Клетки задней доли гипофиза не синтезируют гормоны. Они выполняют функцию депо окситоцина и вазопрессина, которые продуцируются нейронами супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса.

Физиологические эффекты окситоцина:

      1) стимулирует сокращение гладкой мускулатуры матки;

      2) стимулирует сокращение миоэпителиальных клеток молочных желез, что способствует выделению молока во время лактации.

Секреция окситоцина увеличивается при беременности, особенно перед родами, а также при кормлении ребенка грудью.

Физиологические эффекты вазопрессина (антидиуретического гормона – АДГ):

      1) в больших концентрациях повышает артериальное давление за счет сокращения гладкой мускулатуры артериол;

      2) уменьшает диурез за счет увеличения реабсорбции воды в почечных канальцах.

Синтез АДГ в гипоталамусе и выделение его из задней доли гипофиза в кровь увеличивается:

      1) при гиповолемии – уменьшении объема циркулирующей крови;

      2) при гиперосмии – увеличении осмотического давления плазмы крови;

      3) при болях, стрессах и психоэмоциональных напряжениях.