Особенности гуморальной регуляции

Наиболее важным для физиологической регуляции функций организма среди биологически активных веществ являются медиаторы, гормоны, ферменты и витамины. Медиаторы представлены веществами небелковой природы, которые выделяются окончаниями нервных клеток в результате прохождения нервного импульса. Чаще всего в качестве медиатора выступает ацетилхолин, адреналин, норадреналин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота. После прекращения действия медиатора, он разрушается специальным ферментом. Истощение запасов медиатора в пресинаптической мембране может служить причиной нарушения проведения нервного импульса. Гормоны представляют собой высокомолекулярные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции для управления активностью других гормонов и систем органов. Гормоны могут быть двух типов: прямого действия и тропными. Гормоны прямого действия непосредственно воздействуют на соматические клетки, изменяя их метаболизм и функциональную активность. Тропные гормоны воздействуют на железы внутренней секреции, в которых ускоряется или замедляется выработка собственных гормонов, которые уже, в свою очередь, действуют на соматические клетки. Ферменты – это вещества, непосредственно влияющие на скорость биохимических реакций внутри клетки и в полостях тела. Витамины непосредственно влияют на метаболические процессы клетки. В последнее время открыты новые классы веществ, которые обладают высокой биологической активностью и принимают участие в регуляции физиологических функций и поведении человека. Например, эндорфины, выполняющие функции внутреннего наркотика для создания ощущения радости и удовлетворённости при психических переживаниях и активной деятельности (занятия спортом). Открыт новый класс веществ – феромоны – обладающие сильным ароматом. У человека они играют важную роль в межличностном общении и половом поведении.

Многие органы, не будучи железами внутренней секреции, имеют в своём составе железистые клетки, которые вырабатывают небольшое количество гормонов, влияющих на самочувствие. Такие гормоны вырабатываются в почках, желудке, сердце и других органах. Существует ещё один класс биологически активных веществ, вырабатываемых нежелезистыми клетками большинства органов. Это тканевые гормоны, которые в отличие от истинных гормонов выделяются не в кровь, а в межклеточную жидкость. Эти вещества передают соседним клеткам и тканям информацию о состоянии тех клеток, где они синтезированы. Такой взаимный обмен информацией между клетками и тканями позволяет им согласовывать метаболическую активность и поддерживать гомеостаз.

Действие биологически активных веществ на клетки и ткани зависит от их химической природы. Тиреоидные гормоны легко проникают через клеточную мембрану и направляются в ядро, где включаются в регуляцию активности генов. Стероидные гормоны тоже проникают через мембрану, но благодаря взаимодействию с мембранными рецепторами. Катехоламины внутрь клетки не проникают, а химически связываются с мембранными рецепторами. Многие гормоны являются крупными белковыми молекулами, которые не могут проникнуть внутрь клетки. Они прикрепляются к клеточным мембранам, изменяют их проницаемость и таким образом влияют на внутриклеточный метаболизм. Витамины в большинстве случаев являются молекулами небольших размеров, проникают через клеточную мембрану и встраиваются во внутриклеточные биохимические процессы. Ферменты, как многие гормоны, не способны проникать внутрь клетки, циркулируют в крови или в межклеточной жидкости, где и оказывают своё каталитическое действие.

Молекулы биологически активных веществ имеют определённый срок жизни, после которого утилизируются. Крупные информационные макромолекулы существуют от нескольких минут до нескольких часов, молекулы средних размеров сохраняют свою целостность в течение суток, а мелкие молекулы сохраняются несколько суток.

Биологически активные вещества влияют не на все клетки, а только на клетки-мишени, у которых на мембранах есть специальные активные места - рецепторы. Последние механически и химически приспособлены для соединения и удержания молекулы гормона. Если рецепторы отсутствуют гормон не может прикрепиться к мембране и никакого действия на метаболизм клетки не оказывает.

Скорость образования гормонов зависит от влияния нервных центров, управляющих соответствующей железой, и других желез внутренней секреции. Секреция гормонов также зависит от возрастного периода. Например, гипофиз вырабатывает гормон роста в наибольшем количестве у детей в период интенсивного роста костей. По скорости продукции гормоны делятся на две группы: долговременные и адаптивные, или гормоны быстрого реагирования. Продукция гормонов первой группы меняется плавно и подолгу остаётся на одном уровне. Эти гормоны определяют уровень метаболизма в долговременном плане (гормон роста, тироксин, паратгормон, половые железы). Адаптивные гормоны выбрасываются в кровь в результате резкого изменения ситуации в течение нескольких минут или секунд (адреналин).

Кроме изменения скорости продукции гормона в организме меняется и чувствительность органов-мишеней. Чем больше количество активных мест на мембране клетки для прикрепления молекул гормона, тем выше чувствительность данной ткани к гормону. Иногда уровень гормона в крови высок, чувствительность органов-мишеней низкая и реальное физиологическое действие гормона не проявляется. Например, у детей первого года жизни уровень половых гормонов высок, но клетки половых желез ещё не приспособлены к взаимодействию с молекулами гормонов, поэтому процесс полового созревания в этом возрасте не происходит.

Нервная и гуморальная системы регуляции объединяются в головном мозге на уровне гипоталамуса. Он представляет собой особенное образование, объединяющее в себе функции нервной мозговой структуры и эндокринной железы. Его нервные клетки соединены с центрами головного мозга, управляющими деятельностью всех внутренних органов. Но эти же клетки вырабатывают биологически активные вещества гормонального типа - нейропептиды – для регуляции активности гипофиза. Эти вещества называются рилизинг-факторами или либеринами. При их поступлении в гипофиз, его железистые клетки выбрасывают накопленные ими гормоны в кровяное русло, и механизм эндокринной регуляции начинает действовать. Кроме того, в гипоталамусе вырабатываются статины – это вещества, тормозящие высвобождение гормонов клетками гипофиза. Секреторные клетки гипофиза лишены собственной иннервации, поэтому его активность регулируется только с помощью химических веществ гипоталамуса.

В настоящее время установлено, что нервные клетки во многих отделах головного мозга, а не только гипоталамуса, способны вырабатывать нейропептиды. Среди этих нейропептидов были обнаружены и давно известные гормоны и такие вещества, которые не были известны. К ним относят эндорфины и энкефалины, влияющие на активность нервных центров и формирующие настроение человека. Кроме того, было установлено, что в каждой ткани есть клетки, выполняющие гормональные функции. Они выбрасывают гормоны, необходимые для регуляции процессов, происходящих в этих же тканях. В результате была сформулирована концепция диффузной нейроэндокринной системы. Её смысл состоит в том, что одни и те же вещества – нейропептиды или гормоны – могут вырабатываться как железистыми, так и нервными клетками. Такая двойная продукция гормонов обеспечивает двойной контроль и совмещение нервного и гуморального воздействия.

Классификация желез

Органы, специально предназначенные для выработки биологически активных веществ, называются железами. Если они выделяют свои секреты в кровь или лимфу – это железа внутренней секреции, если на поверхность кожи или в одну из полостей – это железа внешней секреции.

Эндокринные железы участвуют в регуляции физиологических функций и гомеостаза. Их гормоны действуют на клетки и ткани других органов (надпочечники, гипофиз, поджелудочная, щитовидная, паращитовидная, половые и другие железы). Экзокринные железы участвуют в регуляции межвидовых или внутривидовых взаимоотношений, так как их секрет воздействует информационно или метаболически на другие организмы (сальные, потовые, слёзные, половые и некоторые другие железы). Некоторые железы выполняют и эндокринную, и экзокринную функции (поджелудочная, половые железы).

Эндокринология – наука о железах внутренней секреции, не имеющих выводных протоков и выделяющих секрет в кровь и лимфу. Началом изучения строения и функций желез внутренней секреции считается 1849 год и работы немецкого физиолога А.Бертольда. Эти железы вырабатывают и выбрасывают в кровь специфические вещества, которые английские физиологи У.Бейлис и Э.Старлинг назвали гормонами. Гормоны являются биологически активными веществами различной химической природы. В настоящее время изучено около 30 гормонов и все они имеют общие свойства. Во-первых, физиологический эффект вызывается минимальным количеством гормона. Во-вторых, гормоны отличаются избирательностью действия, то есть они действуют на орган – мишень для данного гормона. В-третьих, гормоны неустойчивы и быстро разрушаются в организме. Гормоны вызывают изменение функций органов различными путями. Они выполняют роль переносчиков информации, передавая сигналы от данного органа к другому о происходящих изменениях. Кроме того, гормоны действуют путём ограничения амплитуды колебаний того или другого физиологического показателя. При этом обычно участвуют два гормона. Один из них «следит» за верхней, другой – за нижней границей показателя. Таким образом, гормоны удерживают показатель в физиологических границах. Эти гормоны называются регуляторы – ограничители (например, инсулин и глюкагон). Гормоны действуют по принципу отрицательной обратной связи. Гормоны участвуют в регуляции гомеостаза, обмена веществ, влияют на рост, дифференцировку, размножение, обеспечивают ответную реакцию организма на изменения внешней среды. Для всех желез внутренней секреции характерно хорошо развитое кровоснабжение и лимфоток. Это способствует быстрому попаданию гормонов в кровь и лимфу. Высшим центром регуляции эндокринных функций является гипоталаламус, в состав которого входит более 30 пар ядер. Он объединяет нервные и эндокринные регуляторные механизмы в общую нейроэндокринную систему, кодирует нервные и гуморальные механизмы регуляции функций внутренних органов. По происхождению все эндокринные железы делятся на три группы: энтодермальные (щитовидная и паращитовидные железы, вилочковая железа, островковый аппарат поджелудочной железы), мезодермальные (корковое вещество надпочечников, половые железы), эктодермальные (гипофиз и эпифиз, мозговое вещество надпочечников, параганглии и клетки диффузной эндокринной системы). Кроме того, эндокринные железы делятся на зависимые и независимые от передней доли гипофиза. К первым относятся щитовидная железа, корковое вещество надпочечников, половые железы. Остальные железы (мозговое вещество надпочечников, паращитовидные, панкреатические островки поджелудочной железы, параганглии) не подчинены непосредственному влиянию передней доли гипофиза. К железам внутренней секреции относят также шишковидное тело (эпифиз) и одиночные гормонобразующие клетки (диффузная эндокринная система).

Гипофиз

Гипофиз является железой, функции которой регулируются гипоталамическими гормонами. Он состоит из нейрогипофиза и аденогипофиза. В аденогипофизе существуют различные типы клеток, каждый из которых вырабатывает соответствующий гормон: ацидофильные клетки (гормон роста и пролактин), базофильные клетки (гонадотропины и тиреотропин), хромофобные клетки, являющиеся предшественниками двух первых видов.

Адренокортикотропный гормон, кортикотропин, необходим для секреции коры надпочечников (пучковой и сетчатой зон). Он стимулирует секрецию глюкокортикоидов. При стрессе уже через несколько минут увеличивается скорость секреции этого гормона и его содержание в крови. Тиреотропный гормон (тиреотропин) стимулирует рост и развитие щитовидной железы, регулирует выделение её гормонов – тироксина и трийодтиронина. Гонадотропные гормоны представлены фолликулостимулирующим гормоном, который у самок стимулирует развитие фолликулов в яичниках, а у самцов – развитие семенных канальцев и дифференцировку сперматозоидов, и лютеинизирующим гормоном (лютеотропин), участвующим в овуляции, образовании жёлтого тела, стимулирует секрецию половых гормонов в яичниках и семенниках.

В аденогипофизе вырабатываются гормоны, которые оказывают стимулирующее действие на неэндокринные органы и ткани: гормон роста, пролактин и меланоцитстимулирующий гомон.

Гормон роста, соматотропный гормон, соматотропин стимулирует общий рост тканей и участвует в метаболическом обмене. Этот гормон стимулирует эндохондральное окостенение, благодаря которому клетки растут в длину. После полового созревания происходит окостенение эпифизарных хрящей и гормон роста перестаёт влиять на рост костей в длину, он способен усиливать лишь периостальный рост костей и рост некоторых тканей. У взрослого человека гиперсекреция этого гормона приводит к разрастанию мягких тканей, деформации и увеличению размеров кистей, стоп, нижней челюсти, внутренних органов. Это заболевание называется акромегалией. При его гиперсекреции в молодом возрасте развивается гигантизм, а при гипосекреции – рост прекращается по достижении 1 м. У гипофизарного карлика пропорции тела нормальные. Гормон роста участвует в белковом обмене и, прежде всего, усиливает синтез белков, а влияет на обмен жиров и углеводов. Его секреция регулируется соматолиберином и соматостатином и зависит от их соотношения.

Пролактин стимулирует рост молочных желез, секрецию молока, синтез белков молока и молокоотдачу. Его содержание в крови увеличивается при сосании и доении под влиянием окситоцина. Пролактин также поддерживает существование жёлтого тела, в связи с чем возникло второе название этого гормона – лютенизирующий гормон. Пролактин влияет на:

· водно-солевой и минеральный обмены, а также осморегуляцию;

· пролиферацию и секрецию клеток эктодермы;

· репродуктивное поведение;

· жировой обмен и, частично, рост.

Меланоцитстимулирующий гормон (меланотропни) стимулирует синтез кожного пигмента меланина, влияет на возбудимость нервной системы, участвует в генезе положительных эмоций. Меланин является антиоксидантом, подавляющим перекисное окисление липидов. В связи, с чем его считают гормоном-протектором, защищающим нейроны от перевозбуждения и повреждения активными метаболитами кислорода.

Все гормоны гипофиза оказывают положительное воздействие на рост, дифференцировку, иммунную активность и иммунокомпетентных клеток и органов.

Шишковидное тело

Оно является частью гипоталамуса и образовано пинеалоцитами (секреторные клетки), опорными клетками, небольшим количеством нейронов и нейроглией. Гормоны шишковидного тела представлены индоламинами, пептидами и белками. К индоламинам относятся серотонин и мелатонин, которые секретируются и в других органах и тканях. Серотонин действует в условиях стресса на гипоталамо-гипофизарную систему, увеличивая секрецию соматотропина, кортикотропина и пролактина, запускает защитные реакции организма и подавляет секрецию гонадотропинов и тиреотропина. Серотонин увеличивает образование гоманоаминомасляной кислоты (тормозный медиатор), что сопровождается сомногенным эффектом. Серотон непосредственно влияет на иммунную систему, облегчает течение воспалительных реакций.

Мелатонин регулирует функцию пигмента меланина. Гормон увеличивает агрегацию меланоцитосом в радужке глаза и эпителии кожи. В тёмное время года увеличение секреции мелатонина вызывает побледнение кожных покровов. В радужной оболочке мелатонин повышает светочувствительность фоторецепторов.

Пептиды и белки шишковидного тела регулируют репродуктивные функции через контроль секреции гонадтропинов гипофиза и стероидов гонад. Гонадотроипн, гонадолиберин и антигонадотропины шишковидного тела оказывают на репродуктивную систему реципрокное действие. Гормоны эпифиза также как и гормоны гипоталамо-гипофизарной системы оказывают действие на метаболизм и рост рядом расположенных структур центральной нервной системы и на периферические эндокринные железы. Специфика защитных реакций этих гормонов обусловлена их доминированием в тёмное время суток и года. Эпифизарные гормоны играют ведущую роль в суточной и сезонной регуляции функции центральной нервной системы и периферических систем организма. В целом церебральные эндокринные системы – гипоталамо-гипофизарные и эпифиз – являются экстраокулярной фотонейроэндокринной системой.